如何使功率分析儀測量結果更準確？

2017年04月26日 13:43

　　如何使功率分析儀測量結果更準確？

　　測量儀器都是由許多電子元器件組成，儀器在工作過程中，電子元器件產生的熱量匯聚，使儀器內部溫度升高，導致儀器精度下降。測量儀器是如何解決溫度對自身精度的影響呢？

　　溫度影響電子元器件的性能

　　1.對二極管伏安特性的影響

　　在環境溫度升高時，二極管的正向特性曲線將左移，反向特性曲線將下移，如圖1所示。在室溫附近，溫度每升高1℃，正向壓降減小2~2.5mV；溫度每升高10℃，反向電流約增大一倍。可見，二極管的特性對溫度很敏感。

圖 1 二極管的伏安特性

　　2.對晶體管輸入輸出特性的影響由于半導體材料的熱敏性，晶體管的參數幾乎都與溫度有關。溫度對輸入特性的影響：與二極管伏安特性類似，當溫度升高時，正向偏移將左移，反之將右移，如圖2所示。溫度對輸出特性的影響：如圖3實線，虛線分別所示為20℃和60℃時的特性曲線，可見，溫度升高時，由于輸入特性左移，導致集電極電流增大。

圖 2 溫度對晶體管輸出特性影響

圖 3 溫度對晶體管輸入特性

　　影響穩定靜態工作點抑制溫漂

　　在引起靜態工作點不穩定的諸多因素中，溫度對晶體管參數的影響是zui為主要的，所謂穩定靜態工作點抑制溫漂通常是指在環境溫度變化時，晶體管的靜態集電極電流和管壓降基本不變，必須依靠基電極電流的變化來抵消集電極電流的變化，常用的是引用直流負反饋或溫度補償的辦法使基極電流在溫度變化時產生與集極電流相反的變化。

　　儀器預熱的必要性

　　根據儀器設備的用途和精密等級不同，有的需要預熱，有的不需要預熱，儀器設備預熱是為了內部電子器件達到熱穩定平衡。電路中的電容，電感，晶體管等達到穩態，需要一定的時間，必須預熱以降低測量誤差，越是精密的儀器設備預熱時間越長。

　　功率分析儀如何使測量結果更準確：

　　1.在儀器使用之前，需要對儀器進行預熱；

　　2.在測量開始之前，需要進行調零操作，調零是指在功率分析儀內部電路中創造一個輸入信號為零的狀態，并將該狀態下的計算結果設為數值意義上的零電平的過程； 3.選擇合適的量程、更新率和同步源對功率分析儀的測量準確性至關重要。例如當更新周期小于被測信號周期時，如下圖4所示，整個更新周期內的數據成為測量區間，整個更新周期內的采樣數據將被平均，因此影響測量結果的準確性。在這種情況下需要增大更新周期，使得包含更多周期的被測信號進入測量區間；

圖 4 更新周期對比

　　4.降低雜散電容對測量結果的影響，因為儀器機殼與內部測量電路的屏蔽盒之間是絕緣關系，所以二者之間存在雜散電容，把電流測量回路接到低電壓側，如圖5所示，也就是將儀器的電流輸入端子連接到接近電源(Source)接地電位的一端時可以有效降低雜散電容對測量精度產生的影響；

圖 5 接線圖

　　5.降低功率損耗的影響，在測量大電流情況下，需要將電壓測量回路接到靠近負載一側，電流測量回路測得的結果就是流經負載和電壓測量回路的電流之和，測量誤差僅是流經電壓測量回路的電流。在測量小電流情況下，則需要將電流測量回路接到靠近負載一側，電壓測量回路測得的結果就是負載電壓和電流測量回路的電壓之各，測量誤差僅是電流測量回路兩端電壓；如圖6所示。

圖 6 不同電流下的接線圖

　　同時，致遠電子的PA功率分析儀采用了高穩定度溫度補償的100M同步時鐘，保證ADC采樣每個通道的相位同步，電壓電流相位誤差在10ns以內。在主機部分的模塊控制單元，我們采用了一個高穩定度溫度補償的100M 同步時鐘，這個時鐘信號將送到每一個通道的ADC，用來保證ADC采樣相位同步，單通道與通道間的電壓、電流誤差可以保證在10ns 以內，減小測量時U、I 夾角儀器本身引入誤差，保證有功功率及功率因數測量精度！行業內測量存在功率因素過1，或者過低而無法準確測量的難題，與儀器本身的引入誤差和測試方法有很大的關系。而在致遠電子功率分析儀推出之前，早期的儀器基本依靠后期校準，而非硬件同步時鐘源的方式，這源于電子技術進步！如圖7所示。

圖 7 PA功率分析儀架構

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