22模拟式交流电压表

教案首页授课形式讲授授课时数2学时授课日期备案日期2010.8.30授课章节名称第二章电子电压表2.2模拟式交流电压表教学目的和要求知识目标1．了解三种模拟式交流电压表工作原理，特点等。2．简单了解典型产品DA—36型超高毫伏表。能力目标1．学会交流电压表的应用。2．通过学习，培养分析问题解决问题的能力、培养协作和互助能力。教学重点三种模拟式交流电压表工作原理、特点。教学难点三种模拟式交流电压表工作原理的理解。教学方法引导法、分析法使用教具课外作业习题2.1、2.2、2.3课后体会教学过程及教学内容附记A、复习交流电压表的参数和计算公式。B、引入电压、电流和功率是表征电信号能量的三个基本参量。测量的主要是电压，电子电路的许多特性都可以视为电压的派生量。测量电压采用的仪器主要是电压表。本章将讨论模拟式和数字式两种电压表，它们是应用最广泛的电子测量仪器。C、新课2.2模拟式交流电压表根据其内部所使用检波器不同，可分为均值电压表、有效值电压表和峰值电压表三种。2.2.1均值电压表1．均值检波器的工作原理图（a）为由四个检波特性相同的二极管组成的桥式电路。图（b）中使用了两只电阻代替两只二级管，称为半桥式电路。均值检波器：输出电量正比于其输入电压的平均值，而与波形无关。均值检波器输出平均电流I正比于输入电压的平均值。电流表：指示I的值。在表头两端跨接滤波电容可使指针稳定。均值检波器输入电阻较低，通常在均值检波器前加输入放大器等高输入阻抗电路构成放大－检波式电压表。提问大概介绍结合图讲解新授课教学过程及教学内容附记2．定度系数对于均值检波器，在额定频率下加正弦波时的示值为x~UKU式中——均值电压表读数~U——正弦波有效值xU被测电压的平均值K反映电压表读数（示值）与被测电压的平均值之间的比例关系，其值等于1.11。测量正弦波电压：其读数就是被测电压的有效值；测量非正弦波电压：其读数并无直接的物理意义，只知道0.9等于被测电压的平均值。若被测电压的波形因数已知，可经过换算得到被测电压的有效值。例2.1用均值电压表分别测量正弦波、三角波和方波电压，若电压表示值均为10V，问被测电压的有效值各为多少？解：对于正弦波电压，电压表的示值就是正弦波的有效值，所以，正弦波电压的有效值V10~U对于三角波、方波电压，可首先计算出平均值V99.0UU然后根据式KF=UU计算出有效值。对于三角波32FK，所以得三角波电压有效值V35.10329FKUU对于方波1FK，所以得方波电压有效值V919FKUU显然，如果被测电压不是正弦波时，直接将电压表示值作为被测电压的有效值，必然带来一定的误差，通常称为波形误差。波形误差的计算公式为例题讲解教学过程及教学内容附记%100)9.01(%1009.0%100FFxKKU仍以上例中的三角波和方波为例，如果直接将电压表示值V10作为其有效值，可以得到波形误差分别为三角波：%5.3%100)329.01(%100)9.01(FXK方波：%10%100)19.01(%100)9.01(FXK其他误差：（1）低频误差：若输入信号频率很低，指示电表的指针由于其时间常数的限制，来不及稳定于检波的平均值，而有一定的波动而产生。（2）高频误差：若输入信号频率很高，检波器的结电容及电路分布参量的影响越来越严重而引起。（3）噪声误差：当输入信号较弱时，检波器固有噪声的影响较大而引起。由于检波电流与检波管的正向电阻Rd、电流表内阻rm等参数有关，也会产生一定的误差，一般可忽略。均值电压表的特点：电路简单、灵敏度较高、波形失真小、测量范围较宽。2.2.2有效值电压表有效值电压表使用有效值检波器。有效值检波器的输出正比于检波器输入电压的有效值。1．分段逼近式有效值检波器有效值的定义：TttuTU02xd)(1，如果通过检波器来实现，就要求这种检波器具有平方律关系的伏安特性。电路：利用二极管正向特性曲线的起始部分，得到近似平方关系。图（a）给出基本电路形式。选择合适的偏压E0大于被测电压)(xtu的峰值，可得到图（b）所示波形图。了解掌握介绍性说明教学过程及教学内容附记工作原理：设检波二极管VD的检波系数为K，则流过它的电流2x0)()(tuEKtiTKUUKEKEttuEKTI02xx0202x02d)(1式中20KE静态工作点电流，即无信号输入的起始电流；xU为被测电压的平均值，对于纯正弦波或周期性对称的电压0xU；2xUK为被测电压有效值的平方成比例的电流平均值)(I。先设法在电路中抵消起始电流20KE，则送到直流表电流为2xKUI从而实现了有效值的转换。用这种电压表在理论上可以测量任意周期性波形电压的有效值，不会产生波形误差。但当用正弦波电压有效值刻度时，表盘刻度是非线性的。二极管的正向特性曲线只有起始部分一小段接近平方律特性，动态范围窄。如采用分段逼近法可得到动态范围较宽的接近理想的平方律特性，其工作原理如图所示。能实现此功能的电路称为分段逼近式平方律检波电路。结合图示讲解教学过程及教学内容附记工作原理：设检波二极管VD的检波系数为K，则流过它的电流2x0)()(tuEKtiTKUUKEKEttuEKTI02xx0202x02d)(1式中20KE静态工作点电流，即无信号输入的起始电流；xU为被测电压的平均值，对于纯正弦波或周期性对称的电压0xU；2xUK为被测电压有效值的平方成比例的电流平均值)(I。先设法在电路中抵消起始电流20KE，则送到直流表电流为2xKUI从而实现了有效值的转换。用这种电压表在理论上可以测量任意周期性波形电压的有效值，不会产生波形误差。但当用正弦波电压有效值刻度时，表盘刻度是非线性的。二极管的正向特性曲线只有起始部分一小段接近平方律特性，动态范围窄。如采用分段逼近法可得到动态范围较宽的接近理想的平方律特性，其工作原理如图所示。能实现此功能的电路称为分段逼近式平方律检波电路。教学过程及教学内容附记2．热电转换式有效值电压表它利用具有热电变换功能的热电偶来实现有效值变换。下图是热电转换原理示意图。其中AB：加热丝（不易熔化的金属丝）M：热电偶（“热端”）D、E：冷端有效值检波过程：当加入被测电压ux时，热端C点温度高于D、E，产生热电动势，故有直流电流流过微安表。该电流正比热电动势。因为热端温度正比于被测电压有效值Ux的平方，热电动势正比于热、冷端的温度差，因而通过电流表的电流I将正比于2xU。3．计算式有效值电压表交流电压的有效值即其均方根值，可根据定义对信号进行运算得到测量结果。下图是计算式转换器方框图。结论：表头刻度总为被测电压的有效值，与被测电压波形无关（最大优点）。教学过程及教学内容附记2.2.3峰值电压表1．峰值检波器（使用峰值检波器：输出正比于输入电压的峰值）常用的峰值检波电路如下图：其中图（a）串联式峰值检波器原理电路，图（b）并联式峰值检波器原理电路。图中元件参数必须满足：maxmind,TRCTCR式中Tmin、Tmax——分别表示被测信号的最小周期和最大周期；Rd——二极管正向导通电阻，包括被测电压的等效信号源内阻。图(a)中因为电容充电时间短，放电时间长，保持其两端的电压始终接近于输入电压的峰值。即UR=UC=UP图(b)并联峰值检波器中，ui正半周期通过二级管VD给电容C迅速充电，而负半周期C两端电压缓慢向R放电，使PUUUCR。峰值检波器特点：高输入阻抗，直接接到被测电路，故峰值电压表为检波—放大式电压表。属高频交流电压。为了减小分布参数的影响，通常将检波器做成探头形式。2．定度系数峰值电压表按正弦波有效值定度。在额定频率下以仪表的示值P~KUU式中K——定度系数，其值等于22。将K代入得2PU注意：读数：正弦波有效值（非正弦波电压读数乘以2，等于被测电压的峰值。若被测电压波形已知，则可根据峰值及波峰因数求出其有效值）。教学过程及教学内容附记例2.2用峰值电压表分别测量正弦波、三角波和方波电压，电压表示值均为10V。问三种波形被测信号的峰值和有效值各为多少？解：三种波形的峰值均为V14.14V1022PP~PUUU同前所述也存在波形误差。波形误差的计算公式为%100)21(%1002%100PPxKKU三角波：%18%100)321(x方波：%41%100)121(x结论：峰值电压表测量误差大。另外，还存在理论误差和频率误差。理论误差：32dPPCA)(2.2%100RRUUU低频误差：RCf21L式中f——被测信号频率峰值电压表主要缺点：非线性失真。2.2.4典型产品的介绍DA－36型超高频毫伏表采用晶体和集成电路混合结构。有检波器和振荡器构成调制式直流放大器。整个电路以检波—放大的方式进行工作。1．主要性能指标2．工作原理简介小结：1．模拟式交流电压分类：均值电压表、有效值电压表和峰值电压表。2．均值电压表有效值计算公式3．峰值电压表波形误差；4．三种模拟式交流电压工作原理（简单理解）。布置作业：习题2.4~2.6具体内容由同学自学掌握