电子测量仪器和应用第3章-电压测量及电压表.ppt

电子测量仪器与应用 第3章 电压测量技术与电压表 目标规划 4.1 电压测量的特点和技术要求 4.2 模拟电压表及其使用方法 4.3 电压的数字化测量技术 本章小结 自测题解答 目标规划 （一）学习目标 基本了解:掌握交流电压测量的原理； 理解模拟式电压表的基本原理，并掌握其使用方法和刻度特性。 重点掌握：示波器多波形显示和示波器的应用。 (二）技能目标 学会用电子电压表测量不同波形的电压参数。 仪器示例1——有效值毫伏表 仪器示例2——台式数字多用表 3.1 电压测量的特点和技术要求 3.1.1 电子电路中电压信号的特点 （1）频率范围宽 （2）电压范围广 （3）输入阻抗高 （4）波形多样性 3.1.2 交流电压的基本参数 1.平均值 交流电压平均值特指经过均值检波后（绝对值）波形的平均值。 2.峰值UP 分为正峰值UP+和负峰值 UP-，经常用到的交流电压表征量还有峰峰值UP-P。 图4.1 交流电压的峰值及振幅值 UP-P t 0 Um u(t) 对于双极性对称的纯交流电压这种特殊情况，才有： 3.有效值U 有效值的物理意义为：若某一交流电压u（t）在一个周期内通过纯阻负载所产生的热量，与一个直流电压U在同样情况下产生的热量相等，则U的数值即为u(t)的有效值。 4.交流电压量值的相互转换（2个因数） （1）波形因数KF ： 交流电压的有效值U与平均值之比，即 （2）波峰因数KP ：交流电压的峰值UP 与有效值U之比称，即 有效值也叫“均方根” 序号 波形 峰值 平均值 有效值 波形因数KF 波峰因数KP 1 正弦波 1.11 2 三角波 1.15 3 方波 1 1 3.2 模拟式电压表及其使用方法 3.2.1 直流电压的测量 模拟式电子电压表一般用磁电式电流表作指示器（也称 表头），在电流表盘上以电压（或dB）标度，用指针指示电压值。它的测量电压的范围很小，一般为毫伏级。为了测量较大的电压，通常与表头串联分压电阻。 R1 R2 S 分压器 RP IA uA UX + - 【知识链接】表头 模拟式电子电压表通常由磁电式高灵敏度直流电流表作指示。直流电流表俗称表头，动圈式电流表头结构如图所示。其工作原理是利用载流导体与磁场之间的作用来产生转动力矩，使导体框架转动而带动指针偏转，其偏转角度α正比于通过线圈的被测电流。 游丝 吸靴 可动线圈 可动线圈 动圈式仪表双视图 3.2.2 模拟式交流电压表的三种电路结构 1.放大-检波式 低频毫伏表常采用此结构。 检波器 uA 分压器 交流 放大器 阻抗变换 被测电压 2.检波-放大式 超高频毫伏表常采用此结构。 分压器 直流 放大器 检波器 uA 被测电压 3.外差式 高频微伏表常采用此结构。 本机振荡 混频器 中频 放大器 检波器 uA 被测电压 fx f本 f中 3.2.3 按检波原理划分的三种电压表 1.均值电压表 （1）基本原理 均值响应是指驱动表头偏转的直流电流，即检波后的电流响应待测电压的均值。一般电路的构成为：u(t)→放大→均值检波→驱动表头。 工作原理：整流电路输出的直流电流Io，其平均值与被测电压u(t)的平均值成正比（而与被测电压的波形无关）。 Io （2）刻度特性 均值电压表的表头刻度按（纯）正弦电压有效值定度。 1）当测量正弦波电压时，正弦波的有效值U~就等于均值电压表的读数值α，即U~ =α。 2）当测量非正弦波电压时，电压表的读数值无明确的物理意义，只说明非正弦波电压平均值与对应定度的正弦波电压平均值相等，也即“平均值相等原则”。 （3）波形误差分析 绝对误差为ΔU=α－0.9KFα=(1－0.9KF) α 相对误差为γα=ΔU/α =（1－0.9KF）×100% 例3-1 用均值电压表测量正弦波、三角波电压。已知电压表的读数α均为10V，试分别计算正弦波、三角波的有效值、平均值和峰值各是多少伏？并分析波形误差。 解：1）测量正弦波时： U~ = α =10V 2）测量三角波时： 均值电压表测三角波的波形误差为： γα=ΔU/α =1－0.9KFΔ = （1-0.9×1.15）×100%= -3.5% 本例解释：三角波实际有效值为10.35V，但均值表的读数α为10V，少指示了0.35V，其误差为负的3.5%。 2.峰值电压表 （1）基本原理 峰值响应检波是指检波后所得电流响应于待测电压的峰值。一般电路的构成为：u(t)→放大→峰值检波→驱动表头。 C放电 C充电 因为电容C充电时间短放电时间长，从而保持其两端的电压始终接近于输入电压的峰值，即