如何选择带宽和采样率合适的功率分析仪?

功率分析仪的精度
精度的定义

在国际上电测仪器一般用最大允许绝对误差表达式表示精度指标:

例如:

其中:

A为比例项误差:a%×读数或a%×输出,a%为读数精度,也称作仪器的基本精度;

B为固定项误差:有时称Floor (基底误差),一般表示为: b%×量程, b%×满度。

国内规定: 数字表的最大允许相对误差

可以看出数字表的满量程时相对误差最小,性能最好。

PA7000功率分析仪精度指标定义

PA7000功率分析仪精度指标是根据国际通用的精度指标定义给出,精度指标定义为:±(%读数误差 + %量程误差),如下图所示。

图1 PA7000功率分析仪的精度

从上图可以知道,PA7000功率分析仪的精度并不是一个固定值,而是与输入信号的频率范围相关,随着输入信号频率的增加,PA7000功率分析仪 的精度会降低。

由于标准源一般只能够在工频信号(50Hz/60Hz)输出时具备最好的稳定性,因此对于功率分析仪交流信号精度是在工频范围内具有最好的指标。如上图所示。

在45Hz~66Hz时,PA7000具有最好的精度指标,PA7000的读数精度为0.01%,量程精度为0.03%。

对于PA7000功率分析仪电流、电压和功率的精度,由于与PA7000功率分析仪接入的信号频率范围和量程范围相关,涉及到的精度描述参数众多,因此,在说明PA7000的精度时,我们一般是以工频范围内的读数精度(0.01%)来表示,PA7000的电流、电压基本精度为0.01%。

功率分析仪的带宽
带宽的定义

带宽是指在允许的衰减范围内模拟输入前端允许通过的最大频率信号的范围,在这个频率范围内,输入信号通过模拟前端幅值具有最小的衰减──从接线端子到达 ADC 的输入端。

带宽定义为正弦信号衰减为原振幅的0.707时的频率,也被称作-3dB频率。下图为 1 MHz 带宽的典型输入频率响应曲线。

图2 1MHz 带宽的典型输入频率响应曲线
PA7000功率分析仪的带宽测量

从带宽的定义可知,PA7000的带宽是指测量仪器从接线端子到ADC之间的模拟前端的信号带宽,如下图所示的蓝色方框内部电路决定了PA7000功率分析仪的带宽。

图3 PA7000功率分析仪内部结构

PA7000功率分析仪的带宽决定了在允许的衰减范围内,输入最高频率的正弦信号范围。PA7000功率分析仪的带宽指标为DC,0.1Hz~1MHz。

带宽是由PA内部的模拟调理电路决定的,因此带宽指标的测量和检定一般是由制造商完成和保证的。测量和检定过程如下图所示:

图4 PA7000带宽的测量和检定
带宽不能够直接检定

对于电测仪器的检定,主要是评估电测仪器的测量性能:精确度指标,是针对电测仪器本身的测量性能。在功率分析仪检定规程的检定指标中并没有带宽这一项。

带宽是电测仪器内部模拟调理电路的一个参数,这个参数决定了电测仪器所能够允许测量的最大频率范围。带宽是无法进行直接检定的指标,但是由于带宽的限制,输入信号如果频率过高会被衰减,会影响到测量的精度,因此实际上带宽的指标可以由精度指标间接反映出来,所以检定指标只需要检定精度即可。

PA7000的1M带宽检定数据(产品序列号:1058)

PA7000的1M带宽检定:

以下为PA7000的高频检定数据,在1MHz的信号输入时,测量值均在测量下限之上,满足带宽的要求。

图5 PA7000高精度功率分析仪
功率板卡1高频检定数据
表1 功率板卡1高频检定数据
功率板卡2高频检定数据
表2 功率板卡2高频检定数据
功率板卡3高频检定数据
表3 功率板卡3高频检定数据
功率板卡4高频检定数据
表4 功率板卡4高频检定数据
功率板卡5高频检定数据
表5 功率板卡5高频检定数据
功率板卡6高频检定数据
表6 功率板卡6高频检定数据
功率板卡7高频检定数据
表7 功率板卡7高频检定数据