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1、第二章 电压测量 2.1 电压测量概述 2.2 交流电压的模拟测量 2.3 分贝的测量 2.4 电压的数字化测量 2.1 电压测量概述 一、电压测量的特点 n频率范围宽 n电压测量范围宽 n电压波形的多样化 n要求有足够高的输入阻抗 n要求有足够高的测量准确度 n要求有高的测量速度 n要求有高的抗干扰能力 二、电压测量仪器的分类 n直流电压测量和交流电压测量 n脉冲电压测量、有效值电压测量等 n模拟式电压表和数字式电压表 模拟式电压表是指针式的,通常由动圈式直 流电流表串联适当的电阻构成.数字式电压 表将模拟量通过模/数(A/D)转换器转换为数 字量进行测量. n示波器测量 2.2 交流电压的
2、模拟测量 一、交流电压的表征 1.峰值 峰值是指以零点平 为参考的最大电压 幅值，用UP表示。 以直流分量为参考 的最大电压幅值称 为振幅，通常用Um 表示。 图2.2.1 交流电压的峰值与振幅值 UP Um 2.平均值: 对周期信号而言，T为信号的周期。 从交流电压的测量观点看，平均是指全波整流后 的平均值，不加说明时，通常指全波整流平均值 ，即： 正弦波交流电压的全波整流平均值为 3.有效值： 当不特别指明时，交流电压的量值均指有效 值。各类电压表的示值，除特殊情况外，都 是按正弦波有效值来定度的 4.波形因数和波峰因数 为了表征同一信号的峰值、有效值及平均值的关系 ，引入波形因数KF和波
3、峰因数KP： 三角波 矩形波 正弦波 二、交流电压的测量方法 用检波器把交流电压转换成直流电流，驱动直流 电流表指针偏转。 1.峰值电压表（检波放大式） 图2.2.2 常见峰值表检波电路 串联式要求RCTmax, RCZ2。R1和R2为输入信号线的电阻。 n当被测信号的地端与DVM的机壳间存在共 模干扰电压Ucm时，将产生干扰电流I1和I2， 分别串入R1和R2两个支路（因而称为共模干 扰）。I1在信号源内阻Rs及R1上的压降，以 及I2在R2上的压降，转换成串模干扰，对测 量产生影响。 n对共模干扰的抑制能力用共模抑制比（CMR）表示： n其中Ucm为共模干扰电压的峰值；Usm为由共模干扰转
4、 化成的串模电压。 n由于Z1 Z2 ，若不计I1的影响， 则Usm I2R2, nZ2中的电阻成分反映对直流信号的共模抑制比，电容 成分反映对交流信号的共模抑制比。可见，当R2一定 时，增大Z2可提高CMR。 n将DVM中的ADC进行浮置或多层屏蔽可提高CMR 。 测量准确度 通常用固有误差表示： U=（a%Uxb%Um） 其中Ux为测量值，Um为该量程的满度值。a%Ux称 为读数误差，它与仪器各单元电路的不稳定性 有关；b%Um不随读数变化，称为满度误差，由 量化误差和0点误差等组成。满度误差只与所取 量程有关，所以常常用“几个字”表示。 为了避免满度误差对测量结果的影响，应选择合适 的量
5、程，使被测电压显示的位数尽量多。例如， 用某DVM测0.5V电压时，若使用500V量程，显 示000.52V，2个字误差的影响很大；而用0.5V 量程时，能显示0.5002，误差小多了。 例：用一只四位DVM的5V量程分别测量5V和0.1V电压 ，已知该仪表的的准确度为0.01%Ux1个字，求由 仪表的固有误差引起的测量误差的大小。 （1）测量5V电压时的误差 因为该仪表是四位的，用5V量程时， 1个字相当于 0.001V，所以： （2）测量0.1V电压时的误差 所以，当不接近满量程显示时，误差很大，因此，当 测量小电压时，应用较小的量程。 “1个字”的误差 对测量结果的影响也较大，不可忽视。
6、 n由于DVM采样大规模集成电路（LSI），它的 外围电路比较简单，体积小、重量轻、耗电省 、可靠性高、操作灵活、装配或维修都较为方 便。 nDVM不能反映被测电量的连续变化过程及变化 趋势。例如，用来观察电解电容器的充、放电 过程，就不如模拟式电压表方便直观，也不适 于做电桥调平衡的0位指示器。 nDVM不能完全取代模拟式电压表。 n近年来广泛使用模拟和数字混合式仪表。 四. 数字多用表 数字多用表可测量多种电气参数，其基本测量方法 仍以测电压的DVM为基础，通过各种参数变换器将 其他参数变换为等效的直流电压U，通过测量U的值 来获得所测参数的数值（图2.13）。其原理框图如 图2.14所示
7、。 电参数 参数 变换器 直流 DVM U 图2.13 电参数的测量 AC-DC I-U R-U 直流 DVM S 图2.14 多用型DVM原理框图 图2.15 精密全波检波电路 ui0时，VD2导通，VD1截止，有： ui0时，VD1导通，VD2截止，有： 由得： uo=|ui| 一、AC/DC变换 图2.15 精密全波检波器的波形及特性曲线 (a) 图2.16 I-U转换原理 n二. I-U变换 n对图(a), Ui=IxRN。设放大器的放大倍数A=100，则： nUo=100Ui=100IxRN = Ix=Uo/(100RN) n即Uo与Ix成正比。用开关S1S4切换不同的采样电阻， 即
8、可得到不同的电流量程。Uo是一规范值，对任何电 流档，Uo的值都不变。 n例如：5mA档，取RN=10, Ui=0.05V, Uo=5V; 500mA 档，取RN=0.1, Ui=0.05V, Uo=5V. 图(a)将采样电阻 串联到被测电路中，适于 Ix较大的情况。 n图(b)将采样电阻串联到放大器的反馈回路中，设点 虚地，则： n这是一种并联电压负反馈放大电路，适于测小电流。 (b) 图2.17 I-U转换器原理图 图2.18 R-U转换器原理图 nI=UN/RN=Uo=-IRx=-(UN/RN)Rx nI是一恒定电流，所以Uo正比于Rx，从而实现R-U转换。 改变RN可换接量程。 n设UN6V，当RN6k时，有Uo Rx(k)，即显示的 以k为单位的Rx的数值与Uo的数值相同。 三. R-U变换 图2.19
