《电压测量技术精选文档.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电压测量技术精选文档.ppt（150页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、电压测量技术本讲稿第一页，共一百五十页1：电压测量的必要性：电压测量的必要性 电压、电流、功率电压、电流、功率是表征电信号能量大是表征电信号能量大小的三个基本参量。小的三个基本参量。在电子电路中，只要测量出其中一个参在电子电路中，只要测量出其中一个参量就可以根据电路的阻抗求出其它两个量就可以根据电路的阻抗求出其它两个参量。参量。考虑到测量的方便性、安全性、准确性考虑到测量的方便性、安全性、准确性等因素，几乎都用测量电压的方法来测等因素，几乎都用测量电压的方法来测定表征电信号能量大小的三个基本参量。定表征电信号能量大小的三个基本参量。本讲稿第二页，共一百五十页1：电压测量的必要性：电压测量的必要
2、性此外，许多参数，例如频率特性、谐波此外，许多参数，例如频率特性、谐波失真度、调制度等都可视为电压的派生失真度、调制度等都可视为电压的派生量。量。所以电压的测量是其它许多所以电压的测量是其它许多电参量测量电参量测量的基础的基础。非电量测量中，非电量测量中，物理量物理量电压信号电压信号，再进行测量再进行测量如：温度、压力、振动、（加）速度如：温度、压力、振动、（加）速度本讲稿第三页，共一百五十页2：电压测量的特点：电压测量的特点电子电路中的电压具有频率范围宽、幅电子电路中的电压具有频率范围宽、幅度差别大、波形多样化等特点，所以对度差别大、波形多样化等特点，所以对测量电压所采用的电子电压表也提出了
3、测量电压所采用的电子电压表也提出了相应的要求，主要有：相应的要求，主要有：1频率范围宽频率范围宽 除直流电压外，交流电压的频率可以从除直流电压外，交流电压的频率可以从0Hz到千兆赫兹范围内变化，甚至达到到千兆赫兹范围内变化，甚至达到G兆赫兹。兆赫兹。本讲稿第四页，共一百五十页2：电压测量的特点：电压测量的特点2量程宽量程宽(测量范围测量范围)通常，被测信号电压小到微伏级，大到通常，被测信号电压小到微伏级，大到千伏以上。千伏以上。这就要求测量电压仪表的量程相当宽。这就要求测量电压仪表的量程相当宽。电压表所能测量的下限值定义为电压表电压表所能测量的下限值定义为电压表的灵敏度，目前只有数字电压表才能
4、达的灵敏度，目前只有数字电压表才能达到微伏级的灵敏度。到微伏级的灵敏度。本讲稿第五页，共一百五十页2：电压测量的特点：电压测量的特点3输入阻抗高输入阻抗高电压测量仪器以并联方式连入电路，其电压测量仪器以并联方式连入电路，其输入阻抗是被测电路的附加并联负载。输入阻抗是被测电路的附加并联负载。为了减小电压表对测量结果的影响，对为了减小电压表对测量结果的影响，对于直流和低频电压，就要求电压表的输于直流和低频电压，就要求电压表的输入阻抗很高，即输入电阻大；入阻抗很高，即输入电阻大；对于高频电压，要求输入电容小，使附对于高频电压，要求输入电容小，使附加的并联负载对被测电路影响很小。加的并联负载对被测电路
5、影响很小。目前，直流数字电压表在小量程上的输目前，直流数字电压表在小量程上的输入阻抗高达入阻抗高达10GM，高量程时可达，高量程时可达10M。本讲稿第六页，共一百五十页2：电压测量的特点：电压测量的特点4测量精度高测量精度高一般的工程测量，如市电的测量、电路一般的工程测量，如市电的测量、电路电源电压的测量等都不要求高的精度，电源电压的测量等都不要求高的精度，准确度在准确度在1%3%即可。即可。一般对直流电压的测量可获得最高准确一般对直流电压的测量可获得最高准确度，达度，达10-410-7量级量级(数字表数字表)；对交流；对交流电压的测量可获得电压的测量可获得10-210-4量级的准确量级的准确
6、度。度。模拟式电压表一般只能达到模拟式电压表一般只能达到10-2量级。量级。本讲稿第七页，共一百五十页2：电压测量的特点：电压测量的特点5抗干扰能力強抗干扰能力強测量工作一般都在有干扰的环境下进行，测量工作一般都在有干扰的环境下进行，所以要求测量仪表具有较強的抗干扰能所以要求测量仪表具有较強的抗干扰能力。力。对于数字电压表来说，这个要求更为突对于数字电压表来说，这个要求更为突出。出。测量时，采取必要的措施，如测量时，采取必要的措施，如接地、屏接地、屏蔽蔽等，可减小干扰的影响。等，可减小干扰的影响。本讲稿第八页，共一百五十页2：电压测量的特点：电压测量的特点6.被测波形的多样性被测波形的多样性除
7、正弦波外，电路中还有失真的正弦波除正弦波外，电路中还有失真的正弦波和大量的非正弦波。和大量的非正弦波。测量时，应考虑不同波形的需要。测量时，应考虑不同波形的需要。测非正弦波形时其读数无直接意义，被测非正弦波形时其读数无直接意义，被测电压大小要根据电压表的类型和波形测电压大小要根据电压表的类型和波形来确定，即需要进行换算。来确定，即需要进行换算。本讲稿第九页，共一百五十页3：电压表的分类：电压表的分类电压表按其工作原理和读数方式分为模电压表按其工作原理和读数方式分为模拟式电压表和数字式电压表两大类。拟式电压表和数字式电压表两大类。1模拟式电压表模拟式电压表模拟式电压表又叫模拟式电压表又叫指针式电
8、压表指针式电压表，一般，一般都采用都采用磁电式直流电流表头磁电式直流电流表头作为被测电作为被测电压的指示器。压的指示器。测量测量直流电压直流电压时，可直接或经放大或经时，可直接或经放大或经衰减后变成一定量的衰减后变成一定量的直流电流直流电流驱动直流驱动直流表头的指针偏转指示。表头的指针偏转指示。本讲稿第十页，共一百五十页3：电压表的分类：电压表的分类2数字式电压表数字式电压表数字式电压表实际上就是一种用数字式电压表实际上就是一种用AD变变換器作测量机构，用数字显示器显示测換器作测量机构，用数字显示器显示测量结果的电压表。量结果的电压表。测量交流电压及其它电参量的数字式电测量交流电压及其它电参量
9、的数字式电压表必须在压表必须在AD变換器之前对被测电参变換器之前对被测电参量进行转换处理，将被测电参量变換成量进行转换处理，将被测电参量变換成直流电压。直流电压。本讲稿第十一页，共一百五十页3：电压表的分类：电压表的分类AD变換器是数字式电压表的核心部分，变換器是数字式电压表的核心部分，它的变換精度、分辨力、抗干扰能力直它的变換精度、分辨力、抗干扰能力直接影响数字式电压表的测量精度、灵敏接影响数字式电压表的测量精度、灵敏度和抗干扰能力。度和抗干扰能力。本讲稿第十二页，共一百五十页提问1.峰值和峰峰值有什么区别和联系峰值和峰峰值有什么区别和联系?用图示说明用图示说明2.什么是振幅值什么是振幅值?
10、振幅的参考电平是什么振幅的参考电平是什么?用图示说用图示说明明3.峰值和振幅有什么区别和联系峰值和振幅有什么区别和联系?用图示说明用图示说明4.什么是平均值什么是平均值?纯粹的交流电压平均值是多少纯粹的交流电压平均值是多少?5.全波平均值和半波平均值的定义有什么区别全波平均值和半波平均值的定义有什么区别?对对正弦波来讲正弦波来讲,这两者大小关系如何这两者大小关系如何?本讲稿第十三页，共一百五十页提问6.有效值的定义有效值的定义?试推导正弦电压试推导正弦电压U=Asin t的的有效值是多少有效值是多少?7.波形因数的定义是什么波形因数的定义是什么?试利用定义推导正弦试利用定义推导正弦波的波形因数
11、的大小波的波形因数的大小8.波峰因数的定义是什么波峰因数的定义是什么?试利用定义推导正弦试利用定义推导正弦波的波峰因数的大小波的波峰因数的大小本讲稿第十四页，共一百五十页4：交流电压的基本参数：交流电压的基本参数电路中某点的电压是指该点信号的电压，电路中某点的电压是指该点信号的电压，它可能是直流，一般是含有直流成分的它可能是直流，一般是含有直流成分的复杂信号。复杂信号。波形是指电压随时间变化的波形是指电压随时间变化的U-t图形，反图形，反映电压瞬时值的变化情况。映电压瞬时值的变化情况。一个交流电压的幅度特性可用一个交流电压的幅度特性可用峰值峰值、平平均值、有效值均值、有效值等基本参数来表征。等
12、基本参数来表征。本讲稿第十五页，共一百五十页4：交流电压的基本参数：交流电压的基本参数要点要点1峰值峰值一个周期性交流电压一个周期性交流电压u(t)在在一个周期内一个周期内所所出现的出现的最大瞬时值最大瞬时值称为该交流电压的峰称为该交流电压的峰值值U p。峰值峰值U p是参考零电平计算的是参考零电平计算的。有正峰值和负峰值之分，分别用有正峰值和负峰值之分，分别用Up+和和Up-表示。表示。含直流分量的交流电压含直流分量的交流电压，其正峰值，其正峰值Up+和负峰值和负峰值Up-的绝对值大小是的绝对值大小是不相等不相等的；的；本讲稿第十六页，共一百五十页4：交流电压的基本参数要点：交流电压的基本参
13、数要点1峰值峰值振幅振幅Um是参考直流分量值开始计算是参考直流分量值开始计算。下图的下图的直流分量直流分量U0大于零大于零，注意，注意 Up+、Up-和和Um的区别。其中，的区别。其中，Upp是峰峰值是峰峰值 正峰值正峰值Up+负峰负峰值值Up-的绝对值的绝对值交流电压的振幅值交流电压的振幅值Um！本讲稿第十七页，共一百五十页4：交流电压的基本参数要点：交流电压的基本参数要点1峰值峰值下图的下图的直流分量等于零直流分量等于零。与前面的直流分量大于零的情况作对比，与前面的直流分量大于零的情况作对比，注意注意 Up+、Up-和和Um的区别的区别。正峰值正峰值Up+负负峰值峰值Up-的绝对的绝对值交
14、流电压的值交流电压的振幅值振幅值Um！本讲稿第十八页，共一百五十页4：交流电压的基本参数：交流电压的基本参数要点要点2平均值平均值又称为均值。交流电压的平均值在数学又称为均值。交流电压的平均值在数学上定义为上定义为 显然，显然，不含直流分量的正弦信号的电压不含直流分量的正弦信号的电压平均值为零。平均值为零。平均值又分为半波平均值和全波平均值，平均值又分为半波平均值和全波平均值，分别记为分别记为 和和 。本讲稿第十九页，共一百五十页4：交流电压的基本参数要点：交流电压的基本参数要点2平均值平均值半波平均值半波平均值是指交流电压的是指交流电压的正半周或负正半周或负半周在一个周期内的平均值半周在一个
15、周期内的平均值。(U(t)0)(U(t)0)通常用全波检波后的波形的平均值来表通常用全波检波后的波形的平均值来表征正弦信号的幅度特性，故有：征正弦信号的幅度特性，故有：本讲稿第二十页，共一百五十页4：交流电压的基本参数：交流电压的基本参数要点要点2平均值平均值全波整流全波整流波形，表波形，表征正弦信号的幅度征正弦信号的幅度特性特性半波整流半波整流波形，半波形，半波检波后的平均值波检波后的平均值是是全波平均值的一全波平均值的一半半，即为正弦信号电，即为正弦信号电压平均值的一半。压平均值的一半。本讲稿第二十一页，共一百五十页4：交流电压的基本参数：交流电压的基本参数要点要点3有效值有效值交流电压的
16、有效值理论上定义为：交流交流电压的有效值理论上定义为：交流电压加在某个电阻上产生的功率与一个电压加在某个电阻上产生的功率与一个直流电压直流电压在同一个电阻上产生的功率相在同一个电阻上产生的功率相同时，则定义这个同时，则定义这个直流电压值为该交流直流电压值为该交流电压的有效值电压的有效值。数学上交流电压的有效值定义为它的方数学上交流电压的有效值定义为它的方均根值：均根值：本讲稿第二十二页，共一百五十页4：交流电压的基本参数要点：交流电压的基本参数要点3有效值有效值以正弦波为例，以正弦波为例，代入有效代入有效值计算公式值计算公式本讲稿第二十三页，共一百五十页4：交流电压的基本参数：交流电压的基本参
17、数要点要点3有效值有效值对正弦波而言，其有效值为最大值的对正弦波而言，其有效值为最大值的 倍。倍。本讲稿第二十四页，共一百五十页4：交流电压的基本参数：交流电压的基本参数要点要点4波形因数波形因数Kf 交流电压的交流电压的有效值有效值与与平均值之比平均值之比称为该称为该交流电压的波形因数，用交流电压的波形因数，用Kf表示。表示。正弦信号的波形因数正弦信号的波形因数 1.11三角波的波形因数三角波的波形因数 方波信号的波形因数方波信号的波形因数 1本讲稿第二十五页，共一百五十页4：交流电压的基本参数：交流电压的基本参数要点要点5波峰因数波峰因数 Kp波峰因数波峰因数Kp定义为定义为峰值与有效值峰
18、值与有效值之比：之比：正弦信号的波峰因数正弦信号的波峰因数 三角波的波峰因数三角波的波峰因数 方波信号的波峰因数方波信号的波峰因数 本讲稿第二十六页，共一百五十页5：模拟电压表的分类：模拟电压表的分类在模拟式交流电压表中，大都采用在模拟式交流电压表中，大都采用整流整流的方法的方法将交流信号变成直流信号将交流信号变成直流信号，再以，再以其平均值其平均值驱动指示器驱动指示器，给出有效值读数给出有效值读数。这种方法在电子测量领域中称这种方法在电子测量领域中称检波法检波法。它具有准确度高、频带宽、灵敏度较高它具有准确度高、频带宽、灵敏度较高等优点，是目前使用比较广泛的方法。等优点，是目前使用比较广泛的
19、方法。本讲稿第二十七页，共一百五十页5：模拟电压表的分类：模拟电压表的分类另外还有热电转换法和公式法。另外还有热电转换法和公式法。热电转换法是通过热电偶将交流电有效热电转换法是通过热电偶将交流电有效值转换成直流电压；值转换成直流电压；公式法是利用有效值公式进行转换，经公式法是利用有效值公式进行转换，经过模拟平方器、积分器、开平方器等转过模拟平方器、积分器、开平方器等转换环节来完成。换环节来完成。根据电压表电路组成的方式不同，模拟根据电压表电路组成的方式不同，模拟式电压表又可分为以下几种。式电压表又可分为以下几种。本讲稿第二十八页，共一百五十页5：模拟电压表的分类：模拟电压表的分类要点要点1检波
20、检波-放大式放大式检波检波-放大式电压表的电路结构如图所示。放大式电压表的电路结构如图所示。将将被测电压被测电压Ux先变成先变成直流电压直流电压，再经直，再经直流放大器流放大器放大放大，然后驱动直流微安表指，然后驱动直流微安表指针偏转。针偏转。本讲稿第二十九页，共一百五十页5：模拟电压表的分类：模拟电压表的分类要点要点1检波检波-放大式放大式电压表的频带宽度主要取决于检波电路电压表的频带宽度主要取决于检波电路的频率响应。的频率响应。通常所称通常所称“高频电压表高频电压表”或或“超高频电超高频电压表压表”都属于这一类。都属于这一类。由于二极管导通时有一定的起始电压，由于二极管导通时有一定的起始电
21、压，且采用普通直流放大器会有零点漂移，且采用普通直流放大器会有零点漂移，故其故其灵敏度不高，不适宜测量小信号。灵敏度不高，不适宜测量小信号。本讲稿第三十页，共一百五十页5：模拟电压表的分类：模拟电压表的分类要点要点2放大放大-检波式检波式被测电压被测电压先先经宽带放大器经宽带放大器放大放大，然后再，然后再检波检波，变成，变成直流电信号直流电信号，驱动微安表指，驱动微安表指针偏转。针偏转。这种电压表灵敏度由于先行放大而提高，这种电压表灵敏度由于先行放大而提高，但但受放大器内部噪声的限制受放大器内部噪声的限制；其频率范；其频率范围主要受放大器带宽的限制，典型围主要受放大器带宽的限制，典型本讲稿第三
22、十一页，共一百五十页5：模拟电压表的分类：模拟电压表的分类要点要点2放大放大-检波式检波式的频率范围为的频率范围为20HZ10MHZ,称称“视频视频毫伏表毫伏表”。平均值电压表属于放大平均值电压表属于放大-检波式电压表。检波式电压表。本讲稿第三十二页，共一百五十页5：模拟电压表的分类：模拟电压表的分类要点要点3外差式外差式检波检波-放大式和放大放大式和放大-检波式两种电压表，检波式两种电压表，频率响应频率响应和和灵敏度灵敏度互相矛盾，很难兼顾，互相矛盾，很难兼顾，可以通过外差测量方法来解决。可以通过外差测量方法来解决。外差式电压表的电路结构图如下图所示，外差式电压表的电路结构图如下图所示，其原
23、理与外差式收音机相似。其原理与外差式收音机相似。本讲稿第三十三页，共一百五十页5：模拟电压表的分类：模拟电压表的分类要点要点3外差式外差式外差测量法的中频是固定不变的，中频外差测量法的中频是固定不变的，中频放大器有良好的选择性，相当高的增益，放大器有良好的选择性，相当高的增益，这样就解决了放大器的带宽与增益的矛这样就解决了放大器的带宽与增益的矛盾，削弱噪声的影响，提高了测量灵敏盾，削弱噪声的影响，提高了测量灵敏度，扩展了频率范围。度，扩展了频率范围。一般的高频微伏表即属于这一类。一般的高频微伏表即属于这一类。本讲稿第三十四页，共一百五十页6：均值电压表：均值电压表在均值电压表内，电压的平均值指
24、被测在均值电压表内，电压的平均值指被测电压经整流后的平均值，这通常是就电压经整流后的平均值，这通常是就全全波整流波整流而言，即输入电压的绝对值在一而言，即输入电压的绝对值在一个周期的平均值。个周期的平均值。均值电压表一般采用均值电压表一般采用放大放大-检波式检波式电路组电路组成低频电压表，或采用外差式电路组成成低频电压表，或采用外差式电路组成高频微伏表。高频微伏表。本讲稿第三十五页，共一百五十页6：均值电压表：均值电压表要点要点1.均值表的一般组成均值表的一般组成均值电压表框图如下。均值电压表框图如下。均值表的均值表的输入级输入级，通常，通常采用射极跟随器或源极采用射极跟随器或源极跟随器来跟随
25、器来提高均值表的提高均值表的输入阻抗输入阻抗阻容分压电路，阻容分压电路，用来改变均值用来改变均值表的表的量程量程采用采用多级负反馈电路多级负反馈电路，其性能是整个电压表质其性能是整个电压表质量的关键量的关键通过整流和滤波提取宽通过整流和滤波提取宽放输出电压的放输出电压的平均值平均值，并输出并输出与它成正比的直与它成正比的直流电流流电流本讲稿第三十六页，共一百五十页6：均值电压表：均值电压表要点要点2.(平平)均值检波器均值检波器电子电压表内常用的电子电压表内常用的全波均值检波器全波均值检波器电电路如下图所示，图（路如下图所示，图（a）为桥式电路，图）为桥式电路，图（b）为半桥式电路。检波器）为
26、半桥式电路。检波器输出平均电输出平均电流正比于输入电压的平均值流正比于输入电压的平均值。滤波电容，滤波电容，使指针稳使指针稳定定滤去检滤去检波器输出波器输出电流中的电流中的交流成分交流成分R使检波器损耗增加，使检波器损耗增加，使流经微安表的电流使流经微安表的电流减小减小，应保证充放电，应保证充放电的时间常数相等。的时间常数相等。本讲稿第三十七页，共一百五十页6：均值电压表：均值电压表要点要点2.(平平)均值检波器均值检波器被测电压为被测电压为Ux，电表内阻，电表内阻rm，D1D4的正反向电阻分的正反向电阻分别为别为Rd、Rr。一般。一般Rd为为100500，Rr为为13K。由于由于Rr Rd，
27、忽略反向电流的作，忽略反向电流的作用，流过电表的平均电流为用，流过电表的平均电流为本讲稿第三十八页，共一百五十页6：均值电压表：均值电压表要点要点3.定度系数和波形换算定度系数和波形换算几乎所有的几乎所有的交流电压表都是按照正弦波电交流电压表都是按照正弦波电压有效值定度压有效值定度的。的。显然，均值检波器不是有效值响应，则标显然，均值检波器不是有效值响应，则标称值称值 （即示值）与实际响应值之间存（即示值）与实际响应值之间存在一个系数，此系数即为在一个系数，此系数即为定度系数定度系数，记作，记作 。本讲稿第三十九页，共一百五十页6：均值电压表：均值电压表要点要点3.定度系数和波形换算定度系数和
28、波形换算对于均值响应检波器，在额定频率下加对于均值响应检波器，在额定频率下加正弦波电压时的示值正弦波电压时的示值可见，可见，均值表的读数乘以均值表的读数乘以0.9等于被测电等于被测电压的平均值压的平均值。本讲稿第四十页，共一百五十页6：均值电压表：均值电压表要点要点3.定度系数和波形换算定度系数和波形换算同理，对于半波均值表，有半波均值表同理，对于半波均值表，有半波均值表的读数乘以的读数乘以0.45等于被测电压的平均值。等于被测电压的平均值。对于全波均值表，如果被测电压不是正对于全波均值表，如果被测电压不是正弦波，而是弦波，而是任意波形任意波形时，如果要求它的时，如果要求它的有效值，则利用有效
29、值，则利用波形因数波形因数Kf=，则，则本讲稿第四十一页，共一百五十页6：均值电压表：均值电压表要点要点3.定度系数和波形换算定度系数和波形换算综上所述，波形换算的方法是：综上所述，波形换算的方法是：当测量当测量任意波形任意波形电压时，将测量结果电压时，将测量结果U（即表盘上的示值）先除以定度系数（即表盘上的示值）先除以定度系数K折算成被测电压的折算成被测电压的平均值平均值，再，再乘以被乘以被测电压的波形因数测电压的波形因数Kf（如果被测电压的（如果被测电压的波形已知）即可得到被测的非正弦电压波形已知）即可得到被测的非正弦电压有效值有效值Ux。本讲稿第四十二页，共一百五十页6：均值电压表：均值
30、电压表要点要点3.定度系数和波形换算定度系数和波形换算例例5-1 用全波式均值电压表分别测量用全波式均值电压表分别测量方波及三角波电压，示值均为方波及三角波电压，示值均为1V，问被，问被测电压的有效值分别为多少？测电压的有效值分别为多少？解解 示值示值U1V（1）对于方波（）对于方波（Kf 1）（2）对于三角波（）对于三角波（Kf 1.15）本讲稿第四十三页，共一百五十页6：均值电压表：均值电压表要点要点4.误差分析误差分析(波形误差波形误差)均值电压表误差的主要来源有：指示电均值电压表误差的主要来源有：指示电流表的误差、检波二极管的不稳定性、流表的误差、检波二极管的不稳定性、被测电压超过频率
31、范围及波形所造成的被测电压超过频率范围及波形所造成的误差。误差。着重分析着重分析波形误差波形误差。以全波均值表为例，当以全波均值表为例，当把示值把示值U作为被作为被测电压的有效值测电压的有效值Ux时会引起的绝对误差时会引起的绝对误差为为本讲稿第四十四页，共一百五十页6：均值电压表：均值电压表要点要点4.误差分析误差分析(波形误差波形误差)示值相对误差示值相对误差u 为为当被测电压为方波时当被测电压为方波时(Kf 1)，u (10.9 Kf)100%10当被测电压是三角波时当被测电压是三角波时(Kf 1.15)，u (10.9 Kf)100%10.91.15-3.5 本讲稿第四十五页，共一百五十
32、页6：均值电压表：均值电压表4.误差分析误差分析(波形误差波形误差)如果知道如果知道检波器的类型检波器的类型及及被测电压的波被测电压的波形因数形因数，进行换算也是很方便的。，进行换算也是很方便的。均值电压表电路简单，灵敏度高，波形均值电压表电路简单，灵敏度高，波形失真小，因此它得到了广泛应用。失真小，因此它得到了广泛应用。本讲稿第四十六页，共一百五十页7：峰值电压表：峰值电压表峰值电压表的工作频率范围宽，输入阻峰值电压表的工作频率范围宽，输入阻抗高，有较高的灵敏度，但存在非线性抗高，有较高的灵敏度，但存在非线性失真。失真。峰值电压表简称峰值表，属于峰值电压表简称峰值表，属于检波检波放放大式大式
33、电子电压表，又称为电子电压表，又称为超高频毫伏表。超高频毫伏表。本讲稿第四十七页，共一百五十页7：峰值电压表：峰值电压表要点要点1.峰值表组成峰值表组成峰值表由峰值检波器、分压器、直流放峰值表由峰值检波器、分压器、直流放大器和微安表组成，如下图所示。大器和微安表组成，如下图所示。检波输出的检波输出的直流电压直流电压与与输入输入交流信号峰值交流信号峰值成比例成比例的检波器的检波器本讲稿第四十八页，共一百五十页7：峰值电压表：峰值电压表要点要点2.峰值检波器峰值检波器峰值检波器峰值检波器有有串联式串联式和和并联式并联式两种。两种。(a串联式，串联式，b并联式，并联式，c波形波形)本讲稿第四十九页，
34、共一百五十页7：峰值电压表：峰值电压表要点要点2.峰值检波器峰值检波器通过二极管通过二极管正向快速充电正向快速充电达到输入电压达到输入电压的峰值，而二极管的峰值，而二极管反向截止时反向截止时“保持保持”该峰值。该峰值。且被测回路的内阻且被测回路的内阻Rs 应小，负载电阻应小，负载电阻RL要大要大(常取常取10M100M)，以保证上式的，以保证上式的成立。成立。本讲稿第五十页，共一百五十页7：峰值电压表：峰值电压表要点要点2.峰值检波器峰值检波器这样，检波器输出的这样，检波器输出的直流电压直流电压(RL的两端的两端电压电压)就正比于被测电压的峰值就正比于被测电压的峰值。设被测电压为设被测电压为U
35、(t)=Umsinwt,对于上述串联式及并联式均可得到：对于上述串联式及并联式均可得到：电容器电容器充电时间很快，放电时间非常缓充电时间很快，放电时间非常缓慢，能一直维持电容器两端的平均电压慢，能一直维持电容器两端的平均电压与被测电压的峰值与被测电压的峰值 近似相等。近似相等。本讲稿第五十一页，共一百五十页7：峰值电压表：峰值电压表要点要点2.峰值检波器峰值检波器由于由于RL取值很大，故峰值检波器作输入取值很大，故峰值检波器作输入级也可使电压表具有级也可使电压表具有很高的输入电阻很高的输入电阻。峰值表适合于峰值表适合于高频电压高频电压的测量。其特点是的测量。其特点是增益高、噪声低、漂移小，灵敏
36、度可达几增益高、噪声低、漂移小，灵敏度可达几十十V。又称为超高频毫伏表。又称为超高频毫伏表。峰值检波器中，流经负载电阻峰值检波器中，流经负载电阻RL的电流的电流非常小，因此，非常小，因此，直流放大器直流放大器是检波是检波放大放大式电压表中必不可少的部分。式电压表中必不可少的部分。本讲稿第五十二页，共一百五十页7：峰值电压表：峰值电压表要点要点3.定度系数和波形换算定度系数和波形换算峰值电压表响应被测电压的峰值峰值电压表响应被测电压的峰值Up。按正。按正弦波有效值定度，则读数弦波有效值定度，则读数UK：定度系数，：定度系数，K=Up：被测电压峰值，：被测电压峰值，Kp：正弦波波峰：正弦波波峰因数
37、。因数。峰值电压表的读数乘以峰值电压表的读数乘以 后所得就是输后所得就是输入电压的峰值。入电压的峰值。本讲稿第五十三页，共一百五十页7：峰值电压表：峰值电压表要点要点3.定度系数和波形换算定度系数和波形换算用一台理想的峰值电压表去测用一台理想的峰值电压表去测任意波形任意波形的非正弦波电压的非正弦波电压，其读数没有直接的物，其读数没有直接的物理意义，该理意义，该读数只有乘以读数只有乘以 后才等于后才等于其峰值其峰值。若要求其有效值，还需通过本身的波峰若要求其有效值，还需通过本身的波峰因数和求得的峰值来加以换算。因数和求得的峰值来加以换算。Ux：被测电压有效值；：被测电压有效值；Kp：被测电压波峰
38、因数。：被测电压波峰因数。本讲稿第五十四页，共一百五十页7：峰值电压表：峰值电压表要点要点4.误差分析误差分析(波形误差波形误差)峰值电压表的读数没有直接的物理意义，峰值电压表的读数没有直接的物理意义，测量非正弦波测量非正弦波时，如果不进行换算，将时，如果不进行换算，将产生波形误差产生波形误差u。本讲稿第五十五页，共一百五十页7：峰值电压表：峰值电压表要点要点4.误差分析误差分析(波形误差波形误差)例例5-2 用峰值电压表测量一个三角波用峰值电压表测量一个三角波电压，示值为电压，示值为10V，问被测电压的有效，问被测电压的有效值为多少？波形误差为多少？如果是方值为多少？波形误差为多少？如果是方
39、波结果又是多少波结果又是多少(请同学自己思考请同学自己思考)？解解 本讲稿第五十六页，共一百五十页7：峰值电压表：峰值电压表要点要点4.误差分析误差分析(波形误差波形误差)可以看出，用可以看出，用峰值电压表测量失真的正峰值电压表测量失真的正弦波或非正弦波电压时，若将读数当成弦波或非正弦波电压时，若将读数当成输入电压的有效值，则会产生较大的波输入电压的有效值，则会产生较大的波形误差。形误差。但用峰值表但用峰值表测量正弦波测量正弦波时，时，读数就是其读数就是其有效值有效值。本讲稿第五十七页，共一百五十页8：有效值电压表：有效值电压表实际测量中，遇到的往往是失真的正弦实际测量中，遇到的往往是失真的正
40、弦波且难以知道其波形参数波且难以知道其波形参数(Kp和和Kf)，因，因此，电压表若能响应有效值，那么测量此，电压表若能响应有效值，那么测量其有效值就变得容易。其有效值就变得容易。有效值电压表属于有效值电压表属于放大放大检波式检波式电压表。电压表。其交其交直流变换电路主要有直流变换电路主要有热耦式热耦式和和计计算式算式等类型。等类型。本讲稿第五十八页，共一百五十页提问1.有效值电压表有哪几种形式有效值电压表有哪几种形式?2.根据交流电压有效值的定义根据交流电压有效值的定义,要完成有效值检波要完成有效值检波,这种检波器应该具有什么样的伏安特性这种检波器应该具有什么样的伏安特性3.利用检波二极管如何
41、完成有效值的检波利用检波二极管如何完成有效值的检波?它利它利用了二极管的什么特性用了二极管的什么特性?4.利用检波二极管完成有效值的检波有什么样的利用检波二极管完成有效值的检波有什么样的缺点缺点?为什么为什么?5.简述热电偶的热电转换效应简述热电偶的热电转换效应,热电偶产生的热热电偶产生的热电动势与什么相关电动势与什么相关?本讲稿第五十九页，共一百五十页提问6.试简述图试简述图5-9中中,利用热电转换效应完成有效值利用热电转换效应完成有效值检波的基本原理检波的基本原理.7.利用图利用图5-9推导流过微安表的平均电流与被测电推导流过微安表的平均电流与被测电压有效值之间的关系压有效值之间的关系8.
42、简述图简述图5-10的有效值检波的过程的有效值检波的过程9.图图5-10中中,两个热电偶两个热电偶M1和和M2的作用相同吗的作用相同吗?如如果不同果不同,两者的作用分别是什么两者的作用分别是什么?10.热电转换式有效值电压表的优点和缺点分别热电转换式有效值电压表的优点和缺点分别是什么是什么?这种电压表的读数需要经过波形换算这种电压表的读数需要经过波形换算吗吗?为什么为什么?本讲稿第六十页，共一百五十页8：有效值电压表：有效值电压表要点要点1热电转换式热电转换式它利用具有它利用具有热电效应功能热电效应功能的热电偶来实现有效的热电偶来实现有效值变换。值变换。热电效应：两种不同导体的两端相互连接在一
43、热电效应：两种不同导体的两端相互连接在一起，组成一个闭合回路，当起，组成一个闭合回路，当两节点处温度不同时，两节点处温度不同时，回路中将产生电动势回路中将产生电动势，从而形成电流，这一现象称，从而形成电流，这一现象称为热电效应，所产生的电动势称为为热电效应，所产生的电动势称为热电动势热电动势。当热端当热端T T和冷端和冷端T0T0存在存在温差温差时（即时（即TT0TT0），则存在热），则存在热电动势，且电动势，且热电动势的大小与温差热电动势的大小与温差T=T-T0T=T-T0成正比。成正比。本讲稿第六十一页，共一百五十页8：有效值电压表：有效值电压表要点要点1热电转换式热电转换式右图是热电转换
44、电压表的示意图。右图是热电转换电压表的示意图。图中，直流电流图中，直流电流I I与被测电压与被测电压u(t)u(t)的有效值的有效值V V的的关系：关系：电流电流II热电动势热电动势热端与冷端的温差热端与冷端的温差，而热端，而热端温度温度u(t)u(t)功率功率u(t)u(t)的有效值的有效值V V的平方，故的平方，故 本讲稿第六十二页，共一百五十页8：有效值电压表：有效值电压表要点要点1热电转换式热电转换式图图5-10是是DA-24型有效值电压表简化组成方框图，型有效值电压表简化组成方框图，它采用热电偶作为它采用热电偶作为ACDC变换元件。其中变换元件。其中M1为为测量热电偶测量热电偶，M2
45、为平衡热电偶为平衡热电偶。K为热电偶转换系数为热电偶转换系数本讲稿第六十三页，共一百五十页8：有效值电压表：有效值电压表要点要点1热电转换式热电转换式当直流放大器的增益足够高且电路达到平当直流放大器的增益足够高且电路达到平衡时，其输入电压衡时，其输入电压UinExEf0，即即ExEf，所以，所以UoutA1Ux。由此可知，如两个热电偶特性相同（即由此可知，如两个热电偶特性相同（即K相同），则通过图示反馈系统，相同），则通过图示反馈系统，输出直流输出直流电压就正比电压就正比Ux(t)有效值有效值Ux，所以表头示，所以表头示值与输入呈值与输入呈线性关系线性关系。平衡热电偶平衡热电偶M2与与M1的性
46、能相同，其作用的性能相同，其作用有二：有二：一使表头刻度线性化，二是提高热一使表头刻度线性化，二是提高热稳定性。稳定性。本讲稿第六十四页，共一百五十页8：有效值电压表：有效值电压表要点要点1热电转换式热电转换式这种仪表的灵敏度及频率范围取决于宽这种仪表的灵敏度及频率范围取决于宽带放大器的带宽及增益，表头刻度线性，带放大器的带宽及增益，表头刻度线性，基本没有波形误差，读数与波形无关基本没有波形误差，读数与波形无关。其主要缺点是有其主要缺点是有热惯性热惯性，使用时需等指，使用时需等指针偏转稳定后才能读数，而且过载能力针偏转稳定后才能读数，而且过载能力差，容易烧坏，使用时应注意。差，容易烧坏，使用时
47、应注意。本讲稿第六十五页，共一百五十页8：有效值电压表：有效值电压表要点要点2计算式有效值电压表计算式有效值电压表交流电压的有效值即其方均根值。交流电压的有效值即其方均根值。根据这一概念，利用模拟电路对信号进根据这一概念，利用模拟电路对信号进行行平方平方、积分积分、开平方开平方等运算即可得到等运算即可得到测量结果。测量结果。本讲稿第六十六页，共一百五十页8：有效值电压表：有效值电压表要点要点2计算式有效值电压表计算式有效值电压表第一级为模拟乘法器，第二级为积分器，第一级为模拟乘法器，第二级为积分器，第三级对积分器的输出电压进行开方使第三级对积分器的输出电压进行开方使输出电压大小与被测电压有效值
48、成正比，输出电压大小与被测电压有效值成正比，从而得到最后测量结果。从而得到最后测量结果。本讲稿第六十七页，共一百五十页9：数字电压表：数字电压表DVMDVM的组成的组成数字电压表（数字电压表（Digital Voltage MeterDigital Voltage Meter，简称，简称DVMDVM）。）。组成框图组成框图本讲稿第六十八页，共一百五十页9：数字电压表：数字电压表要点要点1：基本组成：基本组成包括包括模拟模拟和和数字数字两部分。两部分。输入电路输入电路：对输入电压衰减：对输入电压衰减/放大、变换等。放大、变换等。核心部件是核心部件是A/DA/D转换器转换器（Analog to D
49、igital Analog to Digital ConverterConverter，简称，简称ADCADC），实现模拟电压到数），实现模拟电压到数字量的转换。字量的转换。数字显示器数字显示器：显示模拟电压的数字量结果。：显示模拟电压的数字量结果。逻辑控制电路逻辑控制电路：在统一时钟作用下，完成：在统一时钟作用下，完成内部电路的协调有序工作内部电路的协调有序工作。本讲稿第六十九页，共一百五十页提问1 电压表的量程上下限扩展从电路上来说是电压表的量程上下限扩展从电路上来说是如何实现的？如何实现的？2 什么叫什么叫DVM的显示位数？什么叫完整显示的显示位数？什么叫完整显示位？什么叫不完整显示位？
50、最大计数容量为位？什么叫不完整显示位？最大计数容量为99999、1999和和5999的分别是几位表？的分别是几位表？3 什么叫超量程能力？最大计数容量为什么叫超量程能力？最大计数容量为19999的的DVM的超量程能力为多大？的超量程能力为多大？4 哪些哪些DVM具有超量程能力？具有超量程能力？5 什么叫什么叫DVM的分辨力？最大计数容量为的分辨力？最大计数容量为1999的的DVM在在1V和和10V量程分辨力分别是多量程分辨力分别是多大？大？本讲稿第七十页，共一百五十页提问6 DVM的误差有哪两项构成？它们分别代表的误差有哪两项构成？它们分别代表哪些误差来源？哪些误差来源？7 DVM的输入电阻和