泰克Tektronix DMM4040萬用表中的測量統(tǒng)計和直方圖

電源的輸出電壓是多少？”這是使用DMM4040數(shù)字萬用表進(jìn)行的*常見的測量之一。類似問題也出現(xiàn)在振蕩器頻率、電阻值、工作溫度或壓控振蕩器輸入中。使用數(shù)字萬用表可以輕松獲得這些讀數(shù)。

但僅僅一個讀數(shù)只能說明部分問題。而同樣重要的一個問題是：“電源輸出的穩(wěn)定程度如何？”了解這個問題及其它問題，要求考察測量統(tǒng)計。輸出的平均值是多少？標(biāo)準(zhǔn)偏差是多少？泰克DMM4050 和DMM4040 萬用表提供了集成分析功能，可以幫助您回答這些問題。

測量統(tǒng)計：平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差
平均功能是量化測量期間的性能或量化樣本典型性能常用的計算方式。在工程設(shè)計中，有兩個特點非常重要：電路輸出怎樣隨時間變化？如果制作了100 塊電路，每塊電路的性能如何？

這兩個問題每個問題本身都希望預(yù)測性能。但是，我們需要的不僅僅是一個數(shù)據(jù)集的平均值，還必需知道數(shù)據(jù)集圍繞平均值變化的寬度。如果知道了變化量，那么就可以確定在任何給定時間或從群組中任何特定器件預(yù)計出與“平均值”相比變動的區(qū)間范圍，這對確定工程設(shè)計指標(biāo)—不確定性和置信區(qū)間至關(guān)重要。標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)衡量數(shù)據(jù)集的變化或分布。在正式的數(shù)學(xué)術(shù)語中，標(biāo)準(zhǔn)偏差是指數(shù)據(jù)集中變化量的平方根。標(biāo)準(zhǔn)偏差低，表示群組圍繞平均值的范圍窄；標(biāo)準(zhǔn)偏差高，表示數(shù)據(jù)分布較寬。圖1a 和圖1b 顯示了測量數(shù)據(jù)典型的正態(tài)分布。圖1a是一個測量數(shù)據(jù)集，其中標(biāo)準(zhǔn)偏差等于0.02；圖1b中測量數(shù)據(jù)集的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.01。標(biāo)準(zhǔn)偏差較低的測量不確定性較低，因此置信度要更高。

使用DMM4050/4040 進(jìn)行測量統(tǒng)計
DMM4050/DMM4040數(shù)字萬用表提供了集成統(tǒng)計處理功能，可以計算和顯示測量數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差?？梢砸詳?shù)字方式或圖形方式顯示數(shù)據(jù)。DMM4050/4040 可以對表1中所列的任何參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計。
在DMM4050/DMM4040數(shù)字萬用表上生成統(tǒng)計數(shù)據(jù)只需按幾個按鈕就可以了。首先，選擇將執(zhí)行統(tǒng)計的測量指標(biāo)，如dc伏特。然后，按前面板上的ANALYZE 按鈕，調(diào)出一個數(shù)學(xué)函數(shù)菜單，如圖2 所示。這個菜單中有兩個選項提供了統(tǒng)計測量功能，即STATS 函數(shù)和HISTOGRAM 函數(shù)。在選擇STATS或HISTOGRAM函數(shù)后，萬用表會開始計算測量統(tǒng)計結(jié)果。
STATS 函數(shù)
在按STATS軟鍵后，萬用表會開始計算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。它還存儲測得的*小值和*大值。通過按RESTART軟鍵，可以隨時復(fù)位統(tǒng)計函數(shù)，重新開始計算。通過按#SAMPLES 軟鍵，指定2-5000 之間的數(shù)字，也可以設(shè)置萬用表進(jìn)行的測量數(shù)量。一旦已經(jīng)達(dá)到讀數(shù)數(shù)量，統(tǒng)計計算會自動結(jié)束，如圖3 所示。
DMM4040數(shù)字萬用表HISTOGRAM 函數(shù)與STATS函數(shù)一樣，HISTOGRAM函數(shù)傳遞的也是測量數(shù)據(jù)集的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。但直方圖模式以圖形表示方式提供信息，可以迅速清楚地表明測量數(shù)據(jù)的分布。
例如，大多數(shù)測量數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，這意味著直方圖應(yīng)該是圍繞著平均值對稱，幾乎所有測量數(shù)據(jù)(99.7 %)都應(yīng)位于3 個標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍內(nèi)。一邊倒、寬或雙峰(兩個波峰)分布表示被測器件有意想不到的不穩(wěn)定性或錯誤。圖4 是直方圖顯示實例。直方圖由10 個柱組成。每個柱的高度代表著量程的相對頻率，即讀數(shù)量程相對于其它量程發(fā)生的頻次。顯示畫面的中心代表著平均測量結(jié)果。平均值的任一側(cè)代表著測量數(shù)據(jù)位于距平均值的一個標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍內(nèi)。距平均值的**個柱代表著測量數(shù)據(jù)位于一個標(biāo)準(zhǔn)偏差和兩個標(biāo)準(zhǔn)偏差之間，依此類推，直到5 個標(biāo)準(zhǔn)偏差。與STATS 函數(shù)一樣，一按HISTOGRAM軟鍵，HISTOGRAM函數(shù)就會開始。通過按RESTART軟鍵，可以開始計算及重新開始計算。
使用DMM4050/4040 分析模式分析器件
在分析器件時，DMM4050/DMM4040數(shù)字萬用表內(nèi)置STATS和HISTOGRAM函數(shù)簡化了測量統(tǒng)計的計算工作。通過作為直方圖查看數(shù)據(jù)或查看測量統(tǒng)計，可以追蹤信號參數(shù)怎樣隨時間變化，揭示信號質(zhì)量問題，如漂移、間歇性瞬態(tài)信號和穩(wěn)定性。