1、3.1 3.1 電壓測(cè)量概述電壓測(cè)量概述1.1.電壓測(cè)量的基本要求電壓測(cè)量的基本要求 要求：要求：(1) (1) 應(yīng)有足夠?qū)挼念l率范圍應(yīng)有足夠?qū)挼念l率范圍 (2) (2) 應(yīng)有足夠?qū)挼碾妷簻y(cè)量范圍應(yīng)有足夠?qū)挼碾妷簻y(cè)量范圍 (3) (3) 應(yīng)有足夠高的測(cè)量準(zhǔn)確度應(yīng)有足夠高的測(cè)量準(zhǔn)確度 (4) (4) 應(yīng)有足夠高的輸入阻抗應(yīng)有足夠高的輸入阻抗 (5) (5) 應(yīng)有足夠高的抗干擾能力應(yīng)有足夠高的抗干擾能力2.2.電壓測(cè)量?jī)x器的分類電壓測(cè)量?jī)x器的分類 (1)(1)模擬式電壓表模擬式電壓表 (2)(2)數(shù)字式電壓表數(shù)字式電壓表3.2 3.2 交流電壓的測(cè)量交流電壓的測(cè)量3.2.1 3.2.1 交流電壓的

2、表征交流電壓的表征1. 峰值峰值UP 2.2.平均值平均值 TttuTU0d13.3.有效值有效值波形系數(shù)：該電壓的有效值與其平均值之比。波形系數(shù)：該電壓的有效值與其平均值之比。波峰系數(shù)：該電壓的峰值與其有效值之比。波峰系數(shù)：該電壓的峰值與其有效值之比。 TttuTU02d1UUK FUUKPP3.2.2 3.2.2 交流電壓的測(cè)量方法交流電壓的測(cè)量方法1.1.峰值電壓表峰值電壓表2. 2. 平均值電壓表平均值電壓表3.3.有效值電壓表有效值電壓表 (1)(1)熱電轉(zhuǎn)換法熱電轉(zhuǎn)換法 (2)(2)公式法公式法4.4.外差式電壓表外差式電壓表3.2.3 3.2.3 平均值電壓的測(cè)量平均值電壓的測(cè)量

3、1.1.平均值檢波器的工作原理平均值檢波器的工作原理 檢波電路輸出的直流電壓正比于輸入交流電壓絕檢波電路輸出的直流電壓正比于輸入交流電壓絕對(duì)值的平均值。對(duì)值的平均值。2.2.波形換算方法波形換算方法 當(dāng)測(cè)量任意波形電壓時(shí)，將從電壓表刻度盤上當(dāng)測(cè)量任意波形電壓時(shí)，將從電壓表刻度盤上取得的示值先除以定度系數(shù)，折算成正弦波電壓取得的示值先除以定度系數(shù)，折算成正弦波電壓（取絕對(duì)值）的平均值；再按平均值相等示值也相（取絕對(duì)值）的平均值；再按平均值相等示值也相等的原則，用波形系數(shù)等的原則，用波形系數(shù)( (見表見表4.2.1)4.2.1)換算出被測(cè)的換算出被測(cè)的非正弦波電壓有效值。非正弦波電壓有效值。KUU

4、 UKUFrmsx例例4.2.1 4.2.1 用平均值表用平均值表( (全波式全波式) )分別測(cè)量方波及三角分別測(cè)量方波及三角波電壓，電壓表均指在波電壓，電壓表均指在10V10V位置，問被測(cè)電壓的有效位置，問被測(cè)電壓的有效值分別是多少？值分別是多少？對(duì)于方波，先將示值對(duì)于方波，先將示值(10V)(10V)折算成正弦波的平均值折算成正弦波的平均值再用波形系數(shù)換算成有效值再用波形系數(shù)換算成有效值:對(duì)于三角波，因示值與方波相同，表明它的平均值對(duì)于三角波，因示值與方波相同，表明它的平均值也是也是9V,9V,有效值有效值: :9109 . 09 . 0UU991FrmsxUKU35.10915. 1Fr

5、msxUKU例例4.2.2 4.2.2 被測(cè)電壓為脈沖波，周期被測(cè)電壓為脈沖波，周期T=64s，脈寬，脈寬tw=12s，用全波平均值表測(cè)量，電壓表示值，用全波平均值表測(cè)量，電壓表示值U為為6V6V。求其有效值。求其有效值Uxrms等于多少？等于多少？V4 . 569 . 09 . 0UUV5 .124 . 51264FrmsxUtTUKUw3.3.誤差分析誤差分析(1) (1) 以平均值表的示值直接作為被測(cè)電壓有效值時(shí)：以平均值表的示值直接作為被測(cè)電壓有效值時(shí)：(2) (2) 失真正弦波的波形誤差：失真正弦波的波形誤差：xxdxUUUUUPnPnnxdUDUKUUU212122221 誤差不僅

6、決定于諧波幅度，而且還隨諧波初相角的變化誤差不僅決定于諧波幅度，而且還隨諧波初相角的變化而周期性變化，當(dāng)而周期性變化，當(dāng)為為0 0或或180180時(shí)，誤差最大。時(shí)，誤差最大。 由二次諧波產(chǎn)生的誤差比三次諧波的小，而且由二次諧波產(chǎn)生的誤差比三次諧波的小，而且U U為負(fù)值，為負(fù)值，即讀數(shù)偏低。即讀數(shù)偏低。 三次諧波所引起的波形誤差比二次諧波大得多三次諧波所引起的波形誤差比二次諧波大得多( (即奇次諧即奇次諧波比偶次諧波影響大，波比偶次諧波影響大，U U可正可負(fù)可正可負(fù)) )。4.4.平均值檢波器電壓表平均值檢波器電壓表3.2.4 3.2.4 有效值電壓的測(cè)量有效值電壓的測(cè)量1.1.有效值電壓表原理

7、有效值電壓表原理 20tuEKix 若設(shè)法在電路中抵消起始電流的影響，則送到直若設(shè)法在電路中抵消起始電流的影響，則送到直流電流表的電流為：流電流表的電流為：優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可測(cè)量任意周期性波形電壓的有效值，同諧波與基波之：可測(cè)量任意周期性波形電壓的有效值，同諧波與基波之間的相角無關(guān)，不會(huì)產(chǎn)生波形誤差。間的相角無關(guān)，不會(huì)產(chǎn)生波形誤差。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：當(dāng)用正弦博電壓有效值刻度時(shí)，表盤刻度是非線性的。：當(dāng)用正弦博電壓有效值刻度時(shí)，表盤刻度是非線性的。2rmsx KUI 2rmsxx02002002002d1d12d1KUUKEKEttuTKttuTKEKEttiTITxTxTDY-2DY-2型有效值電壓表的平方

8、律特性曲線型有效值電壓表的平方律特性曲線另一種有效值轉(zhuǎn)換的方法是利用熱電偶來實(shí)現(xiàn)的。另一種有效值轉(zhuǎn)換的方法是利用熱電偶來實(shí)現(xiàn)的。 熱電偶熱電偶M M的熱端的熱端C C點(diǎn)的溫度高于冷端點(diǎn)的溫度高于冷端D D，E E的溫度，產(chǎn)生熱的溫度，產(chǎn)生熱電勢(shì)，有直流電流電勢(shì)，有直流電流I I流過微安表，熱端溫度正比于被測(cè)電壓有流過微安表，熱端溫度正比于被測(cè)電壓有效值的平方。效值的平方。熱電偶式有效值電壓表原理框圖熱電偶式有效值電壓表原理框圖利用模擬運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)有效值電壓的測(cè)量利用模擬運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)有效值電壓的測(cè)量隱含計(jì)算式隱含計(jì)算式RMSRMS轉(zhuǎn)換器原理框圖轉(zhuǎn)換器原理框圖直流反饋計(jì)算式直流反饋計(jì)算式RMSRM

9、S轉(zhuǎn)換器原理框圖轉(zhuǎn)換器原理框圖 tuUKUoM222rmsx2UURCTKUoo單片半導(dǎo)體加熱式單片半導(dǎo)體加熱式RMSRMS轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器2.2.有效值檢波器電壓表有效值檢波器電壓表AD536AD536型型RMSRMS轉(zhuǎn)換器原理框圖轉(zhuǎn)換器原理框圖rms14213214IIIIIIAD536AD536型型RMSRMS轉(zhuǎn)換器的連接圖轉(zhuǎn)換器的連接圖3.2.5 3.2.5 峰值電壓的測(cè)量峰值電壓的測(cè)量1.1.峰值表原理（先檢波、再放大）峰值表原理（先檢波、再放大）2.2.誤差分析誤差分析(1) (1) 理論誤差理論誤差 絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差相對(duì)誤差相對(duì)誤差(2) (2) 頻率誤差頻率誤差(3) (3) 波形

10、誤差：波形誤差：峰值檢波器對(duì)于波形的凸起部分敏峰值檢波器對(duì)于波形的凸起部分敏感，如果信號(hào)失真度較大，會(huì)造成較大的波形誤差。感，如果信號(hào)失真度較大，會(huì)造成較大的波形誤差。PRUUU32T2 . 2RRfRC21L3. 3. 波形換算方法波形換算方法 將示值除以定度系數(shù)后等于峰值，再用波峰系將示值除以定度系數(shù)后等于峰值，再用波峰系數(shù)換算成有效值。數(shù)換算成有效值。例例3.2.3 用峰值表分別測(cè)量方波及三角波電壓，電壓表均指用峰值表分別測(cè)量方波及三角波電壓，電壓表均指在在5V位置，問被測(cè)電壓有效值是多少？位置，問被測(cè)電壓有效值是多少？對(duì)于方波，對(duì)于方波，對(duì)于三角波，對(duì)于三角波，V1 . 7522UUP

11、V1 . 71 . 711rmsxPPUKUV1 . 41 . 7311rmsxPPUKU4.4.高精度峰值檢波器高精度峰值檢波器FKDD11RPRRF21111RRKD3.2.6 3.2.6 脈沖電壓的測(cè)量脈沖電壓的測(cè)量1. 1. 脈沖電壓表的原理脈沖電壓表的原理電容器電容器C充電時(shí)：充電時(shí)：放電時(shí)：放電時(shí)：電路平衡時(shí)電路平衡時(shí)Q1Q2wCPttRUUtiQw011dTRUtTRUtiQCwCTtwd22wCPtTRRUU1理論誤差：脈沖周期與脈沖寬度之比較大。理論誤差：脈沖周期與脈沖寬度之比較大。代入代入U(xiǎn)p后得：后得：CPCPCTUUUUUUU1wTRtTR【例例4.2.44.2.4】R

12、 R=1500=1500，R=20MR=20M,T=10ms,t,T=10ms,tw w=10=10s, s, 求求T T。%5 . 7-1010102010101500-6-63-wTRtTR改進(jìn)措施改進(jìn)措施：峰值檢波器的負(fù)載電阻：峰值檢波器的負(fù)載電阻R R盡量取得大些，盡量取得大些，或用源極或用源極( (或射極或射極) )跟隨器代替電阻跟隨器代替電阻R R，或利用脈沖，或利用脈沖電壓保持電路來實(shí)現(xiàn)。電壓保持電路來實(shí)現(xiàn)。脈沖保持電路及波形圖脈沖保持電路及波形圖2.2.高壓脈沖幅值的測(cè)量高壓脈沖幅值的測(cè)量單脈沖電壓正峰值保持電路單脈沖電壓正峰值保持電路3.3.尖脈沖峰值電壓的測(cè)量尖脈沖峰值電壓

13、的測(cè)量4.4.用示波法測(cè)量脈沖電壓用示波法測(cè)量脈沖電壓5.5.測(cè)量脈沖電壓應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：測(cè)量脈沖電壓應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)(1)測(cè)量脈沖幅度宜用交流耦合方式，并需注意極性測(cè)量脈沖幅度宜用交流耦合方式，并需注意極性(2)(2)觀測(cè)方波信號(hào)時(shí)應(yīng)選用頻帶較寬的示波器觀測(cè)方波信號(hào)時(shí)應(yīng)選用頻帶較寬的示波器6.6.脈沖測(cè)量時(shí)電纜的終端匹配問題脈沖測(cè)量時(shí)電纜的終端匹配問題 在實(shí)際測(cè)量過程中，容易產(chǎn)生以下兩點(diǎn)錯(cuò)誤：在實(shí)際測(cè)量過程中，容易產(chǎn)生以下兩點(diǎn)錯(cuò)誤： 在示波器一端在示波器一端, ,除了示波器的輸入阻抗之外除了示波器的輸入阻抗之外, ,電纜的電纜的終端未得到匹配。終端未得到匹配。 在脈沖發(fā)生器的輸出端用一

14、個(gè)外加的在脈沖發(fā)生器的輸出端用一個(gè)外加的5050電阻器電阻器和和5050電纜相連接，而在示波器輸入端電纜終端未得電纜相連接，而在示波器輸入端電纜終端未得到匹配。到匹配。4.3 4.3 噪聲電壓的測(cè)量噪聲電壓的測(cè)量4.3.1 4.3.1 噪聲的基本特性噪聲的基本特性 222e21nUunUu4.3.2 4.3.2 用平均值表測(cè)量噪聲電壓用平均值表測(cè)量噪聲電壓噪聲電壓一般指噪聲電壓的有效值。噪聲電壓一般指噪聲電壓的有效值。nUunnUuueUUn2d22022225. 12nnFUUKUUKUKUFn13. 111. 125. 1將平均值電壓表的指示值乘以將平均值電壓表的指示值乘以1.131.13

15、就是噪聲電壓的有效值。就是噪聲電壓的有效值。4.3.3 4.3.3 器件和放大器噪聲的測(cè)量器件和放大器噪聲的測(cè)量放大器放大器“噪聲量噪聲量”的表示形式是放大器的等效輸入噪聲電壓的表示形式是放大器的等效輸入噪聲電壓( (電流電流) )1.1.等效輸入噪聲等效輸入噪聲U Unini的測(cè)量的測(cè)量(1) (1) 正弦信號(hào)法（低頻）正弦信號(hào)法（低頻）(2) (2) 噪聲發(fā)生器法（高頻）噪聲發(fā)生器法（高頻）nsnonononiUUUUU212221(3)(3)兩種測(cè)量方法的比較兩種測(cè)量方法的比較(4)(4)測(cè)量噪聲時(shí)需要考慮的問題測(cè)量噪聲時(shí)需要考慮的問題 帶寬的影響帶寬的影響( (電壓表電壓表3dB3dB

16、帶寬為被測(cè)系統(tǒng)噪聲帶寬帶寬為被測(cè)系統(tǒng)噪聲帶寬的的8-108-10倍倍) )； 平均值和波形系數(shù)；平均值和波形系數(shù)； 測(cè)量時(shí)間的影響測(cè)量時(shí)間的影響( (增加時(shí)間增加時(shí)間) )； 由于白噪聲呈高斯正態(tài)分布，為避免噪聲波峰被削由于白噪聲呈高斯正態(tài)分布，為避免噪聲波峰被削掉，測(cè)量過程中表頭示值不得超過滿刻度值的一半。掉，測(cè)量過程中表頭示值不得超過滿刻度值的一半。wnwnunBBUU3.3.噪聲帶寬的測(cè)量噪聲帶寬的測(cè)量(1)(1)正弦信號(hào)法正弦信號(hào)法( (測(cè)幅頻特性曲線測(cè)幅頻特性曲線, ,然后求然后求A A2 2(f)(f)下的面下的面積積) )21umniiwnASB(2) (2) 噪聲發(fā)生器法噪聲發(fā)

17、生器法( (將噪聲發(fā)生器接到被測(cè)電路的輸將噪聲發(fā)生器接到被測(cè)電路的輸入端入端, ,測(cè)量總的輸出噪聲電壓測(cè)量總的輸出噪聲電壓U Unono) )3.3.信噪比的測(cè)試信噪比的測(cè)試 fSAUBiunown224.4.噪聲系數(shù)的測(cè)量噪聲系數(shù)的測(cè)量(1)(1)利用噪聲發(fā)生器測(cè)量噪聲系數(shù)利用噪聲發(fā)生器測(cè)量噪聲系數(shù)(2)(2)正弦信號(hào)法正弦信號(hào)法pninonosonisiAPPPPPP輸出信噪比輸入信噪比噪聲系數(shù)F5.5.集成運(yùn)算放大器噪聲參數(shù)的測(cè)量集成運(yùn)算放大器噪聲參數(shù)的測(cè)量(1) (1) 測(cè)試原理測(cè)試原理電壓噪聲電壓噪聲(采用低信采用低信號(hào)源電阻和高增益號(hào)源電阻和高增益電路測(cè)量電路測(cè)量)：1000112

18、nononiURRUU電流噪聲電流噪聲( (高信高信號(hào)源電阻和高號(hào)源電阻和高增益電路增益電路) )：snoniRRRUI121(2)運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器Uni的實(shí)用測(cè)量電路的實(shí)用測(cè)量電路(3) 輸入噪聲電流輸入噪聲電流 和和 的測(cè)量的測(cè)量(電阻電阻R)nInI3.4 3.4 分貝的測(cè)量分貝的測(cè)量3.4.1 3.4.1 數(shù)學(xué)定義數(shù)學(xué)定義1.1.功率之比的對(duì)數(shù)功率之比的對(duì)數(shù)分貝分貝(dB)(dB)2.2.電壓比的對(duì)數(shù)電壓比的對(duì)數(shù)21lg10PPdBlg20lg102121UUPP3. 3. 絕對(duì)電平絕對(duì)電平(1) (1) 功率電平功率電平dBm(dBm(以以1mW1mW作為作為0 0功率電平功率電

19、平) )(2) (2) 電壓電平電壓電平dBV(dBV(以以0.775V0.775V作為作為0 0電壓電平電壓電平) )4. 4. 音量單位音量單位(VU)(VU)mW1mWlg10lg100WxxPPPP775. 0lg20lg200VxxUUUPmW1lg10VUxP3.4.2 3.4.2 分貝值的測(cè)量分貝值的測(cè)量 本質(zhì)上是交流電壓測(cè)量本質(zhì)上是交流電壓測(cè)量, ,但刻度以但刻度以dBdB表示。表示。基準(zhǔn)功率：阻抗基準(zhǔn)功率：阻抗600600, ,產(chǎn)生產(chǎn)生1mW1mW功率為基準(zhǔn)功率為基準(zhǔn), ,相當(dāng)于加相當(dāng)于加0.775V0.775V電壓。電壓。分貝刻度分貝刻度4.5 4.5 失真度的測(cè)量失真度的

20、測(cè)量4.5.1 4.5.1 非線性失真的定義非線性失真的定義全部諧波電壓的有效值與基波電壓的有效值之比。全部諧波電壓的有效值與基波電壓的有效值之比。%100%100%10012212322UUUUUUUhnn%100%100%1001222232212322UUUUUUUUUhnnnn 214.5.2 4.5.2 失真度測(cè)量?jī)x基本工作原理失真度測(cè)量?jī)x基本工作原理12nnUU22nnhUU%100UUh4.5.3 4.5.3 有源陷波電路有源陷波電路1. 1. 雙雙T T形電路構(gòu)成的無源陷波器形電路構(gòu)成的無源陷波器410lhfffQ2.2.雙雙T T形有源陷波器形有源陷波器FQ-141BAARRRF例：設(shè)計(jì)一個(gè)雙T形陷波器，要求在1000Hz時(shí)陷波，且陷波器的3dB帶寬為50Hz。取取C0.01F，RT10k205010007 . 00BWfQ