第7章 电压测量-2.ppt

第7章．电压测量 7.1 电压测量概述 7.2 模拟式直流电压表 7.3 交流电压的表征和测量方法 7.4 低频交流电压测量 7.5 高频交流电压测量 7.6 脉冲电压测量 7.7 电压的数字式测量 电子测量技术 第*页 　　图7.2-1是动圈式电压表示意图。图中，虚线框内为一直流动圈式高灵敏度电流表，内阻为Re，满偏电流(或满度电流)为Im，若作为直流电压表，则满度电压为 Um=Re·Im　　　　　　　　　　(7.2-1) 　　例如满偏电流为50μA，电流表内阻为20 kΩ，则满偏电压为1 V。为了扩大量程，通常串接若干个倍压电阻， 如图7.2-1中的R1、R2、R3。 7.2　模拟式直流电压测量 7.2.1　动圈式电压表 　　这样除了不串接倍压电阻的最小电压量程U0外，又增加了U1、U2、U3三个电压量程，不难计算出三个倍压电阻的阻值分别为 (7.2-2) 图7.2-1　直流电压表电路 通常把内阻RV与量程U之比定义为模拟磁电式电压表的“每伏欧姆(Ω/V)数”，也称电压灵敏度。 “Ω/V”数越大，表明为使指针偏转同样角度所需的驱动电流越小。 “Ω/V”数可依据它推算出不同量程时电压表的内阻。 若“Ω/V”为“20 kΩ/V”，用10 V电压挡时，电压表的内阻即为200 kΩ。 动圈式直流电压表的误差一般在±1%左右， 精密电压表可达±0.1%。 缺点是灵敏度不高和输入电阻低。 模拟式电子电压表可以有效地提高电压表的灵敏度和输入阻抗。 　　【例1】 在图7.2-2中，虚线框内表示高输出电阻的被测电路，电压表V 的“Ω/V”数为20 kΩ/V，分别用5V量程和25V量程测量端电压Ux，分析电压表输入电阻的影响并用公式计算来消除负载效应对测量结果的影响。 图7.2-2　测量高输出电阻电路的直流电压 解： 如果是理想情况，则电压表内阻RV应为无穷大， 此时电压表示值Ux与被测电压实际值E0相等，即 Ux=E0=5 V (7.2-3) 相对误差为 (7.2-4) 将有关数据值代入式（7.2-3)和式(7.2-4)， 可得： 　　5 V电压挡： RV1=20kΩ/V·5V=100 kΩ 　　25 V电压挡： RV2=20 kΩ/V · 25 V=500 kΩ 　　由此不难看出，电压表输入电阻尤其是低电压挡时输入电阻对测量结果的影响还是相当严重的。 　　根据式(7.2-3)我们可以推导出消除负载效应影响的计算公式， 进而计算出待测电压的近似值： (7.2-5) 同理可得： (7.2-6) 因此 解出 (7.2-7) 式中： (7.2-8) 　　因此，如果用内阻不同的两只电压表，或者同一电压表的不同电压挡(此时k=RV2/RV1，即等于电压量程之比)，则根据式（7.2-7)和式（7.2-8)即可由两次测得值得到近似的实际值E0。例如将本题中有关数据代入式(7.2-7)，可得待测电压近似值为 　　除了利用上面的公式计算来消除负载效应之外，当然也可以利用其他测量方法，如零示法(如电桥)和微差法(比如利用微差电压表)，但一般操作都比较麻烦，通常用在精密测量中。在工程测量中提高输入阻抗和灵敏度以提高测量质量最常用的办法是利用电子电压表进行测量。 使用高输入阻抗的场效应管(FET)源极跟随器或真空三极管阴极跟随器以提高电压表输入阻抗，后接放大器以提高电压表灵敏度。 当需要测量高直流电压时，输入端接入分压电路。 分压电路的接入将使输入电阻有所降低，但只要分压电阻取值较大，仍然可以使输入电阻较动圈式电压表大得多。 7.2.2　电子电压表 1. 电子电压表的原理 图7.2-3　电子电压表框图 R0、 R1、 R2、 R3组成分压器。 由于FET源极跟随器输入电阻很大(几百MΩ以上)， 因此由Ux测量端看进去的输入电阻基本上由R0、R1等串联电阻决定，通常使它们的串联和大于10 MΩ，以满足高输入阻抗的要求。 同时，在这种结构下，电压表的输入阻抗基本上是一个常量，与量程无关。 图7.2-4　集成运放电压表的原理图 当运放开环放大系数A足够大时， 可以认为ΔU≈0(虚短路) UF≈Ui Ii≈0(虚断路) IF≈I0 分压器和电压跟随器的作用使Ui正比于待测电压Ux Ui=kUx 因而 (7.2-10) 即流过电流表的电流I0与被测电压成正比，只要分压系数和RF足够精确和稳定，就可以获得良好的准确度。因此，各分压电阻及反馈电阻RF都要使用精密电阻。 电子电压表中常采用调制式放大器代替直流放大器以抑制漂移，这可使电子电压表测量微伏量级的电压。 微弱的直流电压信号经调制器(又称