电子测试技术应用 测量仪器 第4章_电压表的使用.doc

PAGE PAGE 28 第4章 电压表的使用 学 学 习 目 标 掌握模拟电压表、数字电压表、失真度仪的使用； 掌握模拟电压表、数字电压表、失真度仪的使用； 理解电压表、失真度仪的工作原理； 了解电压表、失真度仪的工作特性。 4.1概述 在电子测量领域中，电压量是基本参数之一。 电压、电流和功率是表征电信号能量大小的三个基本参量。 在集中参数电路里，测量的主要参量是电压。此外，许多电参数，如频率特性、失真度、灵敏度等都可视为电压量的派生量。 4.1.1 由于在电子电路测量中所遇到的待测电压具有频率范围宽、电压范围广、等效电阻较高及波形多种多样等特点，故对电压测量提出如下一些要求： 1）应有足够宽的频率范围 在电子电路中被测电压的频率可以从直流到几十赫兹（例如50Hz电网电压）到数百兆赫兹范围，甚至达到吉赫兹（GHz）数量级。 2）应有足够宽的电压测量范围 一般情况下，待测电压的下限值为微伏级，上限可达几十千伏。若测量非常小的电压值，就要求电压测量仪器或仪表具有较高的灵敏度和稳定性。例如，目前已有灵敏度高达1nV的数字电压表，而对高电压的测量则要求电压表应有较高的绝缘强度。 3）应有足够高的测量准确度 与交流电压相比，直流电压测量的准确度较高,数字电压表测量直流电压的准确度可达到10-6的数量级，模拟电压表的测量准确度一般为10-2量级。 对交流电压的测量，除基本误差外，还应考虑频率误差及波形误差等，即使采用数字电压表，交流电压的测量准确度目前也只能达到10-210-4。 4）应有足够高的输入阻抗 电压表的输入阻抗是指它的两个输入端之间的等效阻抗，它是被测电路的额外负载。为减小测量仪表在接入时对被测电路的影响，希望仪器具有较高的输入阻抗。模拟电子电压表的输入阻抗一般为几十千欧到几兆欧。当测量高频电压时，输入电容对被测电路的影响变大，希望减小输入电容的值。输入阻抗的一个典型数值为1MHz 和15pF并联。 5) 应有足够高的抗干扰能力 一般来说测量工作是在各种干扰的条件下进行的，当测量仪器工作在高灵敏度时，干扰可能引入较大的测量误差，因而希望测量仪器具有较强的抗干扰的能力。 4.1.2 电压测量仪器按照工作原理一般分为两大类：模拟式电压表和数字式电压表。 1) 模拟式电压表 模拟电压表是指针式的，通常用磁电系直流电流表表头作为指示器，并在电流表表盘上以电压（或dB）刻度。 2）数字式电压表 数字式电压表首先将模拟量（直流量）通过模/数（A/D）变换器变成数字量，然后用电子计数器计数，并以十进制数字显示被测电压（若为交流信号测试，必须先附加AC/DC检波器）。 4.1.3 交流电压可以用峰值、平均值、有效值、波形系数及波峰系数来表征。 （1）峰值 峰值是交变电压在所观察的时间或一个周期内所能达到的最大值，记为,如果电压波形是双极性的，且不对称，则将峰值分为正峰值和负峰值。 计算峰值时，都是从参考0电平开始计算的，如图4.1-1所示。振幅值则以直流分量为参考电平计算的。对于正弦交流信号而言，当不含直流分量时，其振幅等于峰值，且正负峰值相等。 图4.1-1交流电压的峰值与振幅值 （2）平均值 平均值在数学上的定义为 （式4.1-1） 对周期信号而言,T为信号的周期。纯正弦交流电压。从交流电压的测量观点来看,是指检波后的平均值,在本章中，不加说明时,通常指全波检波平均值,即 （式4.1-2） 3）有效值U 一个交流电压和一个直流电压分别加在同一电阻上,若它们产生的热量相等,则直流电压的数值则为交流电压的有效值U(或)可表示为 （式4.1-3） 当不特别指明时,交流电压的量值均指有效值.各类电压表的示值,除特殊情况外,都是按正弦波有效值来定度的. 4) 波形系数与波峰系数 为了表征同一信号峰值、有效值及平均值的关系，引入波形系数KF和波峰系数KP。交流电压的波形系数KF定义为该电压的有效值与其平均值之比，即： （式4.1-4） 交流电压的波峰系数KP定义为该电压的峰值与其有效值之比，即： （式4.1-5） 以下我们将主要介绍模拟电压表和数字电压表的使用。 4.2 模拟电压表的使用（以DA22A型超高频毫伏表为例） 4.2.1 DA22A型超高频毫伏表使用 1、DA22A型超高频毫伏表的面板如图4.2-1所示。 调零旋钮 接通电源，开机预热10-15分，将量程选择开关置于3mV档，调节“调零”电位器旋钮，使指针指在“0-0.04V”之间