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1、第第4 4章章 电压测量电压测量4.1 4.1 概述概述4.2 4.2 模拟式电压表模拟式电压表4.3 4.3 数字式多用表数字式多用表4.4 4.4 电平的测量电平的测量一、一、电压测量的仪器与应用电压测量的仪器与应用w 常用电压测量仪器有哪些？常用电压测量仪器有哪些？4.1 4.1 概述概述一、一、电压测量的仪器与应用电压测量的仪器与应用w 电压是一个基本的物理量，是集中电路电压是一个基本的物理量，是集中电路中表征电信号的三个基本参数（电压、电流、中表征电信号的三个基本参数（电压、电流、功率）之一，电压测量是电子测量中的基本功率）之一，电压测量是电子测量中的基本内容。内容。w 在电子电路中
2、，电路的各种工作都是靠在电子电路中，电路的各种工作都是靠电压来表征的；在电压来表征的；在非电量测量非电量测量中，也多利用中，也多利用各类传感器装置，将非电量参数转化为电压各类传感器装置，将非电量参数转化为电压参数。参数。4.1 4.1 概述概述二二.交流电压的量值表示交流电压的量值表示【演示与操作演示与操作】连接信号发生器与示波器，调连接信号发生器与示波器，调节信号发生器，使输出一正弦波节信号发生器，使输出一正弦波（U Up-P p-P=10V)=10V)二二.交流电压的量值表示交流电压的量值表示w 一个交流电压的大小，可用多种方式来一个交流电压的大小，可用多种方式来表示，如平均值、峰值和有效
3、值。采用不同表示，如平均值、峰值和有效值。采用不同的量值表示法，其数值也是不同的。的量值表示法，其数值也是不同的。图图4.1 4.1 正弦波形参数示意图正弦波形参数示意图二二.交流电压的量值表示交流电压的量值表示【课堂讨论课堂讨论】怎样理解交流电压的平均值和怎样理解交流电压的平均值和有效值？有效值？如何计算？如何计算？w（1 1）峰值的基本概念。）峰值的基本概念。w 交流电压的交流电压的峰值峰值是指交流电压是指交流电压U U（t t）在）在一个周期内（或在一段观察时间内）电压所一个周期内（或在一段观察时间内）电压所达到的达到的最大值最大值，用，用U U（或（或UpUp）表示。）表示。w 图图4
4、.1所示为正弦波形参数的表示图。峰所示为正弦波形参数的表示图。峰值是从参考零电平开始计算的，有正峰值和值是从参考零电平开始计算的，有正峰值和负峰值包括在一起时称为负峰值包括在一起时称为峰峰值峰峰值，用，用Up-p表示。表示。（2 2）平均值的基本概念。平均值一般用表示，）平均值的基本概念。平均值一般用表示，在数学上定义为在数学上定义为:w式中：式中：T被测信号的周期；被测信号的周期；u(t)被测信号。被测信号。w对于一个纯粹的交流电压，无法用平均值来表对于一个纯粹的交流电压，无法用平均值来表征电压的大小。征电压的大小。在交流电压的测量中，先把交流电压交换成对应的直流电在交流电压的测量中，先把交
5、流电压交换成对应的直流电压。压。w检波器是将交流电整流成直流电的典型电路。检波器是将交流电整流成直流电的典型电路。w所以，交流电压的平均值是指经过测量仪器的检波器后的平所以，交流电压的平均值是指经过测量仪器的检波器后的平均值。均值。w一般仪器的检波器有半波检波器和全波检波器两种。一般仪器的检波器有半波检波器和全波检波器两种。w因此，平均值也应分为半波平均值和全波平均值两种。因此，平均值也应分为半波平均值和全波平均值两种。所谓全波平均值，是指交流电压经全波检波后的全波平均值，所谓全波平均值，是指交流电压经全波检波后的全波平均值，定义为：定义为：w 由于全波平均值应用广泛，如果不加说明，提到平均值
6、时由于全波平均值应用广泛，如果不加说明，提到平均值时都是指全波平均值。都是指全波平均值。（3 3）有效值的基本概念。交流电压的有效值是指均）有效值的基本概念。交流电压的有效值是指均方根值（方根值（rmsrms），用），用U U或或UrmsUrms表示。表示。有效值比峰值和平均值用得更普遍。有效值比峰值和平均值用得更普遍。它的数学表达式为：它的数学表达式为：w有效值的物理意义为：在交流电压的一个周期内有效值的物理意义为：在交流电压的一个周期内,这个交流电压在某电阻负载中所产生的热能如果与这个交流电压在某电阻负载中所产生的热能如果与一个直流电压在同样的电阻负载中产生的热能相等，一个直流电压在同样的
7、电阻负载中产生的热能相等，则这个相当的直流电压值就是该交流电压的有效值。则这个相当的直流电压值就是该交流电压的有效值。各类交流电压表的示值。除特殊情况外都是用各类交流电压表的示值。除特殊情况外都是用正弦有效值来表示的。正弦有效值来表示的。三、交流电压量值的相互转换三、交流电压量值的相互转换【操作与练习操作与练习】在在信信号号发发生生器器输输出出不不变变的的情情况况下下，分分别别用用万万用用表表、毫毫伏伏表表测测量量交交流流电电压，并与计算值相比较。压，并与计算值相比较。三三.交流电压量值的相互转换交流电压量值的相互转换w 交流电压的量值可采用平均值、峰值和有效值等多种形式表示。交流电压的量值可
8、采用平均值、峰值和有效值等多种形式表示。采用的表示形式不同，数值也不同。采用的表示形式不同，数值也不同。但多种表示形式反映的是同一个被但多种表示形式反映的是同一个被测量，这些数值之间可以相互转换。测量，这些数值之间可以相互转换。w（1 1）波形因数波形因数KfKf电压的有效值与平均值之比称电压的有效值与平均值之比称为波形因数为波形因数KFKF。w（2 2）波峰因数波峰因数KpKp交流电压的峰值与有效值之比交流电压的峰值与有效值之比称为波峰因数称为波峰因数KpKp。表表4-1 4-1 几种典型的交流电压波形的参数几种典型的交流电压波形的参数名称名称波形系数波形系数波峰系数波峰系数有效有效值值平均
9、平均值值正弦波正弦波1.111.4142Up/半波整流半波整流1.572Up/全波整流全波整流1.111.4142Up/三角波三角波1.151.73Up/2锯齿锯齿波波1.151.73方波方波11UpUp白噪声白噪声1.253Up/3Up/3.754.2 4.2 模拟式电压表模拟式电压表 4.2 4.2 模拟式电压表模拟式电压表4.2.1 4.2.1 简单模拟直流电压表简单模拟直流电压表1.1.单量程电压表单量程电压表 用单独的一个磁电式表头就可测量小于用单独的一个磁电式表头就可测量小于ug(ug=IgRg)的直流电压的直流电压,若要测量较大的电压，可利用串联电阻分压若要测量较大的电压，可利用
10、串联电阻分压原理，即在表头上串联一个适当阻值的电阻，如图原理，即在表头上串联一个适当阻值的电阻，如图4.2所示。所示。2.2.多量程电压表多量程电压表w若采用多个分压电阻与表头串联，就可制成多量程的直流若采用多个分压电阻与表头串联，就可制成多量程的直流电压表。电压表。4.2.2 4.2.2 简单模拟交流电压表简单模拟交流电压表w模拟式万用表的交流电压挡可用于进行交流电压的测量。模拟式万用表的交流电压挡可用于进行交流电压的测量。w模拟式交流电压表的原理与模拟式直流电压表类似，只不过模拟式交流电压表的原理与模拟式直流电压表类似，只不过增加了整流电路增加了整流电路。w模拟式交流电压表先将交流电流变换
11、成直流电流，然后采用模拟式交流电压表先将交流电流变换成直流电流，然后采用串联电阻的方法构成多量程电压表。串联电阻的方法构成多量程电压表。w但模拟式交流电压表有一些特点，使用时应注意。但模拟式交流电压表有一些特点，使用时应注意。w（1 1）交流电压灵敏度低于直流电压灵敏度。）交流电压灵敏度低于直流电压灵敏度。w（2 2）表针的偏转角度近似于交流电压的半波（或全波）整）表针的偏转角度近似于交流电压的半波（或全波）整流电压的平均值，但表盘上的刻度是按正弦有效值刻度的。流电压的平均值，但表盘上的刻度是按正弦有效值刻度的。w（3 3）模拟式万用表测量交流电压的颇率范围在）模拟式万用表测量交流电压的颇率范
12、围在4545100Hz100Hz内。内。w（4 4）交流电压表低量程的刻度是不均匀的，）交流电压表低量程的刻度是不均匀的，10V10V档单独刻度。档单独刻度。3.3.电子电压表的检波器电子电压表的检波器w 电子电压表中常用的检波器有峰值检波器、平均检波器电子电压表中常用的检波器有峰值检波器、平均检波器和有效值检波器。和有效值检波器。w（1 1）峰值检波器）峰值检波器 峰值检波器是峰值电峰值检波器是峰值电压表的主要组成部分，压表的主要组成部分，它对被测电压它对被测电压UxUx进行检进行检波，使检波后的直流电波，使检波后的直流电压压UDCUDC正比于输入的交正比于输入的交流电压的峰值。流电压的峰值
13、。可见峰值检波器的输入阻抗较高，适用于检波可见峰值检波器的输入阻抗较高，适用于检波放大式电压表。放大式电压表。w经过峰值检波器后的直流电压经过峰值检波器后的直流电压UDC是正比于被测电是正比于被测电压的峰值压的峰值Up的。的。w而一般情况下，而一般情况下，峰值电压表的读数刻度是按正弦波峰值电压表的读数刻度是按正弦波有效值刻度的有效值刻度的，即表头上的读数正比于被测正弦信，即表头上的读数正比于被测正弦信号的有效值。号的有效值。w所以，采用峰值检波器的电压表进行刻度时，应通所以，采用峰值检波器的电压表进行刻度时，应通过一个因数过一个因数KpKp进行变换。进行变换。w当用峰值电压表测量非正弦波电压时
14、，读数没有直当用峰值电压表测量非正弦波电压时，读数没有直接意义，只有把读数值乘以接意义，只有把读数值乘以KpKp才等于被测电压才等于被测电压UxUx的的峰值峰值UpUp。w要求被测电压的有效值，可按要求被测电压的有效值，可按“峰值相等则读数相峰值相等则读数相”等的原则，经过波形换算求得。等的原则，经过波形换算求得。w（2 2）均值检波器）均值检波器 均值检波器是对放均值检波器是对放大后的被测电压大后的被测电压UxUx进行进行检波，使检波后的直流检波，使检波后的直流电压电压UDCUDC正比输入交流正比输入交流电压的平均值。电压的平均值。w均值检波后的直流电压均值检波后的直流电压UDCUDC是正比
15、于被测电压是正比于被测电压的平均值的平均值 的。的。w 而一般情况下，均值电压表的读数刻而一般情况下，均值电压表的读数刻度与峰值电压表一样，也是度与峰值电压表一样，也是按正波有效值按正波有效值刻度的刻度的，即表头上的读数，即表头上的读数正比于被测正正比于被测正弦信号的有效值。弦信号的有效值。w所以，采用均值检波器的电压表进行刻度时，应所以，采用均值检波器的电压表进行刻度时，应通过一个因数通过一个因数KfKf进行变换。进行变换。与峰值电压表一样，只有测量正弦电压时，与峰值电压表一样，只有测量正弦电压时，从电表上读得的数才有实际意义。从电表上读得的数才有实际意义。当用均值电压表测量非正弦波电压时，
16、读当用均值电压表测量非正弦波电压时，读数数没有直接意义，只有把读数值除以没有直接意义，只有把读数值除以KFKF才才等于被测电压等于被测电压U U的平均值。的平均值。要求被测电压的有效值，须经过波形换算，要求被测电压的有效值，须经过波形换算，按按“平均值相等则读数相等平均值相等则读数相等”的原则。的原则。w（3 3）有效值）有效值-直流变换电路直流变换电路w 为了获得有效值响应，必须使为了获得有效值响应，必须使AC-DCAC-DC变换变换器具有平方律关系的伏安特性。器具有平方律关系的伏安特性。w有效值有效值-直流变换电路有分段逼近式检波器、直流变换电路有分段逼近式检波器、热电偶式变换电路和模拟计
17、算式变换电路。热电偶式变换电路和模拟计算式变换电路。w分段通近式检波器。分段通近式检波器。w 分段通近式检波器采用二极管的链式电分段通近式检波器采用二极管的链式电路，适当选择直流电源和分压电阻值，使二路，适当选择直流电源和分压电阻值，使二极管轮流导通，获得近似平方律的伏安特性。极管轮流导通，获得近似平方律的伏安特性。热电偶式变换电路。热电偶式变换电路。w根据热电变换原理可完成交流电压有效值到直根据热电变换原理可完成交流电压有效值到直流电流之间的变换。流电流之间的变换。利用乘法器、积分器和开方器等计算电器，利用乘法器、积分器和开方器等计算电器，按按 公式直接完成有效值的计算。公式直接完成有效值的
18、计算。w【操作与练习操作与练习】w 调节信号发生器，使输出一方波（调节信号发生器，使输出一方波（Up Up=5V=5V），用示波器测量和计算电压有效），用示波器测量和计算电压有效值、峰值和平均值。值、峰值和平均值。w 在信号发生器输出不变的情况下，在信号发生器输出不变的情况下，分别用万用表、毫伏表测量交流电压，分别用万用表、毫伏表测量交流电压，记录两表的读数。记录两表的读数。w【课堂讨论课堂讨论】w 毫伏表和万用表是哪种检波方式毫伏表和万用表是哪种检波方式和刻度方式？和刻度方式？作业作业63页：页：4.3、4.4题题4.3 4.3 数字式多用表数字式多用表w数字式电压表数字式电压表(DVMDV
19、M)是利用（是利用（A/DA/D）转换器，）转换器，将模拟的被测电压量转换成数字量，热后利将模拟的被测电压量转换成数字量，热后利用十进制数字显示方式显示被测量数值的电用十进制数字显示方式显示被测量数值的电压表。压表。4.3.1 4.3.1 数字电压表的分类数字电压表的分类 目前数字电压表的品种很多，按其模目前数字电压表的品种很多，按其模/数转换器数转换器（A/DA/D）原理来分，可分为）原理来分，可分为斜坡式、双积分式、比较斜坡式、双积分式、比较式和复合式式和复合式四类。四类。w1.1.斜坡式数字电压表斜坡式数字电压表w斜坡式数字电压表是利用积分器产生的线性斜斜坡式数字电压表是利用积分器产生的
20、线性斜坡电压与被测电压进行比较，把被测电压转换成与坡电压与被测电压进行比较，把被测电压转换成与其瞬时值成比例的时间间隔其瞬时值成比例的时间间隔T T。w即采用的是即采用的是V VT T（电压时间）变换式，并在（电压时间）变换式，并在T T时间时间内，用时钟脉冲进行计数，计数的结果即为被测电内，用时钟脉冲进行计数，计数的结果即为被测电压值。压值。2.2.双积分式数字电压表双积分式数字电压表w 双积分式数字电压表是利用积分器对被测双积分式数字电压表是利用积分器对被测电压进行正向和反向电压进行正向和反向两次积分两次积分，得到与输入，得到与输入电压平均值成正比的电压平均值成正比的时间间隔时间间隔T T
21、，并在，并在T T的时的时间间隔内对时钟脉冲进行间间隔内对时钟脉冲进行计数计数，最后用数字，最后用数字显示显示被测电压值。被测电压值。w其实质也是其实质也是V VT T变换式。变换式。3.3.比较式数字电压表比较式数字电压表w 比较式数字电压表是利用比较式数字电压表是利用输入的模拟电压输入的模拟电压与与基准基准电压电压进行进行比较比较的方法，把模拟量直接转换成数字量的方法，把模拟量直接转换成数字量的电压表。的电压表。w按其工作原理又分为按其工作原理又分为反锁比较式反锁比较式和和无反锁式无反锁式两种。两种。w反锁比较式采用闭环比较系统，将输入的被测电压与反锁比较式采用闭环比较系统，将输入的被测电
22、压与内部内部D/AD/A转换器的输出电压进行比较。转换器的输出电压进行比较。w比较的结果再反馈到比较的结果再反馈到D/AD/A转换器，转换器，不断调整不断调整D/AD/A转换器转换器的输出的输出，直至两者相等为止。，直至两者相等为止。w在这一类型中目前广泛应用的是在这一类型中目前广泛应用的是逐次逼近比较式逐次逼近比较式数字数字电压表。电压表。w比较式数字电压表广泛用于多点快速检测系统中。比较式数字电压表广泛用于多点快速检测系统中。w4.4.复合式数字电压表复合式数字电压表w 复合式数字电压表是将积分式与比较式复合式数字电压表是将积分式与比较式结合起来，取长补短发展起来的一种测速快、结合起来，取
23、长补短发展起来的一种测速快、抗干扰能力强的高精度抗干扰能力强的高精度DVMDVM。w它又分为它又分为V-TV-T和和V-FV-F（电压频率）两种。（电压频率）两种。4.3.2 4.3.2 数字电压表的主要技术指标数字电压表的主要技术指标w 表征数字电压表工作特性的技术指标有很表征数字电压表工作特性的技术指标有很多，最主要的有以下几项。多，最主要的有以下几项。w1.1.测量范围测量范围w 测量范围包括显示的位数、量程的范围和测量范围包括显示的位数、量程的范围和是否具有超量程能力等。是否具有超量程能力等。w（1 1）显示位数。显示位数。w（2 2）量程的范围。量程的范围。w（3 3）超量程能力。超
24、量程能力。2 2分辨率分辨率w 分辨率是指分辨率是指DVMDVM能够显示的被测电压的能够显示的被测电压的最最小变化值小变化值，即显示器，即显示器末位末位跳动一个数字所需跳动一个数字所需的电压值。的电压值。w3.3.测量速率测量速率w 测量速率是指每秒钟对被测电压的测量测量速率是指每秒钟对被测电压的测量次数，或一次测量全过程所需的时间。次数，或一次测量全过程所需的时间。w4.4.输入特性输入特性w 输人特性包括输人特性包括输入阻抗输入阻抗和和零电流零电流两个指标。两个指标。5.5.抗干扰能力抗干扰能力w 在在DVMDVM中抑制串模干扰的措施有两种，一中抑制串模干扰的措施有两种，一是在是在DVMD
25、VM的输入端设置的输入端设置滤波器滤波器；二是从；二是从A/DA/D转换转换原理上采用原理上采用双积分电路双积分电路来消除干扰。来消除干扰。w6.6.固有误差和工作误差固有误差和工作误差w DVMDVM的的固有测量误差固有测量误差主要是主要是读数误差读数误差和和满满度误差度误差，通常用测量的绝对误差表示即，通常用测量的绝对误差表示即 w式中：式中：表示误差的表示误差的相对项系数相对项系数；表示表示误差的固误差的固定项系数定项系数；UxUx为被测电压读数；为被测电压读数；UmUm为该量程的满度为该量程的满度值。值。4.3.3 4.3.3 数字电压表的工作原理数字电压表的工作原理1.1.数字电压表
26、的组成数字电压表的组成w整个电压表包括两大部分，整个电压表包括两大部分，模拟部分模拟部分包括包括输入电路输入电路（如阻抗变换电路、（如阻抗变换电路、放大和扩展量程电路）和放大和扩展量程电路）和A/DA/D转换器转换器。A/DA/D转换器转换器是数字电压表的核心，完成模拟量到数字里的转换。电压表是数字电压表的核心，完成模拟量到数字里的转换。电压表的技术指标如准确度、分辨率等主要取决于这部分的工作性能。的技术指标如准确度、分辨率等主要取决于这部分的工作性能。w数字部分数字部分主要完成逻辑控制、译码和显示功能。主要完成逻辑控制、译码和显示功能。w2.2.逐次逼近比较式逐次逼近比较式DVMDVM的基本
27、原理的基本原理w（1 1）电路组成）电路组成w它由电压比较器、它由电压比较器、D/AD/A转换器、逐次逼近寄存器转换器、逐次逼近寄存器(SAR)(SAR)、逻辑控制电路和输出缓冲器等部分组成。、逻辑控制电路和输出缓冲器等部分组成。w（2 2）工作原理）工作原理w 逐次逼近比较式逐次逼近比较式A/DA/D转换是属于转换是属于直接式直接式A/DA/D转换转换。w其基本原理是用其基本原理是用被测电压被测电压和一个可变的己知电压和一个可变的己知电压基准电压基准电压进行比较，进行比较，直至比较结果相等直至比较结果相等，达到测，达到测出被测电压值的目的。出被测电压值的目的。w被测电压和基准电压的比较过程被
28、测电压和基准电压的比较过程从最高位开始从最高位开始。w当逐次逼近寄存器输出的当逐次逼近寄存器输出的数码从大到小变化数码从大到小变化时，时，D/AD/A转换器也由大到小输出基准电压砝码，该基准电压转换器也由大到小输出基准电压砝码，该基准电压与被测模拟输入电与被测模拟输入电UxUx比较比较.w按按“大者弃、小者留大者弃、小者留”的原则，并逐次减小寄存器的原则，并逐次减小寄存器的数值，使输出的基准电压砝码与被测电压逼近相的数值，使输出的基准电压砝码与被测电压逼近相等。等。w当当UxUx=UrefUref时，比较器时，比较器输出为零输出为零，最后数字输出显示，最后数字输出显示的数值即为被测信号的电压值
29、。的数值即为被测信号的电压值。（3 3）工作特点。）工作特点。w 由上述比较过程可以看出，逐次逼近比由上述比较过程可以看出，逐次逼近比较式较式A/DA/D转换共有以下特点：转换共有以下特点：w 测量速度快。测量速度快。w 测量精度取决于标准电阻和基准电压源的测量精度取决于标准电阻和基准电压源的精度，还与精度，还与D/AD/A转换器的位数有关。转换器的位数有关。w 由干测量值对应于瞬时值，而不是平均值，由干测量值对应于瞬时值，而不是平均值，所以抗串模干扰能力差。所以抗串模干扰能力差。3 3双积分式双积分式DVMDVM的基本原理的基本原理w 双积分型双积分型A/DA/D转换器是在转换器是在V-TV
30、-T变换中用得最变换中用得最多的多的A/DA/D转换器。转换器。V-TV-T变换原理是积分器变换原理是积分器将被测电压转换为将被测电压转换为时间间隔时间间隔，然后用电子计数器在此间隔内累，然后用电子计数器在此间隔内累计脉冲数，数字显示测量结果，计数的结果计脉冲数，数字显示测量结果，计数的结果就是正比于输入模拟电压的数字信号。就是正比于输入模拟电压的数字信号。（1 1）双积分型）双积分型A/DA/D转换器的工作原转换器的工作原理理w 双积分器的电双积分器的电路模型如图路模型如图4.94.9所所示，其实质是一示，其实质是一个线性的积分器，个线性的积分器，它利用电容和运它利用电容和运算放大器获得线算
31、放大器获得线性的充放电电压。性的充放电电压。双积分型双积分型A/DA/D转换器的原理框图，如图转换器的原理框图，如图4.114.11所示，所示，包括积分器、比较器、计数器、逻辑控制和时钟信包括积分器、比较器、计数器、逻辑控制和时钟信号源等几部分。号源等几部分。4.4 4.4 电平的测量电平的测量4.4.1 4.4.1 电平的概念电平的概念 电平是指两电平是指两功率或电压之比的对数功率或电压之比的对数，有时也，有时也表示两电流之比的对数，单位为贝尔（表示两电流之比的对数，单位为贝尔（BelBel）。）。在实际应用时，常用贝尔的十分之一作为单位，在实际应用时，常用贝尔的十分之一作为单位，称为称为分
32、贝分贝，用，用“dBdB”表示。表示。w电平概念主要应用在通信系统、电声系统及噪声测试等系统中。电平概念主要应用在通信系统、电声系统及噪声测试等系统中。w常用的电平有常用的电平有功率电平功率电平和和电压电平电压电平两类，它们两类，它们各自又可分为各自又可分为绝对电平绝对电平和和相对电平相对电平两种。两种。w1.1.绝对功率电平绝对功率电平LpLpw 以以600600电阻上消耗电阻上消耗1mw1mw的功率作为的功率作为基准功率基准功率，任意功率与之相比的对数称为绝对功率电平。任意功率与之相比的对数称为绝对功率电平。w2.相对功率电平相对功率电平Lpw 任意两功率之比的对数称为相对功率电平即任意两
33、功率之比的对数称为相对功率电平即:式中：式中：Px任意功率；任意功率；P0基准功率。基准功率。式中：式中：PA、PB为任意两功率。为任意两功率。3.绝对功率电平与相对功率电平之间的关系绝对功率电平与相对功率电平之间的关系w式中，式中，LpA、LpB为任意两功率的绝对功率电平。为任意两功率的绝对功率电平。w由上式可以看出，由上式可以看出，相对功率电平是两绝对功率电平的电平之差相对功率电平是两绝对功率电平的电平之差。4.绝对电压电平绝对电压电平Lu。当当600电阻上消耗电电阻上消耗电1mW的功率时，的功率时，600电电阻两端的电位差为阻两端的电位差为0.775V，此电位差称为基准电，此电位差称为基
34、准电压。压。w任意两点电压与基准电压之比的对数任意两点电压与基准电压之比的对数称为该电压的绝对电压电平。称为该电压的绝对电压电平。式中，式中，Ux为任意两点的电压。为任意两点的电压。5.5.相对电压电平相对电压电平L Lu uw 任意两电压之比的对数称为相对电压电平。任意两电压之比的对数称为相对电压电平。式中，式中，UA、UB为任意两电压值为任意两电压值。6.绝对电压电平与相对电压电平的关系绝对电压电平与相对电压电平的关系w7.由上式可以看出，相对电压电平是绝对电压电平由上式可以看出，相对电压电平是绝对电压电平之差。之差。w 由上式可见，当由上式可见，当Rx=600Rx=600时，电阻时，电阻
35、RxRx上的绝对上的绝对功率电平等于它的绝对电压电平，而当功率电平等于它的绝对电压电平，而当Rx600Rx600时，时，电阻电阻RxRx上的绝对功率电平是不等于它的绝对电压电上的绝对功率电平是不等于它的绝对电压电平的。平的。8.8.电平与电压的关系电平与电压的关系w 电平的测量实际上也是电压的测量。任何一块电电平的测量实际上也是电压的测量。任何一块电压表都可以作为测量电压电平的电平表，只是表盘压表都可以作为测量电压电平的电平表，只是表盘的刻度不同而已。的刻度不同而已。w 电平表和交流电压表上电平表和交流电压表上dBdB刻度线都是按刻度线都是按绝对电压电绝对电压电平刻度平刻度的，只注意的电平刻度
36、是以在的，只注意的电平刻度是以在600600电阻上消耗电阻上消耗1mW1mW功率为零分贝进行计算的，即功率为零分贝进行计算的，即0dB=0.775V0dB=0.775V。w 电平量程的扩大实质上也是电压量程的扩大。电平量程的扩大实质上也是电压量程的扩大。w 只不过由于电平与电压之间是对数关系，因而只不过由于电平与电压之间是对数关系，因而电压电压量程扩大量程扩大N N倍倍时，时，电平增加电平增加20lgN20lgN。4.4.2 4.4.2 电平的测量方法和刻度电平的测量方法和刻度 电平测量实质上是交流电压的测量，与电压表不电平测量实质上是交流电压的测量，与电压表不同的是电表的读数是以分贝同的是电
37、表的读数是以分贝(dB)(dB)刻度的。刻度的。取取零刻度零刻度的基准阻抗的基准阻抗Z0=600Z0=600，即，即0dB0dB刻度相当于刻度相当于阻抗两端电压等于阻抗两端电压等于0.775V0.775V。w 当当UxUx0.775V0.775V时，测量所得时，测量所得dBdB值为正值为正；w 当当UxUx0.775V0.775V时，测量所得时，测量所得dBdB值为负值为负。这样，一定的电压值对应于一定的电平值，就可这样，一定的电压值对应于一定的电平值，就可直接用电压表测量电平了。直接用电压表测量电平了。如电子式多用表如电子式多用表MF-20MF-20将将1.5v1.5v量程刻度线上的量程刻度
38、线上的0.775V0.775V处定为处定为0dB0dB。w应注意的是，表盘上的分贝值对应的是某挡电压量应注意的是，表盘上的分贝值对应的是某挡电压量程，当使用电压表的其他挡测量时，应考虑加上换程，当使用电压表的其他挡测量时，应考虑加上换挡的分贝值挡的分贝值。4.4.3 4.4.3 噪声电压的测量噪声电压的测量 在电子测量中，习惯上把信号电压以外的电压统在电子测量中，习惯上把信号电压以外的电压统称为噪声。从这个意义上说，噪声应包括称为噪声。从这个意义上说，噪声应包括外界干扰外界干扰和和内部噪声内部噪声两大部分。两大部分。电路中电路中固有噪声固有噪声主要有主要有热噪声热噪声、霰弹噪声霰弹噪声和和闪烁
39、闪烁噪声噪声等。等。w 在这三种主要类型的噪声中，在这三种主要类型的噪声中，闪烁噪声闪烁噪声又称为又称为1/f1/f噪声，主要对低频信号有影响，又称为噪声，主要对低频信号有影响，又称为低频噪声低频噪声。w而而热噪声和霰弹噪声热噪声和霰弹噪声在线性频率范围内部在线性频率范围内部能量分布能量分布是均匀的是均匀的，因而被称为，因而被称为白噪声白噪声。w白噪声白噪声是一种随机信号，其波形是非周期性的，变是一种随机信号，其波形是非周期性的，变化是化是无规律无规律的，电压瞬时值按的，电压瞬时值按高斯正态分布高斯正态分布规律分规律分布，噪声电压一般指的是噪声电压的有效值。布，噪声电压一般指的是噪声电压的有效
40、值。白噪声波形图白噪声波形图 粉红噪音是自然界最常见的粉红噪音是自然界最常见的噪音噪音，简单说来，粉红噪音的，简单说来，粉红噪音的频频率率分量分量功率功率主要分布在中低频段。主要分布在中低频段。从从波形波形角度看，粉红噪音是角度看，粉红噪音是分形分形的，在一定的范围内音频数据具的，在一定的范围内音频数据具有相同或类似的能量。从功率有相同或类似的能量。从功率（能量）的角度来看，粉红噪音（能量）的角度来看，粉红噪音的能量从的能量从低频低频向向高频高频不断衰减，不断衰减，曲线为曲线为1/f，通常为每，通常为每8度下降度下降3分分贝贝。粉红噪音是最常用于进行声。粉红噪音是最常用于进行声学测试的声音。利
41、用粉红噪音可学测试的声音。利用粉红噪音可以模拟出比如以模拟出比如瀑布瀑布或者或者下雨下雨的声的声音。音。w 对于一个放大器，如将其输入端短路，即在输入信号为零对于一个放大器，如将其输入端短路，即在输入信号为零时，我们仍能从输出端测得交流电压，这就是噪声电压。时，我们仍能从输出端测得交流电压，这就是噪声电压。w1.1.交流电压表测量噪声电压交流电压表测量噪声电压w 由于噪声电压一般指有效值（均方根值），因此可直接由于噪声电压一般指有效值（均方根值），因此可直接采用有效值电压表测量噪声电压的有效值采用有效值电压表测量噪声电压的有效值，也可采用平均值，也可采用平均值电压表进行噪声电压的测量。电压表进
42、行噪声电压的测量。w但要注意几点：但要注意几点：w（1 1）刻度的换算我们已经知道，除了有效值电压表以外，其）刻度的换算我们已经知道，除了有效值电压表以外，其他响应的电压表他响应的电压表在在测量非正弦波时测量非正弦波时，都会产生波形误差。所，都会产生波形误差。所以有必要以有必要根据噪声电压的波形系数进行换算。根据噪声电压的波形系数进行换算。w（2 2）电压表的）电压表的频带宽度频带宽度大于被测电路的大于被测电路的噪声带宽噪声带宽。w（3 3）根据噪声的特性在某些时刻噪声电压的峰值可能很高）根据噪声的特性在某些时刻噪声电压的峰值可能很高也可能会超过表中放大器的动态范围而产生也可能会超过表中放大器
43、的动态范围而产生削波现象削波现象。所以。所以在噪声测量中，在噪声测量中，平均值电压表平均值电压表指针应指在表盘刻度线的指针应指在表盘刻度线的1/31/3l/2l/2之间之间读数读数,以提高测量准确度。以提高测量准确度。w2 2用示波器测量噪声电压用示波器测量噪声电压w 示波器的频带宽度很宽时，可以用来测示波器的频带宽度很宽时，可以用来测量噪声电压。量噪声电压。示波器示波器的使用极其方便尤其适的使用极其方便尤其适合于合于测量噪声电压的峰值测量噪声电压的峰值-峰值峰值。w测量时，将被测噪声信号通过测量时，将被测噪声信号通过ACAC耦合耦合方式送方式送入示波器的垂直通道，将示波器的垂直灵敏入示波器的
44、垂直通道，将示波器的垂直灵敏度置于合适的挡位，将度置于合适的挡位，将扫描速度置较低挡扫描速度置较低挡。在荧光屏上即可看到条水平移动的垂直亮线。在荧光屏上即可看到条水平移动的垂直亮线。w这条亮线垂直方向的长度乘以示波器的垂直这条亮线垂直方向的长度乘以示波器的垂直电压灵敏度就是被测电压灵敏度就是被测噪声电压的峰值噪声电压的峰值Up-pUp-p。w然后然后利用噪声电压的波形系数进行换算利用噪声电压的波形系数进行换算即可即可求出有效值。求出有效值。本节作业本节作业4.8 4.13w w一一.实验目的实验目的w1.掌握毫伏表、万用表的检波和刻度方式掌握毫伏表、万用表的检波和刻度方式w2.掌握毫伏表、万用
45、表测量不同波形时的方法掌握毫伏表、万用表测量不同波形时的方法w3.理解功率电平、电压电平的计算公式理解功率电平、电压电平的计算公式w4.掌握绝对电压电平的测量方法掌握绝对电压电平的测量方法w5.掌握噪声电压的测量方法掌握噪声电压的测量方法 w二二.实验仪器和设备实验仪器和设备w1.指针式万用表一台指针式万用表一台w2.毫伏表一台毫伏表一台w3.示波器一台示波器一台w4.信号发生器一台信号发生器一台实验四实验四 电压与电平的测量电压与电平的测量实验四实验四(1)电压的测量电压的测量w三三.实验内容和步骤实验内容和步骤w1.了解正弦波的参数和理解交流电压量值的相互关系，如下图表。了解正弦波的参数和
46、理解交流电压量值的相互关系，如下图表。2.调节信号发生器，使输出一调节信号发生器，使输出一正弦波正弦波（Up=1V），用示波器测量和计算各参），用示波器测量和计算各参数，并记录电压有效值、峰值和平均值。数，并记录电压有效值、峰值和平均值。3.在信号发生器输出不变的情况下，分别用万用表、毫伏表测量交流电压，在信号发生器输出不变的情况下，分别用万用表、毫伏表测量交流电压，记录两表的读数。记录两表的读数。名称名称波形系波形系数数波峰系波峰系数数有效有效值值平均平均值值正弦波1.111.414Up/1.4142Up/方波11UpUpw三三.实验内容和步骤实验内容和步骤 w4.调节信号发生器，使输出一调
47、节信号发生器，使输出一方波方波（Up=1V），用示波器），用示波器 测量和计算各参数，并记录电压有效值、峰值和平均值。测量和计算各参数，并记录电压有效值、峰值和平均值。w5.在信号发生器输出不变的情况下，分别用万用表、毫伏表在信号发生器输出不变的情况下，分别用万用表、毫伏表 测量交流电压，记录两表的读数。测量交流电压，记录两表的读数。w6.通过以上测量的数据，分析毫伏表和万用表的通过以上测量的数据，分析毫伏表和万用表的检波方式检波方式和和 刻度方式刻度方式。实验四实验四(1)电压的测量电压的测量w三三.实验内容和步骤实验内容和步骤w1.电平的测量电平的测量w将信号发生器和毫伏表连接，调整信号发
48、生器的幅度如下表所示，测将信号发生器和毫伏表连接，调整信号发生器的幅度如下表所示，测量和计算各值，填于下表中。量和计算各值，填于下表中。电压有效值电压有效值毫伏表电压读数毫伏表电压读数绝对电压电绝对电压电平计算值平计算值刻度刻度分贝分贝值值换档换档分贝分贝值值20lgN20lgN绝对电压电平绝对电压电平测量值测量值刻度分贝值刻度分贝值+换档换档分贝值分贝值绝对功率绝对功率电平电平100mV300mV775mV1V3V实验四（实验四（2）电平与噪声的测量电平与噪声的测量w三三.实验内容和步骤实验内容和步骤 w2.白噪声的测量白噪声的测量w 将信号发生器频率调到最低，输出幅度最小。用示波器观察和测量将信号发生器频率调到最低，输出幅度最小。用示波器观察和测量w白噪声信号，白噪声信号，画出噪声信号波形，标明峰画出噪声信号波形，标明峰-峰值，计算噪声有效值。峰值，计算噪声有效值。wUP-P=w利用公式：利用公式：（白噪声（白噪声 KP=3）计算：计算：U=w四四.编写实验报告。编写实验报告。实验四（实验四（2）电平与噪声的测量电平与噪声的测量