函数发生器校准中的几个问题

胡晓英 / 厦门市计量检定测试院

0 引言

函数发生器[1]是现代测量领域中运用较多的电子测量设备，它的输出波形一般包括正弦波、方波、三角波、锯齿波等。本文结合JJG 840-2015《函数发生器》检定规程[2]，谈谈在函数信号发生器校准工作中的几点心得。

1 校准工作中的几个问题

1.1 阻抗匹配[3][4]

JJG 840-2015中5.2.4条款规定输出幅度检定有两种阻抗匹配方式，一种是高阻输出幅度检定，一种是50 Ω输出幅度检定，原理分别如图1和图2所示。

图1 高阻输出幅度检定框图

图2 50 Ω输出幅度检定框图

在图2中，函数发生器在输出阻抗为50 Ω时，数字电压表的前端需要外接一个50 Ω的匹配阻抗。但是，假如在输出幅度检定时未做到阻抗匹配，就会出现测量结果上的巨大差异。以一台Agilengt型号为33220B的函数发生器为例，输出峰峰值为1 V的正弦波，在数字电压表的前端匹配50 Ω阻抗与未匹配50 Ω阻抗，分别得到表1的实测值。

表1 实测值

函数发生器输出幅值测量等效电路如图3所示。通常数字电压表的输入阻抗在数百兆欧姆数量级，信号源输出是有内阻的。当内阻是50 Ω时，对于输入阻抗为百兆欧姆数量级的数字电压表相当于开路测量，此时如果不匹配50 Ω阻抗，电压表显示的电压值为电动势的值，因此，出现了实测值是标称值两倍的情况。只有当数字电压表的前端匹配50 Ω阻抗时，数字电压表的显示值才是真实的标准值。经过实验，其他波形也是同样的测量结果，因此，阻抗匹配在波形输出幅度检定时显得尤为重要。

图3 函数发生器输出幅值测量等效电路

1.2 几种波形峰峰值与有效值之间的转换计算[5][6]

在JJG 840-2015中5.2.4输出波形幅度检定条款中，出现了峰峰值与有效值的测量，并运用各种函数波形有效值与峰峰值之间的换算公式进行计算。在此将几种常见波形的峰峰值与有效值之间的换算公式总结于表2。

表2 常见波形的峰峰值与有效值之间的换算公式

1.3 输出波形幅度检定项目电压示值读取方式的建议

在JJG 840-2015中5.2.4条款规定，正弦波输出波形幅度检定时先设置频率为1 kHz、峰峰值为1的波形，用数字多用表读取有效值，然后通过以下公式计算输出波形幅度误差

式中：U0——正弦波幅度标称值，峰峰值，V；

Ui——正弦波幅度实测值，有效值，V

式中：Um——正弦波幅度标称值，有效值，V；

Uk——正弦波幅度实测值，有效值，V

这种方法适合于各种常见波形的输出幅度校准，不仅方便，而且可以避免因为读取示值方式的转换由数据修约引入的测量不确定度，建议将来规程改版时考虑此种方法。

2 结语

综上所述，从负载匹配、数据转换、如何便捷地使用峰峰值与有效值的读取方式等方面提出几点心得与广大计量工作者共同探讨，从而更加丰富校准工作经验。