电子测量与仪器第五章电压测量数字万用表演示文稿.pptVIP

(5) 热偶变换式(有效值测量) 在对波形未知或波形复杂的电压测量时，例如对噪声电压的测量、失真度测量，都要求能测出电压的真正有效值。这种测量要求AC／DC变换器的输出与输入电压的有效值成正比。利用二极管链式检波器可以实现这种功能，但频率范围不大，一般为几十Hz到几百kHz。另外用得较多的是热偶元件，其基本工作原理如下。 热偶元件又称热电偶，是由两种不同材料的导体所构成的具有热电现象的元件。若将被测电压变换成热能加在热电偶上，热电偶将产生相应的电势E=kU2。测量时要求消除热电偶的非线性。 电压 ? 热能 ? 加于热电偶产生热电势 第三十一页，共六十三页。 第三十一页，共六十三页。 输入信号u(t)经宽带放大器放大后送入T1，产生热电势E1=k1Ui2。E1经直流放大器A放大后加热平衡热电偶T2，T2产生热电势Ef=k2Uo2 。Ef作为负反馈与E1一起加到放大器的A端，直至Ef=E1，放大器保持输出不变。 T1与T2完全相同时，Ef=E1， Uo=Ui，实现了有效值的测量及测量的线性化。 其它方法 第三十二页，共六十三页。 第三十二页，共六十三页。 1、均值电压表 平均值检波器原理：平均值检波器的基本采用4只性能相同的二极管构成桥式全波整流电路，图(c)是其等效电路，整流后的波形为|ux|，整流器可等效为Rs串联一电压源|ux|，Rm为电流表内阻，C为滤波电容，滤除交流成分。 三、交流电压的测量(低频测量) 交流电压测量通常把测量低频(1MHz以下)信号电压的电压表称作交流电压表或交流毫伏表。这类电压表一般采用放大—检波式，检波器有平均值检波器、有效值检波器和峰值检波器。 第三十三页，共六十三页。 第三十三页，共六十三页。 Rd为二极管正向电阻，Rm为电表内阻，上式忽略整流管反向电流的作用。 流经表头电流的平均值只与被测电压的平均值有关，全波检波器响应反应被测电压的均值。 第三十四页，共六十三页。 第三十四页，共六十三页。 检波灵敏度： 表征均值检波器工作特性的一个重要参数是检波灵敏度Sd，定义为 对于全波桥式整流器，可导出 要提高测量灵敏度，应减小Rd和Rm。 第三十五页，共六十三页。 第三十五页，共六十三页。 输入阻抗： 可以证明，对于全波均值整流器， 其输入阻抗 仍设 (这是常规的数值)，则Ri 约为1.8kΩ ，可见均值检波器输入阻抗很低。 ? 放大—检波式 第三十六页，共六十三页。 第三十六页，共六十三页。 2、有效值检波器 由式可见，为了获得有效值(均方根)响应，必须使AC／DC变换器具有平方律关系的伏安特性。这类变换器有二极管平方律检波式、分段逼近式检波式、热电变换式和模拟计算式等四种。 二极管平方律检波式 真空或半导体二极管在其正向特性的起始部分，具有近似的平方律关系。图中E0为偏置电压，当信号电压ux较小时，有 第三十七页，共六十三页。 第三十七页，共六十三页。 式中k是与二极管特性有关的系数(称为检波系数).由于电容C的积分(滤波)作用，流过微安表的电流正比于i的平均值， 从而实现了有效值转换。 第三十八页，共六十三页。 第三十八页，共六十三页。 ３、峰值检波器 　　峰值检波器输出的直流电压与输入交流信号峰值成比例的检波器。分为串联式和并联式。 串联式 并联式 (具有隔直能力，较常用) 充电时间常数要短, 放电时间常数要长. 第三十九页，共六十三页。 第三十九页，共六十三页。 要求：充电时间常数RdC远小于放电时间常数Tmin，同时放电时间常数RC要远大于输入信号中的最大周期Tmax。 双峰值检波器：　　 将两个串联式检波电路结合在一起，就构成了双峰值检波电路。由上面的分析不难判断，C1或R1上的平均电压近似于ux的正峰值Up+，C2或R2上的平均电压近似于ux的负峰值Up-，检波器输出电压Up+ -Up- ，即输出电压近似等于被测电压的峰—峰值。 第四十页，共六十三页。 第四十页，共六十三页。 双峰值检波电路 四、高频交流电压的测量(略) 采用混频技术 第四十一页，共六十三页。 第四十一页，共六十三页。 5.4 电压的数字式测量 一、数字电压表(DVM)的组成 A/D是数字电压表的核心。 输入电路 A/D变换 计数器 显示 逻辑控制电路 时钟发生器 模拟部分 数字部分 ux 第四十二页，共六十