电子测量与仪器课件第三章电压测量与电压表(ppt)

第3章 电压测量与仪器
电子测量与仪器课 件第三章电压测量
与电压表(ppt)
优选电子测量与仪器课件第三 章电压测量与电压表
3.1.1 电压测量的基本要求
1. 频率范围宽
2. 量程宽
3. 输入阻抗高
4. 抗干扰能力强
5. 测量精确度高 电压表精确度表示方法如下：
（1）满度值的百分数±β%Um 线性刻度的模拟式电压表
（2）读数值的百分数±α%Ux 对数刻度的电压表
（3）±(α%Ux+β%Um)
数字电压表
6.被测电压波形种类多
3.1.2 交流电压的表征
交流电压的表征量包括平均值
波形因数KF、波峰因数KP。
1.平均值
U
、峰值
、有效值U以及
平均值简称为均值，是指波形中的直流成Uˆ 分 交流电压的平均值
2. 峰值UP 指交流电压在一个周期内（或一段时间内）以零电平为参
波形误差的示值相对误差为：γα=ΔU/Uα=1－0.9KFN 例如，测量三角波时的波形误差为：
检波—放大式 外差式
（1）检波—放大式电压表 如图3.3(a)所示。其频率范围和输入阻抗主要取决于检波器 （2）放大—检波式电压表 如图3.3(b)所示。
被测输入
检波器
衰减器
直流放大器
uA
(a)
被测输入Βιβλιοθήκη 衰减器交流放大器检波器
uA (b)
图3.3 检波-放大式、放大-检波式电压表组成框图
（3）外差式电压表 组成框图如图3.4所示。外差式电压表利用混频器，将输入 信号变为固定中频信号后进行交流放大，可以较好地解决交流 放大器增益与带宽的矛盾，其灵敏度可以提高到微伏级。其频 带宽度取决于本振频率范围，可从100kHz至数百兆赫兹，一般 称之为高频微伏表。
被测输入 输入电路 混频器 中频交流放大器 均值检波器
本振
图3.4 外差式电压表组成框图
表3-2 三种结构形式电压表的性能比较
结构形式
灵敏度 频带宽度
电压表类型
外差式
很高 很宽
高频微伏表
检波—放大式 放大—检波式
稍高 很宽
超高频毫伏表
高频毫伏表、视频毫
稍低 较窄
伏表
2. 数字式电压表 DVM
核心：A/D（模/数）变换器将模拟量变换成数字量，
A
0.637A
1.11
2
2
A
A
1
1
三角波
③
A
A
0.5A
2
3
3
3
0 ①
0
0
②
③
图3.2 表3-1所用波形图
3.1.3 电子电压表的分类 电子电压表，分为模拟式电压表和数字式电压表。 1. 模拟式电压表 用磁电式直流电流表作为指示器 直流电压表 交流电压表: 核心为交直流变换器AC/DC。检波器按其响 应特性分为均值、峰值和有效值检波器三种 结构形式:放大—检波式、
输入
阻抗变换 器
可变量程衰 减器
宽带交流放 大器
均值检波 器
图3.10 均值电压表组成框图
（4） 误差分析 均值电压表测量误差的主要来源包括：指示电流表的误
差、检波元器件的不稳定性误差、波形误差及频率误差等。 1）波形误差 波形误差是在用均值电压表测量非正弦波
电压时，将电压表的读数值当成被测电压的有效值而产生的误 差。 波形误差的绝对误差为：ΔU=Uα－0.9KFNUα=(1－0.9KFN)Uα
十进制数字形式显示被测电压值直流数字电压表。
直流数字电压表配上交直流变换器即构成交流数字电压表
数字万用表。
A/D变换器分为
积分式、
（直流数字电压表） 比较式
复合式
数字电压表组成，如图3.5所示。
被测输入
输入
A/D变换器
电路
计数器
寄存显示电路
模拟电路
逻辑控制电路
数字逻辑电路
显示电路
图3.5 数字电压表组成框图
u(t)
u(t)
C u(t)
C
C
C
−
−
(a)
(b)
− −
(c)
(d)
图3.8 常用均值检波器
U
（1）均值检波器
均值检波器输出的直流电压即电容C两端的电压，
均值检波器的输出始终等于整流后波形的平均值。
（2）刻度特性 均值电压表一般以即正弦波有效值定度。
UNU~U~KF~0.9U UN UNKFN
UˆNUNKP N
数字电压表的特点： 不能完全代替模拟式电压表。
3.2 直流电流、直流电压的测量 3.2.1 直流电流的测量 磁电式直流电流表可以直接用来测量较小的直流电流 扩大电流量程： 3.2.2 直流电压的测量 磁电式电流表指针偏转角度α与被测电流I成正比 扩大电压表量程： 还可以用示波器、失真度测量仪、频谱仪等仪器测量电压。
U ˆ~2 U α2 2V 0 2.3 8 V
测量三角波时：
U 0 .9 U α 0 .9 2V 0 1V 8 U K F U 231V 82.8 0 V U ˆ K P U 3 2.8 V 0 3.0 V 6 答：（略）。
均值电压表的组成如图3.10所示，属于放大—检波式电压表。
被测电 压
考基准的最大瞬时值，记为 （或UP）
Um
u(t)
u(t)
UP-P
UP-P
Uˆ
0
Uˆ
t
U
Uˆ
0
t
a）
U
b）
图3.1 交流电压的峰值、振幅值
3. 有效值U 交流电压的大小通常是指它的有效值U，有效值又称 为均方根值，是根据它的物理定义来确定的。数学计算式为：
U
1
T
u2(t)dt
T0
4. 波形因数KF 交流电压的波形因数KF定义为交流电压的有效值U与平 均值 U 之比，即
U KF U
5. 波峰因数KP 交流电压的波峰因数KP定义为交流电压的峰值 Uˆ 与有效 值U之比，即
Uˆ KP U
不同波形的波形因数和波峰因数具有不同的定值，如表 3-1所示。图3.2所示为表3-1所用的波形图。
表3-1 常见波形的波形因数和波峰因数
名称
正弦波 方波
波形
Uˆ
①
A
②
A
U
U
KF
KP
K
U U~
1.11
只要确定出检波输出电压后，不管是哪种均值检波器的电压表， 均可采用上述计算式进行计算。
[例3-1] 用均值电压表测量正弦波、三角波电压时，已知电压表的读数 均为20V，试分别计算正弦波、三角波的有效值、平均值和峰值各是多少伏？
解： 测量正弦波时： U~=Uα=20V
U ~ 0 .9 U α 0 .9 2V 0 1V 8
3.3 模拟式交流电压表 主要分为高频电压表：峰值电压表
多采用检波—放大式结构 多采用峰值检波器检波 低频电压表：均值电压表和有效值电压表 一般采用放大—检波式结构 平均值检波器或有效值检波器检波 3.3.1 低频交流电压表 1. 均值电压表 均值电压表以均值检波器作为交直流变换器。
+
+
+
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u(t)