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第六章电压测量技术例如:功率测量,P=V2/R=IV=I2R,归于电压的测量。失真系数:122vvDniiVV0调幅系数:m=V/V0◆非电测量中,物理量——〉电压信号,再进行测量如:温度、压力、振动、(加)速度第四章电压测量技术4-1概述一重要性电压测量是电测量与非电测量的基础◆电测量中,许多电量的测量可以转化为电压测量:第六章电压测量技术二:电压测量的特点(1)频率范围宽。(2)测量范围宽。(3)电压波形的多样化。(4)要求有足够高的输入阻抗。(5)要求有足够高的测量准确度。(6)要求有高的测量速度。(7)要求有高的抗干扰性能。第六章电压测量技术·按对象:直流电压测量;交流电压测量·按技术:模拟测量;数字测量①模拟式电压表一般是指“指针式电压表”,它把被测电压加到磁电式电流表,转换成指针偏转角度α的大小来度量。包括模拟万用表和电子电压表。另一种模拟测量是把被测量电压变换成图形高度来测量的仪表,如示波器等。②数字式电压表指把被测电压的数值通过数字技术,变换成数字量,然后用数码管以十进制数字显示被测量电压值。三、电压测量方法分类第六章电压测量技术四、电压标准1、直流电压标准标准电池(实物基准,10-6);齐纳管电压标准(固态标准,10-6);约瑟夫森量子电压基准(量子化自然基准,10-10)2、交流电压标准原理由直流电压标准建立。因而,需经过交流-直流变换。测热电阻桥式高频电压标准有效值电压(电平)表本章使用的主要仪器超高频毫伏表视频毫伏表台式数字多用表第六章电压测量技术4.2直流电压的测量一、普通直流电压表图4-1普通直流电压表电路电压表内阻mmIUneRRRV串接3个电阻后除了最小电压量程U0=Im·Re外,又增加了U1、U2、U3三个量程第六章电压测量技术动圈式直流电压表优点:结构简单,使用方便,缺点:误差较大(输入阻抗低)。例如用普通直流电压表测量高输出电阻电路直流电压00000mVVVmEEUURRRRRI00000VUERERRRV越小,γ越大第六章电压测量技术式中,K=U2/U1。为了消除负载影响1、可使用两个不同量程挡U1、U2进行测量。将电压表的两次读数值U01、U02代入下式,可计算出被测电压的近似值00202011KEUUKU2、采用直流电子电压表第六章电压测量技术二、直流电子电压表图4-3电子电压表组成原理框图跟随器,直流放大器构成和分压电路的作用?第六章电压测量技术三、直流数字电压表图4-5直流数字电压表基本结构框图A/D转换器是直流数字电压表的核心电路。第六章电压测量技术4-3、交流电压的模拟测量方法交流电压测量的核心是AC/DC变换,此部分是带共性的,即模拟式和数字式交流电压表都必须完成这一变换过程。模拟式电压表分类先检波,后放大先放大,后检波模拟电压表的交流电压测量原理:交流电压--〉直流电流(有效值、峰值和平均值)--〉驱动表头--〉指示。交流电压--〉有效值、峰值和平均值的转换,称为AC-DC转换。由不同的检波电路实现。第六章电压测量技术一、交流电压值的表示方法2、平均值dttuTUT0)(1交流信号检波(整流)后的平均值dttuTUT0)(11、峰值:以零电平为参考的最大电压幅度,UP3、有效值dttuTUT02)(1第六章电压测量技术表征交流电压的参数有:根据检波方式的不同,有三种电压表。V均值—峰值—pV有效值—V峰值电压表均值电压表有效值电压表模拟式电压表第六章电压测量技术4、两个概念波形因数KF波峰因数KP该交流电压的有效值与平均值之比UUKF该交流电压的峰值与有效值之比UUKPP不同的电压波形,其KF、KP亦不相同。第六章电压测量技术序号名称波形因数KF波峰因数KP有效值平均值1正弦波1.111.414UP/—UP2半波整流1.572UP/—UP3全波整流1.111.414UP/—UP4三角波1.151.73UP/UP/25锯齿波1.151.73UP/UP/6方波11UPUP7白噪声1.253—UP——UP2121313.75222233第六章电压测量技术1、峰值检波式电压表TxptvV0)(max电路形式步进分压器斩波式直流放大器峰值检波器(探头)先检波、后放大高频电压测量时误差较小二、交流电压的模拟测量方法第六章电压测量技术检波电路形式DVpCRLu(t)CDRLu(t)VpabVPu(t)tc二极管峰值检波电路(a.串联式,b.并联式,c.波形)第六章电压测量技术检波-放大式电压表主要指标:常称为“高频毫伏表”或“超高频毫伏表”如国产DA36型超高频毫伏表,频率范围为10kHz~1000MHz,电压范围(不加分压器)1mV~10V。国产HFJ-8型高频毫伏表(调制式),最低量程为3mV,最高工作频率300MHz。第六章电压测量技术刻度特性=I0Vp表头的刻度:以正弦有效值刻度。=V(正弦波有效值)波峰因数:VVKpp=V~=Vp/1.414=0.707Vp测量任意波形(正弦波除外),其读数没有直接意义峰值检波表头(读数=α)Vpu(t)α第六章电压测量技术例4-1用一块峰值电压表测量一个三角波电压,读数为10V,问该方波电压的有效值为多少?解:被测三角波电压的峰值为VKaVPP1.14102~三角波电压的波峰因数3PK故VKVVPPx15.8(若不换算)波形误差为:%3.1515.815.810第六章电压测量技术例:已知三角波,Vp=5V,用Vp电压表,求和V535.3707.0pV(为sint的有效值)86.273.15PPKVV第六章电压测量技术2、均值电压表(“宽频毫伏表”或“视频毫伏表”)dtVTVTtx0)(1电路形式输入宽带放大器检波µA先放大、后检波大信号检波时线性较好,波形误差较小第六章电压测量技术常由二极管桥式整流(全波整流和半波整流)电路完成检波以全波整流电路为例,I0的平均值为01()()22TodmdmututIdtTrrrrI0u(t)D1D2D3D4CCu(t)D1D2I0检波电路形式第六章电压测量技术刻度特性=I0,与波形无关V表头的刻度:以正弦有效值刻度。=V(正弦波有效值)波形因数:VVKF第五章电压测量技术V平均值检波表头(读数=α)u(t)αVVKV11.1第六章电压测量技术例4-2:用一块平均值电压表测量一个三角波电压,读数为1V,问该三角波电压的有效值为多少?解:三角波的均值为VKaVFx9.011.11(~正弦波)三角波的波形因数15.1FK故VVKVxFx035.19.015.1第六章电压测量技术若用均值电压表,求V11.1FKV11.1PPFKVK11.173.1515.111.1V79.2例:已知三角波,Vp=5V,用Vp电压表,求和V535.3707.0pV(为sint的有效值)86.273.15PPKVV第六章电压测量技术3、有效值电压表检波三种方法:1、热电变换2、模拟计算电路:TxXdttvTV02)]([1(1)V/直流变换的原理)(tvxCEDC:热端D、E:冷端ITVX热热22XVI3、数字采样式CD和CE为两种不同材料制作第六章电压测量技术2XXKVE20KVEffXiEEV,A当fXEE即xVV0两热电偶受T的影响将相互抵消,提高热稳定性。,0iv则以DA-24型为例Ru(t)冷端T0加热丝热端T测量热偶电流表平衡热偶+-VoExEfVi热端T连接导线差分放大器平衡热偶的作用:使表头刻度线形化,并提高热稳定性。热偶式电压表缺点:具有热惯性,过载能力差,易烧毁。第六章电压测量技术(2)、利用模拟运算的集成电路检波单片集成TRMS/DC电路,如AD536AK等)(2tvx)(2tvx)(tvxxV模拟乘法器积分器开方TxxdttvTV02)(1第六章电压测量技术波形误差的比较峰值电压表对被测信号波形的谐波失真所引起的波形误差非常敏感,故不能测量失真波形的电压。均值电压表测量含有谐波成分的失真正弦电压的有效值时有如下结论:1、误差与谐波幅度及初相角有关,当初相角为00或1800时误差最大。2、二次谐波误差比三次谐波要小,推广到一般,奇次谐波比偶次谐波影响大。3、均值表波形误差与峰值检波相比较小。有效值电压表测量非正弦波时理论上不会产生波形误差,实际上由于以下两个原因使产生读数偏低的误差。1、电压表线形工作范围的限制。2、电压表带宽的限制。第六章电压测量技术电压表的比较峰值电压表检波-放大式。峰值响应、频率范围较宽(达1000MHz)但灵敏度低(mV级)。改进:“调制式电压表”,采用高增益低漂移的调制式直流放大器,使测量灵敏度大为提高,从mV级提高到几十μV。读数需换算需注意:测量波峰因数大的非正弦波时,由于削波可能产生误差。第六章电压测量技术均值电压表放大-检波式。均值响应,灵敏度比峰值表有所提高,但频率范围较小(10MHz),主要用于低频和视频场合。读数需换算:有效值电压表可以直接读出有效值,非常方便。由于削波和带宽限制,将可能损失一部分被测信号的有效值,带来负的测量误差。结构较为复杂,价格较贵。第六章电压测量技术以分贝表示:21lg10PP002121dBPPdBPP2、电压之比的对数21PP222121//RVRV21RR2221VV取对数21lg10PP21lg20VV为dBVV21为dBVV214.4电平表1、功率之比的对数声学中,分贝是表示音量强弱的一个单位。通信系统中,也常用分贝表示电平或功率。一、分贝的定义第六章电压测量技术电压电平:)(VVVdBuPXV775.0)(lg20][功率电平:mwmwPxdBmPw1][lg10][3、绝对电平取基准量P0=1mW(或1W),若P2=P0取基准量V0=0.775V(或1V,1微伏),若V2=V0[]~[]xxmPmWPdB[]~[]xxVVVVdB和之间可换算或查表21lg10PP21lg20VV第六章电压测量技术二、电平的测量实质:均值电压表输入衰减器宽带交流放大器均值检波器uAdB“输入电平”选择标准电平震荡器“输入阻抗”选择“电平校准”dB表头刻度为dB,可以是dBu(测量电压电平)或dBm(测量功率电平),也可以是两者兼容。刻度不均匀通常指测绝对电平1、宽频电平表第六章电压测量技术选取Rx=600欧作为零刻度基准阻抗电压电平=衰减器读数+表头读数(量程值)(2)、功率电平测量:功率电平=RxdBPVV600lg10][(1)、电压电平测量:此时表头的功率电平刻度与电压电平刻度一致第六章电压测量技术2、外差式选频电平表原理外差式接收原理。组成:外差式接收机+宽频电平表输入电路中频放大器均值检波器dB混频器2fZ2(固定)f2(固定)带通滤波器窄带滤波器混频器1f1(可调)fZ1(固定)fx(第一本振)(第二本振)第六章电压测量技术特点大大提高灵敏度(可达-120dB,相当于0.775μV)。——常称为“高频微伏表”。如DW-1型,频率范围为100kHz~300MHz,最小量程15μV。应用小信号电压的测量以及从噪声中测量有用信号。放大器谐波失真的测量、滤波器衰耗特性测量及通信传输系统中。第六章电压测量技术一、概述关键:A/D变换4-5、电压测量的数字化方法输入电路A/D转换器数字显示器逻辑控制电路时钟发生器模拟部分数字部分Vx数字电压表的组成框图第六章电压测量技术非积分式逐次逼近式比较式斜坡电压式代表:代表:线性斜坡式阶梯斜坡式积分式代表:双斜式多斜式根据A/D变换的不同方法分类:积分式非积分式第六章电压测量技术二、非积分式DVM1、逐次逼近式原理:与天平称重相似砝码待测W/2W/4W/8W/16原则:大者弃,小者留第六章电压测量技术钟脉冲起始脉冲逐次逼近寄存
本文标题:电子测量技术第四章
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