有效值和標(biāo)準(zhǔn)偏差值的區(qū)別是什么? 這種區(qū)別在測(cè)試測(cè)量中表現(xiàn)出來(lái)的物理含義是什么? 這篇短文結(jié)合測(cè)試測(cè)量的實(shí)例給出了很好的回答。這樣的短文涉及的知識(shí)雖然基礎(chǔ),但是迷人。歡迎大家投稿類似的短文。翻譯、編譯的都?xì)g迎投稿。這篇文章的編譯者是我的同事鄭永盛先生,這是他翻譯的處女作。請(qǐng)多指正!
有效值(RMS)和標(biāo)準(zhǔn)偏差(SDEV)是密切相關(guān)的兩個(gè)測(cè)量參數(shù)。有效值計(jì)算公式如下:
其中:N - 波形樣本點(diǎn)的數(shù)量
Vn - 第n個(gè)樣本點(diǎn)的幅值
標(biāo)準(zhǔn)偏差定義為:
其中:N - 波形樣本點(diǎn)的數(shù)量
Vn - 第n個(gè)樣本點(diǎn)的幅值
mean - 幅值V的平均值
從上面兩個(gè)公式易知,對(duì)于平均值為零的信號(hào),有效值等于標(biāo)準(zhǔn)偏差值。當(dāng)信號(hào)的平均值不等于零時(shí),將每個(gè)樣本點(diǎn)的幅值減去所有樣本點(diǎn)幅值的平均值,所得數(shù)據(jù)的平方和再開(kāi)根號(hào)后所得數(shù)值即為標(biāo)準(zhǔn)方差。因此,標(biāo)準(zhǔn)偏差是真正的AC有效值(平均值消除后的有效值誤差)。
圖1所示是基于鼎陽(yáng)科技SDS3000示波器測(cè)量平均值接近為零的正弦波的有效值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的測(cè)量結(jié)果,可以看出兩者的結(jié)果非常一致,都為1.079V。
圖1:對(duì)于平均值接近為零的波形,比較有效值和標(biāo)準(zhǔn)偏差值
圖2是信號(hào)具有100mV偏置的測(cè)量結(jié)果,有效值和標(biāo)準(zhǔn)偏差值就不同了,有效值值為1.083V,標(biāo)準(zhǔn)偏差值為1.079V。
圖2:增加了一點(diǎn)DC偏置就會(huì)導(dǎo)致有效值和標(biāo)準(zhǔn)偏差值不同
兩次的標(biāo)準(zhǔn)偏差值保持不變,但圖2的有效值比圖1的值大,這是因?yàn)槠靡驯话ㄔ趦?nèi)。知道了有效值和平均值就可以計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)偏差值,計(jì)算公式如下:
當(dāng)您需要測(cè)量一個(gè)波形的交流分量部分的有效值時(shí),您可以使用標(biāo)準(zhǔn)偏差這個(gè)測(cè)量參數(shù)。例如,如果您需要測(cè)量1.2 V電源紋波的有效值時(shí),就可以測(cè)量該電源輸出的標(biāo)準(zhǔn)偏差值,如圖3所示。
圖3:測(cè)量有效值為1.2V的電源紋波的輸出
注意:此圖中mean代表電源輸出電壓的平均值。rms值則包括輸出電壓和波紋。sdev值441μV在這種情況下指的是僅包含波紋部分的有效值。
標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)于確定信號(hào)的AC分量的有效值是一種很有效的測(cè)量參數(shù)。在信號(hào)有偏置時(shí),它是測(cè)量紋波噪的一種有效的方法。
不過(guò),值得注意的是,為了準(zhǔn)確測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差值,還應(yīng)考慮垂直量程太大造成量化誤差過(guò)大對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
在多數(shù)產(chǎn)品中對(duì)電源紋波的測(cè)量要求還是以測(cè)量峰峰值為主。