1、1 1 1 1 1目录退出下一页上一页最后一页1 2.4 电压测量技术 本节要点 电子电压表的基本要求、分类 交流电压的测量 电压的数字化测量2 2 2 2 2目录退出下一页上一页最后一页22.4.1 概述 电压测量是电子测量的一个重要内容。 在集总参数电路里，表征电信号能量的三个基本三个基本参量参量是：电压电压、电流电流和功率功率；测量的主要参量是电压。 电子设备的许多工作特性均可视为电压的派生量，电压测量是其他许多电参量，也包括非电测量的基础。 电子电压表是测量正弦波电压有效值的一种表，具有输入阻抗大输入阻抗大、输入电容小输入电容小、频带宽频带宽、灵敏度高灵敏度高等优点，是一种常用的电压测
2、量仪器。 3 3 3 3 3目录退出下一页上一页最后一页3n1）应具有足够宽的频率范围 信号电压的频率在几Hz几百MHz，甚至更高。n2）有足够宽的电压测量范围n 测量的电压的零点几V10KV以上。n3）应具有足够高的测量精确度。n4）用足够高的输入阻抗n5）应具有高的抗干扰能力n6）能测量各种波形的信号电压问题1：电压测量的基本要求有哪些？补充：三种测量精确度 直流数字电压表的输入电阻在小于10V量程可高达10G，高量程档一般可达10M。 交流电压的测量时输入阻抗的典型值为1M/15pF。4 4 4 4 4目录退出下一页上一页最后一页4（1）%Vm，即精确到满度值的百分数，一般具有线性刻度的
3、模拟电压表中都采用这种方式，也是最常用的方式。（2）%Vx即精确到读数值的百分数，这种方式在对数刻度的电压表中用得最多。（3）%Vm+%Vx是目前用在具有线性刻度电压表的一种较严格的精确度表征，数字电压表都用这种方式。 5 5 5 5 5目录退出下一页上一页最后一页5问题2：电压测量仪器如何分类？ 根据测量原理和显示方式的不同，电子电压表可分为模拟式电压表和数字式电子电压表两大类。磁电式电流表头，以电压（或dB）刻度，指针指示模/数转化器转换，电子计数器计数，十进制数字显示6 6 6 6 6目录退出下一页上一页最后一页62.4.2 交流电压的测量检波器AC/DC转化器被测交流电压与直流电流的关
4、系被测交流电压直流电流直流电流表表盘刻度检波器的输出直流电流I0与被测交流电压ux的关系，称为检波器 的 响 应 特 性 。峰值响应检波器 平均值响应检波器有效值响应检波器分类7 7 7 7 7目录退出下一页上一页最后一页71. 峰值电压表n(1)组成和特点n峰值电压表一般采用检波检波-放大放大式，即被测交流电压先检波后放大。1）被测信号电压的频率范围广。一般可达几百兆赫兹。2）灵敏度不高。最小量程一般约为1V。 改进措施：采用斩波式直流放大器，灵敏度可提高到几十微伏，即超高频毫伏表超高频毫伏表。8 8 8 8 8目录退出下一页上一页最后一页8n(2)刻度特性n 峰值电压表的表头偏转正比于被测
5、电压（任意波形）的峰值，但表头刻度一般是按正弦有效值来刻度的，n式中：为电压表读数，U为正弦电压有效值，Kp 为正弦波的波峰因数。(三种波型的三种波型的波峰因数查附录波峰因数查附录C)n 当用峰值电压表测量任意波形的电压时，其读数乘以 时，才等于被测电压的峰值。29 9 9 9 9目录退出下一页上一页最后一页9课内练习：解：被测方波电压的峰值应为： （V） 方波电压的波形因数Kp =1，所以，被测方波电压的有效值U为： （V）342302p.U42.3PPKUU 【例】用具有正弦有效值刻度的峰值电压表测量方波电压，读数为30V，问该方波电压的有效值是多少？1010101010目录退出下一页上一
6、页最后一页102. 均值电压表n（1）组成和特点n 均值电压表一般采用放大放大-检波检波式，即被测交流电压先放大后检波。n 典型的频率范围为 20Hz 一 10MHz ，一般可做到毫伏级，故又称为视频毫伏表视频毫伏表。1111111111目录退出下一页上一页最后一页11n（2）刻度特性和波形误差n 均值电压表的表头偏转正比于被测电压的平均值。但由于表头刻度依然是以正弦有效值定度，因此也存在波形误差，必须对其读数进行换算。问题：什么是平均值？1212121212目录退出下一页上一页最后一页121平均值（1） 数学平均值 如果周期性的交流电压含有直流分量和交流分量，交流分量的周期为T，那么其平均值
7、为： 当直流分量为U0时， ；当不含直流分量时， 。这样无法表征纯交流电压的大小。所以针对电压测量，所以针对电压测量，对平均值进行了修改，即对平均值进行了修改，即交流电压的平均值是检波后的交流电压的平均值是检波后的平均值平均值。T0(t)dt1uTU0UU 0U1313131313目录退出下一页上一页最后一页13n（3）全波平均值 n一般将交流电压经全波检波后的平均值称为平均值，即n定义一个信号电压的有效值与平均值之比为波形因数，即n信号电压波形不同，则波形因数 KF 也不同 。对正弦电压来说，则n对具有正弦有效值刻度的平均值电压表来说，其读数为1414141414目录退出下一页上一页最后一页
8、14 如果用均值响应检波器构成的电压表测量纯正弦波电压，那么其读数就是被测正弦波的有效值；如果去测量任意波形的电压，那么其读数并无直接的物理意义，只知道0.9是等于被测电压的平均值。若被测电压的波形是已知的，可根据平均值求出其它值。1515151515目录退出下一页上一页最后一页15【例】用全波式均值表测量测量三角波电压，读数为20V，问被测电压的平均值、有效值、峰值为多少？ 解： )(V18209 . 09 . 011. 1UUKUU)(V7 .20183290FFUK.UKU)(V3618323PPUKU 该被测三角波电压的平均值为18V，有效值为20.7V，峰值为36V。 课内练习：16
9、16161616目录退出下一页上一页最后一页163. 有效值电压表(1)有效值转换器数学定义交流电压的有效值为均方根值： T02dt) t (1uTU 有效值电压表中的检波器直接反映被测电压有效值的转换。在现代有效值电压表中，主要采用热电转换和模拟计算电路来实现有效值电压的测量。 热电转换是利用热电偶电路实现有效值转换。这种方法简单，但响应速度慢且受环境的影响大，而且实际制作起来相当困难且造价高。因而，利用模拟集成运算器组成的电子式有效值转换器得到广泛应用。利用模拟集成电路的加、减、乘和积分运算。1717171717目录退出下一页上一页最后一页17n 第一级为接成平方电路的模拟乘法器，即实现U
10、 2X(t) ；第二级为积分器；第三级将积分器的输出开方，最后输出正比于Ux。1818181818目录退出下一页上一页最后一页18n2）刻度特性和波形误差n 以正弦有效值为刻度的有效值电压表，当测量非正弦波时，其有效值可直接从表头读出而无需换算。但当测量失真的正弦波时，若把有效值电压表的读数误认为是基波有效值，那将产生误差，且其相对误差正好等于被测电压的非线性失真系数。1919191919目录退出下一页上一页最后一页194.电压测量应用举例 失真度测量原理n问题1：什么是非线性失真？n问题2：什么是失真度和 ？n问题3：失真度和 之间有什么关系？ 当信号输入某一个系统时，如果在系统的输出端产生了不同于输入信号频率的其他频率，就说输出信号出现了非线性失真（非线性畸变）。2020202020目录退出下一页上一页最后一页20n 当转换开关 S 置于“ 1 ”时，可测出被测信号电压的总有效值；当转换开关 S 置于“ 2 ”时，基波抑制电路把被测信号中的基波成分滤除（即基波抑制）。此时，电压表测出的是谐波电压的有效值。然后，就可方便地求出两者的比值 。国产的一些失真度测量仪，例如 SZ -1 型、 SZ - 3 型、 BSI1型及 BS2 型均采用了这种测量方法。
