第三章模拟电压测量方法案例.ppt

;3.1 概述;1）电压测量的重要性;2）电压测量的特点;2）电压测量的特点;2）电压测量的特点;3.1.2 电压测量的方法和分类;3.1.2 电压测量的方法和分类;3.1.2 电压测量的方法和分类;3.1.3 模拟式电压表 　　模拟式电压表又叫指针式电压表，一般都采用磁电式直流电流表头作为被测电压的指示器。测量直流电压时，可直接或经放大或经衰减后变成一定量的直流电流驱动直流表头的指针偏转指示。测量交流电压时，必需经过交流-直流变换器即检波器，将被测交流电压先转换成与之成比例的直流电压后，再进行直流电压的测量。;模拟式电压表按不同得方式又分为如下几种类型： ①按工作频率分类：分为超低频（1kHz以下）、低频（1MHz以下）、视频（30MHz以下）、高频或射频（300MHz以下）、超高频（300MHz以上）电压表。 ②按测量电压量级分类：分为电压表（基本量程为V量级）和毫伏表（基本量程为mV量级）。 ③按检波方式分类：分为均值电压表、有效值电压表和峰值电压表。 ④按电路组成形式分类：分为检波-放大式电压表、放大-检波式电压表、外差式电压 ;3.2 交流电压的测量 ;3.2.1 表征交流电压的基本参量;3.2.1 表征交流电压的基本参量;3.2.1 表征交流电压的基本参量;3.2.1 表征交流电压的基本参量;3.2.1 表征交流电压的基本参量;3.2.2 交流/直流电压（AC-DC）转换原理 ;二极管峰值检波电路（a.串联式,b.并联式,c.波形）;二极管峰值检波电路工作原理 通过二极管正向快速充电达到输入电压的峰值，而二极管反向截止时“保持”该峰值。 为此，要求： 式中，Rs和rd分别为等效信号源u(t)的内阻和二极管正向导通电阻，C为充电电容（并联式检波电路中C还起到隔直流的作用），RL为等效负载电阻，Tmin和Tmax为u(t)的最小和最大周期。 从波形图可以看出，峰值检波电路的输出存在较小的波动，其平均值略小于实际峰值。;② 平均值检波原理 由二极管桥式整流（全波整流和半波整流）电路完成。 如图，整流电路输出直流电流I0，其平均值与被测输入电压u(t)的平均值成正比（与u(t)的波形无关）。 （电容C用于滤除整流后的交流成分，避免指针摆动）;② 平均值检波原理 以全波整流电路为例，I0的平均值为 式中，T为u(t)的周期，rd和rm分别为检波二极管的正向导通电阻和电流表内阻，可视为常数（它反映了检波器的灵敏度 ）。 于是，I0的平均值 与u(t)的平均值 成正比。 ;Ⅰ、利用二极管平方律伏安特性检波 根据 为得到有效值,首先需对u(t)平方 小信号时二极管正向伏安特性曲线可近似为平方关系。 缺点：精度低且动态范围小。 因此，实际应用中，采用分段逼近平方律的二极管伏安特性曲线图的电路。(p71下);Ⅱ、利用模拟运算的集成电路检波 原理图 通过多级运算器级连实现 模拟乘法器（平方）—〉积分—〉开方—〉比例运算。 单片集成TRMS/DC电路，如AD536AK等。 ;Ⅲ 、利用热电偶有效值检波 热电效应：两种不同导体的两端相互连接在一起，组成一个闭合回路，当两节点处温度不同时，回路中将产生电动势，从而形成电流，这一现象称为热电效应，所产生的电动势称为热电动势。 热电效应原理图 当热端T和冷端T0存在温差时（即T≠T0），则存在热电动势，且热电动势的大小与温差ΔT=T-T0成正比。;Ⅲ、 利用热电偶有效值检波 热电偶： 将两种不同金属进行特别封装并标定后，称为一对热电偶（简称热偶）。 热电偶温度测量原理： 若冷端温度为恒定的参考温度，则通过热电动势就可得到热端（被测温度点）的温度。 热电偶有效值检波原理： 若通过被测交流电压对热电偶的热端进行加热，则热电动势将反映该交流电压的有效值，从而实现了有效值检波。如下图。;热电偶有效值检波原理图 图中，直流电流I与被测电压u(t)的有效值V的关系： 电流I∝热电动势∝热端与冷端的温差，而热端温度∝u(t)功率∝u(t)的有效值V的平方，故， ;表头刻度线性化处理：采用两对相同的热电偶，分别称为测量热电偶和平衡热电偶，如下图。 ;上图中，通过平衡热偶形成一个电压负反馈系统。 测量热偶的热电动势Ex∝V2，令Ex=k1V2 ； 平衡热偶的热电动势Ef∝Vo2，及Ef =k2Vo2 ； 假如两对热偶具有相同特性，即k1=k2=k ，==〉 则差分放大器输入电压Vi=Ex-Ef=k(V2- Vo2) ， 若放大器增益足够大，则有Vi=0，==〉 Vo=V （即输出电压等于u(t)有效值）;原理 峰值响应，即：u(t)?峰值检波?放大?驱动表头 刻度特性 表头刻度