第一章 电子电压表课件

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1、1 概 述,三、电子电压表的基本结构 1、电子电压表结构： 分压器、磁电式指示表头、检波器、放大器、整机电源。 有的电子电压表做成斩波式放大器，因此设有调制器和解调器。 2、电子电压表的组成形式： 1)放大检波式 2)检波放大式,放大式直流电压表原理框图,调制式直流电压表原理框图,1 概 述,1 概 述,检波放大式交流电压表原理框图,放大检波式交流电压表原理框图,1 概 述,外差式电压表原理框图,热偶式有效值电压表原理框图,1 概 述,2 电子电压表中的典型应用电路,在电压表中直流电压表是最基本形式。在测量交流电压时，通过交流直流变换器(ACDC) 将交流电压变换为直流电压再进行测量。 一、分

2、压器 由于电子电压表的灵敏度很高，能测微小电压，当被测电压高时，要用分压器将高电压变为低电压。特别是为适应多量程测量，分压器常做成多挡步进式。,2 电子电压表中的典型应用电路,1、可变分压器,当K置“1”时，分压比kl1,当K置“2”时，分压比,采用大的分压电阻，以提高输入阻抗。 但分压电阻大寄生电容的影响变得更为突出， 而使工作频率降低，,2 电子电压表中的典型应用电路,2补偿式分压器,当电路满足条件 R1C1R2C2 电路具有宽频带的平坦的响应。,R1C1 R2C2,R1C1 R2C2,R1C1 = R2C2,2 电子电压表中的典型应用电路,3带源极输出器的分压器,在补偿式分压器中， 引入

3、C1、C2可减轻分布 电容的影响，展宽频带， 但却使输入电容增加，引 起输入阻抗变低。,用源极输出器以提高输入 阻抗，亦可用射极输出器。,2 电子电压表中的典型应用电路,二、检波器 1、交流电压的表示方法 平均值 有效值Vrms,设=0，Vav=0.637Vp,设=0，Vrms=0.707Vp,2 电子电压表中的典型应用电路,2、均值检波器的工作原理,防止表针抖动，消除热损耗,2 电子电压表中的典型应用电路,二极管正向电阻,微安表内阻,流过表头的电流正比于被测电压的平 均值，而与波形无关。,2、均值检波器的工作原理,2 电子电压表中的典型应用电路,2、均值检波器的工作原理 电子电压表的定度：

4、表头都以正弦电压的有效值定度。 采用均值检波器的电子电压表示值： 不同波形电压的kF值不同。,kF为波形因数,2 电子电压表中的典型应用电路,2 电子电压表中的典型应用电路,2、均值检波器的工作原理 以正弦电压表定的电压表测非正弦电压时，其示值无直接的物理意义，只有把读数除以kF后才是被测电压的平均值。 非正弦电压换算： 1）求出平均值 2）求出有效值,表头示值,kF正弦波形系数,非正弦有效值,kF非正弦波形系数,2 电子电压表中的典型应用电路,2、均值检波器的工作原理 均值检波器的输入阻抗：,均值检被器的输入阻抗很低，因此 多用于放大检波式电压表中，前面可 加射随器等阻抗变换装置。,2 电子

5、电压表中的典型应用电路,3均值检波器的线性补偿 由于检波二极管伏安特性的非线性，特别在小信号检波时尤为严重，因而造成表头刻度起始部分的非线性，为此对检波器采取线性补偿措施。 简单线性补偿 利用二极管D5 的内阻动态变化作 补偿。电路简单， 但由于D5的阻尼作 用表头灵敏度降低。,2 电子电压表中的典型应用电路,3均值检波器的线性补偿 级间负反馈补偿,放大器,检波器,利用二极管D1 、 D2 的内阻动态变化 作补偿。,利用放大器的级间 负反馈，因此补偿的 范围较大。,2 电子电压表中的典型应用电路,3均值检波器的线性补偿 闭环负反馈补偿,当输入信号较小时， 由于检波二极管的非线 性，使输出电流偏

6、小， 负反馈电压小，放大器 增益高。,补偿范围宽、线性好。,2 电子电压表中的典型应用电路,4峰值检波器的工作原理 峰值检波器是检波后的直流电压正比于输入交流电压峰值的检波器。 1）串联型峰值检波器 ux(t)VT 充电 ux(t)VT 放电 输出幅度 Um,检波 输出,2 电子电压表中的典型应用电路,4峰值检波器的工作原理 2）并联型峰值检波器,峰值检波器满足条件,0,峰值检波器的输入电阻,2 电子电压表中的典型应用电路,均值检波器中的负载就是微安表，其内阻较小，为103104 数量级，否则检波灵敏度降低； 而在峰值检波器中，为满足检波条件，负载电阻R应尽可能选大，通常在107108 ，因此

7、流经R的电流很小，不便于串联电流表测量，应当用高输入阻抗的直流电压表来测量输出直流电压。,2 电子电压表中的典型应用电路,采用峰值检波器电子电压表定度 以正弦电压的有效值定度，表头示值即为正弦电压有效值。 非正弦电压定度 例：用峰值检波器测三角波，示值5V，则其峰值为,表头示值,kP正弦波峰系数,U有效值,UP峰值,由于三角波的kp=1.73，则有效值,2 组成信号发生器的方案,四、函数信号源,可产生低频的正弦波、方波、三角波、锯齿波。,2 组成信号发生器的方案,四、函数信号源,Um比较电位,锯齿波如何产生？,2 组成信号发生器的方案,四、函数信号源 正弦波的产生：增加一个二极管折线整形网络。

8、 近似模拟曲线的 方法，在电路上可利 用二极管开关特性来 实现。,三角波,正弦波,一、什么是频率合成器,频率合成器的优点： 1、频率稳定度和准确度高（RC振荡器）； 2、能方便地切换频率(LC振荡器)。 频率合成器：把一个或几个高稳定度的基准频率fr(或称参考频率)经加减(混频)、乘(倍频)、除(分频)四则运算，从而在一定频率范围内获得具有许多频率间隔的离散频率输出，各个输出信号的频率稳定度和准确度都与fr相同。 按产生合成频率的方法频率合成器可分为两类： 直接合成法 间接合成法,3 合成信号发生器,1一阶环的传输函数及频率特性 令F(s)=1，代入到式(2-36)、(2-37)中得,S的最高

9、次幂为1，故称一阶环。从式中可以看出H (s)具有低通特性He(s)具有高通特性。若以j易换s，得到关于H(j)、He(j)的频率特性如图2-17。并得到一阶环的截止频率和时间常数分别为：,3 合成信号发生器,3 合成信号发生器,H(s)和He (s)的物理意义是： H(s)能滤除输入相位r(t)中的高频分量，环路通频带c越窄，滤波作用越好； He (s)的高通特性证明r(t)中的高频成分将出现在e(t)中，这是因为r(t)在环路之外，因此它的高频成分不能被滤除。但由VCO产生的相位抖动，它的低频成分在环路内，受到环路的负反馈作用而被抑止。 须指示的是：环路的低通特性是对输入信号的相位而言，而

10、非对整体而言。对输入信号相位r(t)有低通特性，意味着对输入信号的整体有带通特性。也就是说：锁相环只允许输入频率r附近的频率成分通过。,3 合成信号发生器,六、锁相频率合成的基本方案,1倍频环 倍频环(图2-20)是对输入的基准频率作乘法运算，有脉冲控制环和数字环两种类型。脉冲控制环是基准频率fr经谐波发生器变成谐波分量丰富的窄脉冲，VCO的频率fV锁定在fr的N次谐波上，即fV=Nfr。改变VCO的自由振荡频率，就能改变倍频系数N。数字环是在反馈支路中加入数字分频器，锁定时，fr=fv/N，则fV=Nfr，改变分频系数可改变输出频率。,3 合成信号发生器,3 合成信号发生器,3 合成信号发生

11、器,2分频环 亦有脉冲控制环和数字环之分(图221)，原理同倍频环，在锁定条件下，满足fr=NfV，则fV= fr/N,3 合成信号发生器,3混频环 是在反馈支路中加入和频混频器M+和带通滤波器BPF(图2-22)，锁定时满足fi1=fo+fi2,则f0=fi1fi2。,3 合成信号发生器,4取样环 利用取样技术和锁相技术相结合组成的(图2-23) 。这里关键是采用了具有取样保持特性的鉴相器。基准频率fr为脉冲列，VCO频率fV=mfr为正弦波，m1。锁定时，VCO输出fV锁定在基准频率fr的m次谐波上。这表明，取样环锁定条件是基准频率fr与VCO频率fV互为整数倍，其工作原理可由图2-24的

12、波形解释。,3 合成信号发生器,3 合成信号发生器,若取m=1，(a)中fr、fV相位差为零，取样点电压为零，鉴相输出ud=0；(b) 、(c)中fr、fV有一固定相位差，取样点电压不为零，这三种情况表明在锁定时鉴相器输出ud为直流分量。当fr、fV不为整数倍时，环路失锁，鉴相器输出ud为一差拍电压，图2-25是fV=2.25fr时差拍电压的形成过程。,3 合成信号发生器,由图可见，取出的样品电压分别是ae诸点，如将样品电压连起来，其包络呈正弦变化的交流差拍电压，差拍频率F=fr/4。不难证明，差拍频率的一般表达式是 式中，fV为CVO的非整数倍频率；mfr为最接近fV的整数倍频率；fr为基准

13、频率。 以上所述无论锁定还是失锁，并没考虑保持电路。事实上，保持电路是RC充放电电路，样品电压可对C快速充电，而C不能放电，C上电压逐渐积累而形成阶梯状。只不过锁定时得到单向阶梯电压，失锁时的阶梯电压是正弦状。用保持电路形成的阶梯电压的优点是：大为提高了ud的幅值，提高了信噪比。,3 合成信号发生器,5组合环和多环合成,1)组合环,一个典型的组合环及其输出频率，如图所示。,因为,所以,3 合成信号发生器,2)多环合成单元,由倍频环可得,由混频环可得 :,因为,所以,(3.22),(3.23),3 合成信号发生器,实例分析：十进频率合成器,该频率合成器中采用了十进锁相合成单元，输出频率是采用十进

14、数字盘来选择，它可以提供更高的输出频率准确度。目前十进频率合成器已作为一个标准频率源而获得广泛应用。,（1）十进频率合成器组成,五个DS-1合成单元串接起来，其输出频率被送到合成单元DS-2，得到输出频率为2122MHz , DS-2的输出加到合成单元DS-4，得到输出频率为101122MHz ,合成单元DS-3输出为10192MHz， DS-3与DS-4的输出频率加到混频器M进行相减，最后得到200Hz30MHz的输出频,十进锁相式频率合成器组成框图,(2) 十进锁相合成单元,1）DS-1合成单元,2）DS-2合成单元,3）DS-3合成单元,4）DS-4合成单元,3.1.2 主要技术指标,2

15、扫描速度 扫描速度是指荧光屏上单位时间内光点水平移动的距离，单位为“cm/s”。 荧光屏上通常用间隔1cm的坐标线作为刻度线，因此扫描速度的单位也可表示为“cm/div”。 扫描速度的倒数称为“时基因素”，它表示单位距离代表的时间，单位为“t/cm”或“t/div”，时间t可为s、ms或s，在示波器的面板上，通常按“1、2、5”的顺序分成很多档。,3.2 CRT显示原理,3.2.1 CRT CRT主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，基本结构如下图所示。,3.2.2 波形显示的基本原理,1显示随时间变化的图形 （1）Ux、Uy为固定电压时，有下面四种情况：,光点出现在荧光屏的中心位置。,光

16、点仅在垂直方向偏移 ：Uy为正电压时，光点从荧光屏的中心往垂直方向上移；Uy为负电压时，光点从荧光屏的中心往垂直方向下移。,3.2.2 波形显示的基本原理,1显示随时间变化的图形（续）,光点仅在水平方向偏移 ：Ux为正电压时，光点从荧光屏的中心往水平方向右移；Ux为负电压时，光点从荧光屏的中心往水平方向左移。,当两对偏转板上同时加固定的正电压时，光点位置应为两电压的矢量合成。,3.2.2 波形显示的基本原理,1显示随时间变化的图形（续） （2）X、Y偏转板上分别加变化电压，有下面两种情况：,仅在垂直偏转板的两板间加正弦变化的电压，则光点只在荧光屏的垂直方向来回移动，出现一条垂直线段。,3.2.2 波形显示的基本原理,1显示随时间变化的图形（续）,仅在水平偏转板的两板间加锯齿电压，则光点只在荧光屏的水平方向来回移动，出现一