电子测量技术与应用项目09第17~18实验3-交流电压测量
电子测量与仪器教学课件第3章 电压测量技术与电压表
峰值
检波器
步进
分压器
直流
放大器
uA
斩波稳零式
放大器
uA
(a)
峰值检波器
(探头内)
步进
分压器
(b)
2）检波器
检波器决定电压表的频率范围、输入阻抗和分辨力；峰值电压表常用这种类型，为
提高频率范围，采用超高频二极管检波，其频率范围可从直流到几百兆赫，并具有
较高的输入阻抗。检波二极管的正向压降限制了其测量小信号电压的能力（即灵敏
U=0.9KFUa=0.9×1×10=9 V
非正弦波波形误差分别如下：
三角波：
γV=(1－0.9KF)×100%=(1－0.9×1.15)×100%=－3.5%
方波：
γV=(1－0.9KF)×100%=(1－0.9)×100%=10%
3.有效值电压表
在电压测量技术中，经常需要测量非正弦波，尤其是失真正弦波
1.均值电压表
1）平均值检波器的原理
平均值检波器的基本电路如图3.2-6(a)所示，4只性能相同的二极管构
成桥式全波整流电路，图(c)是其等效电路，整流后的波形为|ux|。整
流器可等效为Rs串联一电压源|ux|，Rm为电流表内阻，C为滤波电容，滤
除交流成分。将|ux|用傅里叶级数展开，其直流分量为
U0
图3.2-2为JB-1B型交流电压表的部分电路， 它在放大器后接了一个全波
桥式整流器(由4只二极管VD1~VD4组成的均值检波器)，可以在2 Hz~500
kHz的频率范围内测量50 μV~300 V的电压(最小量程1 mV)。在图3.2-7
中，R1、C2组成滤波器；R2、VD5为线性补偿电路，当信号电压较低时，由
实验3《交流参数的测量》
实验《交流参数的测定》一、实验目的1、 学习用交流电压表、电流表和功率表测量交流电路中的阻抗及元件参数。
2、 掌握交流调压器和功率表的使用方法。
3、 学习电抗容性、感性性质的判定。
二、实验原理介绍 1、 交流参数的三表法测量正弦交流电路中各个元件的参数值，可以用交流电压表、交流电流表及功率表，分别测量出元件两端的电压U ，流过该元件的电流I 和它所消耗的功率P ，然后通过计算得到所求的各值，这种方法称为三表法，是用来测量50Hz 交流电路参数的基本方法。
计算的基本公式为：电阻元件的电阻：I U R R =或2IP R =电感元件的感抗I U X L L =，电感fX L π2L =电容元件的容抗IU X C C =，电容C21fXC π=串联电路复阻抗的模IU Z =，阻抗角 RX arctg=ϕ其中：等效电阻 2IP R =，等效电抗22RZ X -=2、 负载性质的判定在图中被测端口并一个小电容，若电流增大，则负载性质为容性阻抗，若电流减大，则负载性质为感性阻抗。
三、实验设备1、NEEL-II 型电工电子实验装置。
四、实验内容用单项交流调压器的交流输出作为电源，电压50HZ ，如图1、2。
图1 图21、 交流调压器的交流输出150V ，负载为镇流器L 。
用交流电压表、交流电流表、功率表测量各值，填入表中，并计算出其它各值。
2、 交流调压器的交流输出180V ，负载为1uf 电容C 。
用交流电压表、交流电流表、功率表测量各值，填入表中，并计算出其它各值。
3、在负载端并联接入2.2 uf电容C1，观察并记录值，判定负载性质。
五、实验总结及思考题1、为什么负载端并小接电容可以判定负载性质？。
电子测量实验-数字万用表的应用
实验一数字万用表的应用一、实验目的1 理解数字万用表的工作原理；2 熟悉并掌握数字万用表的主要功能和使用操作方法。
二、实验内容1 用数字万用表检测元器件——电阻测量、电容测量、二极管检测、三极管检测；2用数字万用表测量电压和电流——直流电压及电流的测量、交流电压及电流的测量。
三、实验仪器及器材1 低频信号发生器 1台2 数字万用表 1块3 功率放大电路实验板 1块4 实验箱 1台5 4700Pf、IN4007、9018 各1个四、实验要求1 要求学生自己查阅有关数字万用表的功能和相关工作原理，了解数字万用表技术指标；2 要求学生能适当了解一些科研过程，培养发现问题、分析问题和解决问题的能力；3 要求学生独立操作每一步骤；4 熟练掌握万用表的使用方法。
五、实验步骤1用数字万用表检测元器件1．1 通断检测：正确选取档位，检测功率放大电路实验板上线路连接是否良好。
1．2电阻测量：正确选择量程，测量功率放大电路实验板上电阻1R5、1R7和电位器W1的阻值。
（填表1-1）1．3 电容检测：正确选择量程，测量给定电容的电容量。
（填表1-1）1．4 二极管检测：正确选取档位，检测给定二极管1D1、1D2的好坏。
（填表1-1）1．5 三极管检测：正确选取档位，检测给定三极管BG2、BG3的好坏。
（填表1-1）2 用数字万用表测量电压和电流2．1 直流电压测量：正确选取档位，测量实验箱上直流电源电压Vcc。
（填表1-2）2．2 直流电流测量：正确选取档位，测量集成功放电路静态时的总电流I。
（填表1-2）2．3 交流电压测量：用信号发生器按表1-3所列频率输出幅度为300mVp_p正弦波加到集成功放输入端Vin，正确选取万用表交流电压档测量V in。
（填表1-3）2．4 交流电流测量：用信号发生器按表1-3所列频率输出幅度为300mVp_p正弦波加到集成功放输入端Vin，正确选取万用表交流电流档测量I in，并计算输入阻抗。
交流电压的测量
5．2 交流电压的测量教学目的1.熟悉表征交流电压的基本参量。
2.了解峰值电压表、均值电压表、有效值电压表的检波原理和方法，及主要特点。
3.掌握峰值电压表、均值电压表、有效值电压表的刻度特性。
4.了解提高电压表灵敏度和扩展测量范围的宽频电平表和外差式选频电平表的组成原理。
教学重点及难点1. 峰值电压表、均值电压表、有效值电压表的刻度特性教学方式：讲授教学过程：5.2.1交流电压的检波1）峰值检波●原理：由二极管峰值检波电路完成。
有二极管串联和并联两种形式2）平均值检波●由二极管桥式整流（全波整流和半波整流）电路完成。
3）有效值检波原理（1）利用二极管平方律伏安特性检波小信号时二极管正向伏安特性曲线可近似为平方关系。
缺点：精度低且动态范围小。
因此，实际应用中，采用分段逼近平方律的二极管伏安特性曲线图的电路。
（2）利用模拟运算的集成电路检波通过多级运算器级连实现：模拟乘法器（平方）—〉积分—〉开方—〉比例运算。
（3）单片集成TRMS/DC电路，如AD536AK等。
（4）利用热电偶有效值检波●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，当两节点处温度不同时，回路中将产生电动势，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热电动势。
、●有效值电压表的特点理论上不存在波形误差，因此也称真有效值电压表（读数与波形无关）。
比如，对非正弦波，可视为由基波和各次谐波构成。
5.2.2．峰值电压表原理、刻度特性和误差分析1）原理峰值响应，即：u(t)→峰值检波→放大→驱动表头2）刻度特性●表头刻度按（纯）正弦波有效值刻度。
因此：当输入u(t)为正弦波时，读数α即为u(t)的有效值V（而不是该纯正弦波的峰值Vp）。
对于非正弦波的任意波形，读数α没有直接意义（既不等于其峰值Vp 也不等于其有效值V ）。
但可由读数α换算出峰值和有效值。
● 由读数α换算出峰值和有效值的换算步骤如下：● 第一步，把读数α想象为有效值等于α的纯正弦波输入时的读数，即~V α= ● 第二步，将V~转换为该纯正弦波的峰值，即~~p V ==● 第三步，假设峰值等于Vp~的被测波形（任意波）输入，即~p p V V ==任意 ● 注：“对于峰值电压表，（任意波形的）峰值相等，则读数相等”。
电子仪器交流电压的精确测量
但 当侧 量 过程 考 虑未知 交 换 信 号热 效应 ( 功 率 ) 该 技 术对 信 号的 失真 不 敏 感
、 ,
(V
,
a
一
Vc )
。
Zv
。,
式 中 V 为 交 流输 入 电
。
“
并 将 热效 应
,
压 的 有效 值
“ “
V
,
为获得 的 等 效直 流 电压
,
。
不确
转换 成 易测 易 比 较 的等 效 直 流 电 压 ( 简 言之 直接 保 持 了
,
该 误差 由
在 利 用 热效 应 的 诸 多技 术 中 单结 热 变换 器 电阻 器 构 成 偶
。 。
Th。m
s
。
一
P
e
h i
r
效 应所 引起
。
它使 电 流 流 动 方
。
图
1
所示 的 变换 器 由 一 个加 热
向上 电阻 的 温度 发 生变化 应
,
任何 不 平衡 的 热效 校 准期 间
。
,
未 知 交流 信号 流 过 加 热 电 阻 器
它具 有小的 v (
r
) /v
e
在直 流 电 压 卜 还有
( 10 0玛 v )
,
小 的 反向 误 差和 较高 输 出 电 压 点
。
之优 热惯
图
2
,
R
M S 传 感 器方框 图
,
0 缺 点是 超 过 1
0k H
z
时 频 率响应 不 足
。
个 主要 缺 点
它降低 了 热时 间常 数
。
提 供 了优
交流电压测量
交流电压测量（常规仪器方式）一、实验目的：了解交流电压测量的基本原理，分析几种典型电压波形对不同检波特性电压表的响应，以及它们之间的换算关系，并对测量结果做误差分析。
二、实验原理：一个交流电压的大小，可以用峰值U ˆ，平均值U ，有效值U ，以及波形因数K F，波峰因数K P 等表征，若被测电压的瞬时值为)(t u ，则全波平均值为⎰=Tdtt u TU 0)(1有效值为⎰=T dt t u T U 02)(1波形因数为 U UK F =波峰因数为U UK P ˆ=而用来测量电压的指针式电压表中的检波器有多种形式，一般来说，具有不同检波特性的电压表都是以正弦电压的有效值来定度的，但是，除有效值电压表外，电压表的示值本身并不直接代表任意波形被测电压的有效值。
因此，如何利用不同检波特性的电压表的示值（即读数）来正确求出被测电压的均值U ，峰值Uˆ，有效值U ，这便是一个十分值得注意的问题。
根据理论分析，不同波形的电压加至不同检波特性的电压表时，要由电压表读数确定被测电压的Uˆ、U 、U ，一般可根据表1的关系计算。
从表1可知，用具有有效值响应的电压表和平均值响应的电压表分别对各种波形的电压测量时，若读数相同，只分别表示不同波形的被测电压有效值U 相同和平均值U 相同，而其余的并不一定相同。
三、实验设备：1、DA-16晶体管毫伏表（均值检波）1台；2、TD1914A数字毫伏表（有效值检波）1台；3、函数信号发生器，型号YB1634，指标：0.2Hz-2MHz，数量1台；4、双踪示波器，型号YB4320A，指标：20MHz，数量1台。
四、实验预习要求：1、复习好《电子测量》中电压测量的有关章节。
2、参照仪器使用说明书，了解DA-16晶体管毫伏表、TD1914数字毫伏表、函数信号发生器及双踪示波器的使用方法。
3、详细阅读实验指导书，作好绘制波形和测试记录的准备。
五、实验步骤：1、将均值电压测量的实验仪器准备就绪，如下图所示。
电子测量实验-电压的测量(汇编)
实验三 电压的测量一、实验目的1、研究不同检波方式的电子电压表在测量各种波形交流电压时的响应；2、研究交流电压表的频率响应；3、研究数字电压表与电子电压表测量各种波形交流电压时的区别。
二、实验仪器DA16晶体管毫伏表、DA22高频毫伏表、GDS820示波器，EE1641B 函数信号发生器、数字电压表三、实验原理1、电子电压表的波形响应电子电压表有多种型号，按它们检波器的不同，可分为均值电压表，有效值电压表和峰值电压表三种类型。
一般电压表都是按正弦波有效值进行刻度的，因此，当被测电压为非正弦波时，随着波形的不同，会出现不同的结果，此现象称为电压表的波形响应。
2、峰值电压表峰值电压主要由峰值检波器、步进分压器、直流放大器组成。
目前，为了解决直流放大器的增益与零点漂移之间的矛盾，普遍采用了斩波式直流放大器。
利用斩波器把直流电压变换成交流电压，并用交流放大器放大。
到最后再把放大的交流电压恢复成直流电压。
斩波式直流放大器的增益可以做的很高，而且噪声和零点漂移都很小。
所以用它做成检波－放大式电压表，灵敏度可以达到几十uV 。
峰值电压表的一个优点是，可以把检波二极管及其电路从仪器引出放置在探头内。
这对高频电压测量特别有利，因为可以把探头的探针直接接触到被测点。
峰值电压表是按正弦有效值来刻度的，即：~p pV V K α==α－电压表读数 V p －正弦电压的有效值 K p －正弦波的波峰因素3、均值电压表均值电压表一般由宽带放大器和检波器组成。
检波器对被测电平的平均值产生响应，一般都采用二极管全波或桥式整流电路作为检波器。
电压表的频率范围主要受宽带放大器带宽的限制。
均值电压表的表头偏转正比于被测电压的平均值。
平均值为：01()TV v t dt T =⎰具有正弦有效值刻度的均值电压表的读数为：V V K V a F 11.1~===α－电压表读数~V －电压表所刻的正弦电压有效值V －被测电压平均值4、有效值电压表交流电压的有效值是指在一个周期内，通过某一纯电阻负载所产生的热量与一个直流电压在同一个负载上产生的热量相等时，该直流电压的数值就是交流电压的有效值。
《电子测量技术基础》实验指导书
《电子测量技术基础》实验指导书电子信息工程系2012-09目录实验一电压表的使用及交流电压的测量1实验二通用计数器的实验5实验三示波器测试技术与示波器的使用13实验一电压表的使用及交流电压的测量一、实验目的1、掌握低频电压的测量原理及测量方法2、掌握高频电压的测量原理及测量方法二、实验仪器1、F05A型数字合成函数信号发生器2、DF2170D型交流毫伏表3、AS2271A型超高频毫伏表三、实验原理1、用交流毫伏表（均值电压表）测量低频电压均值电压表常用来测量1MHZ以下的低频信号电压。
均值电压表的组成如图1-1所示。
称放大—检波式电压表，即先放大后检波。
检波器的基本电路如图1-2所示。
图1-1 均值电压表的组成图1-2 平均值检波器均值电压表的直流输出恰好为|u x|的平均值，因此均值电压表的表头偏转正比于被测电压的平均值。
均值电压表虽然是均值响应，但仍以正弦电压有效值刻度，因此，当被测信号为正弦信号时，其读数直接就是正弦电压的有效值。
当被测信号为非正弦信号时，就需要如下换算：其中K—为被测波形的波形系数。
F2、用超高频毫伏表（峰值电压表）测量高频电压峰值电压表又称检波—放大式电压表，即被测交流电压先检波后放大，然后再驱动直流电压表。
峰值电压表的组成见图1-3所示。
步进分压器斩波稳零式检波器A峰值检波器（探头内）图1-3 检波—放大式电压表在峰值电压表中，常采用二极管峰值检波器，即检波器是峰值响应的。
峰值电压表的表头偏转正比于被测电压（任意波形）的峰值，除特殊测量需要（例如脉冲电压表）外，峰值电压表是按正弦电压有效值刻度的，即：式中—正弦电压有效值KP—正弦电压的波峰因数这样，当用峰值电压表测量任意波形的电压时，只有把读数乘以时，才等于被测电压的峰值。
被测电压的有效值为：式中Kp—被测电压的波峰因数四、实验内容1、用函数发生器分别产生峰—峰值为5V、频率为1KHz、100KHz的正弦波、方波和三角波电压，用均值电压表分别予以测量，计算它们的峰值、均值和有效值，并计算误差，结果填入表1-1。
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表3-2 三角波电压的测量数据
信号发生器设置值
1.5V
3.4V
5V
万用表 测量数据
示波器 测量数据
平均值 U
有效值U 峰值UP
平均值 U 有效值U
峰值UP
3．方波电压的测量 将函数信号发生器的频率调至1kHz、将方波输出电 压分别调至2.4V、4.5V、6V，然后使用数字万用表 、示波器分别测量出相应方波的电压，将测量值记 录在表3-3中。根据测量结果计算方波的波形因数和 波峰因数。
4.3V
6V
万用表 测量数据
峰峰值UP－P 有效值U
平均值 U
示波器 测量数据
峰峰值UP－P 有效值U
平均值 U
2．三角波电压的测量 将函数信号发生器的频率调至1kHz、将三角波
输出电压分别调至1.5V、3.4V、5V，然后使用数字 万用表、示波器分别测量出相应三角波的电压，将 测量值记录在表3-2中。根据测量结果计算被测三角 波的波形因数和波峰因数。
1．正弦交流电压的测量 将函数信号发生器的频率调至1kHz、将正弦波输出 电压分别调至2.2V、4.3V、6V，然后使用数字万用 表、示波器分别测量出相应正弦波电压，将测量值 记录在表3-1中。根据测量结果计算正弦信号的波 形因数和波峰因数。
表3-1 正弦交流电压的测量数据
信号发生器设置值
2.2V
实验 三
交流电压测量
一、实验目的
1. 练习使用常用电子测量仪器测量交流信号电压。 （数字示波器、数字万用表） 2.掌握测量各种交流信号（正弦波、三角波、方波） 电压参数的方法。
二、实验仪器
1．函数信号发生器 2．数字万用表 3．数字示波器
信号发生器
数字波器
数字示波器
数字万用表
三、实验内容与步骤
表3-3方波电压的测量数据
信号发生器设置值
2.4V
4.5V
6V
万用表 测量数据
示波器 测量数据
平均值 U
有效值U 峰值UP
平均值 U
有效值U 峰值UP
四、实验报告要求
1．写明本实验的基本内容，在处理数据时，写出相应的计 算公式。 2．根据所学知识，判断本次实验中存在哪些误差。 3．简述实验中出现的问题和解决的办法。 4. 收获体会。