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Rigol DG4000系列信號發(fā)生器的校準與誤差修正方法

agitek2021 ? 來源:agitek2021 ? 作者:agitek2021 ? 2025-06-19 15:26 ? 次閱讀
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一、引言
Rigol DG4000系列信號發(fā)生器是一款高性能的雙通道任意波形發(fā)生器,支持輸出正弦波、方波、鋸齒波、脈沖波等多種波形,頻率范圍覆蓋1 μHz至200 MHz,具備高精度、低失真和寬動態(tài)范圍等特點。為確保其在科研、測試和開發(fā)中的精度與可靠性,定期校準和誤差修正是必不可少的環(huán)節(jié)。校準可修正因溫度漂移、器件老化等因素導致的輸出誤差,提升信號源的整體性能。

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二、校準前的準備工作
1. 環(huán)境要求
溫度:建議在23±2°C的恒溫環(huán)境中進行校準,避免溫度波動超過±1°C。
濕度:相對濕度控制在30%~70%范圍內(nèi),防止電路受潮或靜電積累。
電磁環(huán)境:遠離強電磁干擾源(如大功率電機、高頻設(shè)備等),使用屏蔽良好的實驗室環(huán)境。
2. 設(shè)備與材料
標準儀器:高精度頻率計數(shù)器(如Rigol FC8000)、示波器(帶寬≥500 MHz,如Rigol DS5000)、數(shù)字萬用表(如Fluke 8846A)。
校準源:已知精度的參考信號源(如Rigol DG1000Z)。
連接線材:低損耗同軸電纜(如SMA接頭,長度≤1米)。
3. 安全措施
確保信號發(fā)生器及所有設(shè)備接地良好,防止靜電損壞。
避免在設(shè)備通電狀態(tài)下插拔連接線。
佩戴防靜電手套,接觸內(nèi)部電路時需先釋放靜電。
三、校準步驟
1. 基本設(shè)置與自檢
啟動信號發(fā)生器,預熱至少30分鐘。
進入“系統(tǒng)設(shè)置”菜單,選擇“自檢”功能,確認設(shè)備狀態(tài)正常(無報錯信息)。
設(shè)置輸出參數(shù):關(guān)閉所有調(diào)制功能(如AM、FM、PM),選擇標準波形(正弦波)。
2. 頻率校準
步驟1:設(shè)置信號發(fā)生器輸出頻率為10 MHz(典型值),使用高精度頻率計數(shù)器測量實際輸出頻率。
步驟2:若測量值偏差超過±1 ppm(如實際輸出為10.000002 MHz),進入“頻率校準”菜單,調(diào)整“頻率修正系數(shù)”至偏差歸零。
步驟3:重復步驟1~2,覆蓋全頻率范圍(1 μHz至200 MHz),重點校準常用頻段(如10 kHz、1 MHz、10 MHz、100 MHz)。
3. 幅度校準
步驟1:設(shè)置輸出幅度為1 Vpp(峰峰值),使用示波器測量實際幅度。
步驟2:若偏差超過±1%(如實際為0.99 Vpp),通過“幅度校準”菜單調(diào)整“增益修正值”。
步驟3:重復步驟1~2,覆蓋不同幅度范圍(如10 mVpp、100 mVpp、10 Vpp、20 Vpp)。
注意事項:高幅度校準時需使用示波器的高阻抗輸入模式(≥1 MΩ),避免負載效應。
4. 波形失真校準
步驟1:輸出1 kHz正弦波,使用示波器的“波形失真度測量”功能(如DS5000的“THD”模式)。
步驟2:若THD超過技術(shù)指標(如典型值為-60 dBc),調(diào)整信號發(fā)生器的“波形優(yōu)化”參數(shù)(如濾波帶寬、波形平滑系數(shù))。
步驟3:必要時使用外部失真校準工具(如Rigol DG-CAL套件)進行高級修正。
四、誤差修正方法
1. 頻率誤差修正
溫度漂移補償:若設(shè)備在極端溫度環(huán)境下使用,可通過“溫度補償系數(shù)”功能(在“高級校準”菜單中)輸入實際溫度,系統(tǒng)自動修正頻率偏移。
晶體老化修正:長期使用后,內(nèi)部晶體振蕩器可能老化,需定期(每年)使用外部參考源重新校準基準頻率。
2. 幅度誤差修正
非線性修正:對于大動態(tài)范圍輸出(如0.1 Vpp至20 Vpp)的幅度偏差,可通過分段校準(每10 dB為一檔)建立修正曲線,由軟件自動補償。
負載效應修正:若輸出阻抗與負載不匹配導致幅度下降,調(diào)整“輸出阻抗匹配”參數(shù)(如50 Ω或高阻模式)。
3. 波形失真修正
濾波器優(yōu)化:通過調(diào)整內(nèi)部低通濾波器截止頻率(如設(shè)置為輸出頻率的10倍),抑制高頻噪聲。
波形預失真處理:針對特定負載(如容性負載)導致的波形畸變,啟用“預失真補償”功能,反向修正輸出波形。
五、校準與修正后的驗證
1. 驗證測試
頻率精度驗證:輸出多個典型頻率(如1 kHz、10 MHz、100 MHz),使用頻率計數(shù)器驗證偏差是否在±0.5 ppm以內(nèi)。
幅度精度驗證:從10 mVpp到20 Vpp輸出,示波器測量誤差不超過±0.5%。
失真度驗證:在1 kHz至100 kHz范圍內(nèi),THD應優(yōu)于-60 dBc。
2. 數(shù)據(jù)記錄與分析
使用Excel或?qū)S眯受浖涗浢看涡是昂蟮臄?shù)據(jù),計算修正前后的誤差變化。
生成校準報告,包含環(huán)境參數(shù)、設(shè)備編號、校準日期、修正系數(shù)等信息。

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通過嚴格的校準與誤差修正,可顯著提高Rigol DG4000系列信號發(fā)生器的輸出精度,確保其在高精度測試場景中的可靠性。建議根據(jù)使用頻率和環(huán)境條件,每6~12個月進行一次全面校準,并定期驗證關(guān)鍵指標。對于極端環(huán)境或關(guān)鍵應用,可增加校準頻率并采用外部標準源進行比對校準。

審核編輯 黃宇

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