示波器不是垂直量的计量工具

1，量化误差的概念
我们都知道，示波器的A/D只有8位，也就是说对于任何一个电压值都只有256个0和1来重组，如果包括+/-符号位,示波器的数字量程是-128—+127。图一很清楚地显示了这种数字化采样的原理，示波器的屏幕最顶部代表的是+127,中间代表的是0，最底部代表的是-128。这种原理就产生了使用示波器的第一原则：最小化量化误差。这个原则告诉了我们使用示波器的一个常识，为获得最接近于真实值的电压值，应使垂直分辨率尽可能地小，使显示的波形尽量占满示波器的屏幕。


图一

图二和图三分别表示在1V/div和200mv/div的时候测试相同的信号的效果。在1V/div的时候，示波器的最小量化误差是（1V*8）/256=31.25mv,这意味着小于31.25mV的信号是无法准确测量出来的。而对于高压测量，假设量程是100V/div,示波器的量化误差是800V/256=3.125V，这意味着小于3.125V的信号是无法准确测量出来的。



图二
图三
我常举下面的更令人印象深刻的例子来说明量化误差：将探头的地和信号针直接相连悬在空中，比较量程为20mV/div和100V/div时的pk-pk值，其差异是多大？几十伏的差异！！您现在就可以做这个实验。这表示在100V/div时测试出来的20V的信号，可能实际上只有20mV！

测量输出电压很小的电源纹波时需要用1:1的探头，将示波器的量程设置为2mv/div。下面是测试10mV左右的电源纹波的例子．


２，幅频特性曲线平坦度问题
就示波器的行业标准而言,示波器幅频曲线距离理想响应的偏差允许达到+/-2dB,这对有些精确度要求很高的测量似乎是很不能接受的误差范围.因此,示波器并没有在测量界定义为计量的工具,它只能说是调试的工具.
　此外，不同型号的示波器，不同品牌的示波器，其前端放大器的响应曲线也是有差别的，有的是高斯响应，有的是矩形响应，有的是四阶贝塞尔响应。对于同一个输入频率，不同示波器的垂直参数的测量结果肯定是不一致的。在相同频率，不同垂直通道设置下的测量结果也应是不一致的。
我从我们的维修校准中心了解到，示波器在校准时，我们一般会把平坦度校准到+/-1.5%以内，这是比较严格的标准。这意味着，对于理想中的1V的信号，测试的结果偏差15mv是很正常的。



　　　上图显示的是6GHz的幅频特性曲线。　可以看出其最大偏差小于+/-2dB.示波器使用一段时间后平坦度会有些改变需要送校准机构进行校准。但通常很多第三方机构并不能将平坦度校准到厂家能校准到的水平。因此，现在常有些客户要求示波器原厂提供校准服务。