第一节 电参量的测量.ppt

第六章 常见参量的测试技术 第一节 电参量的测量 一、 直流电压的测量 1、直流电压的测量原理与方法 2、数字式万用表 数字万用表均有电流电压测量挡。与模拟式万用表相比，主要优点是：  (1) 输入阻抗高，一般直流输入阻抗可达20 MΩ以上。 (2) 分辨力高，可精确到百分之一，即在10 V挡，可分辨到0.1 V，而指针式的模拟万用表的分辨力为最小刻度间隔所代表的电压值的一半，量程越大，分辨力越低。 二、交流电压的测量 1、 交流电压的特征与量值表示 交流电压的表示量值 交流电压幅度值的相对大小常用峰-峰值、平均值和有效值来表示。 1) 峰-峰值UP-P 峰-峰值表示信号的最大值与最小值的差。对于对称的正弦信号来说，更常用的是峰值UP，其等于1/2的UP-P。如U(t)=Acosωct，则有UP-P=2 A，UP=1 A。 2) 平均值 设电压信号为U（t），其周期为T，则平均值为：  这时平均值的意义为： 3) 有效值URMS 有效值指的是信号的均方根值（RMS）。电压信号的有效值用URMS表示，其数学表达式为 对于正弦波U(t)=Um cosωct来说： （3-5）  工程上定义如下两个参数：  （1） 波形因数KF: 表示电压的有效值与平均值之比，即  （2） 波峰因数KP: 表示交流电压的峰值与有效值之比，即  2、交流电压的测量原理与方法 （1） 测量方法 交流电压测量最主要的方法是用交-直转换器将交流电压变换为直流电压，然后再对直流电压测量。 根据转换器的性质不同，可分为下列三种： （2） 测量原理 A、交流电压的模拟测量 用模拟电路的技术和方法测量交流电压，最常用的转换器有峰值检波器、平均值检波器和有效值—直流变换电路工作原理如图5（a）、（b）、（c）所示。 解：峰值检波器的输出为被测信号的最大幅度，由仪表的刻度关系知，被测方波的幅度为 。由于方波的有效值与峰值相当，故方波的有效值为14.1 V。 而对于有效值转换器，其特性符合如下公式： 由于不同频率的谐波的乘积在（0，T）上积分为0，公式可以简化为：  1. 检波-放大式电压表（峰值响应法） 检波-放大式电压表直接对被测电压信号进行检波，然后对转化成的直流信号进行处理并显示，具有结构简单，输入阻抗高，适用于高频测量（几百MHz）的特点。缺点是起始测量信号较大，非线性误差亦大。目前多采用斩波式直流放大器，最高灵敏度可为几十微伏，。其工作原理如图6所示。 2、 放大-检波式电压表（平均值响应法） 放大-检波式电压表的工作原理如图7（a）所示，这种电压表的频率范围主要受放大器的带宽限制，一般为20Hz-10MHz，而灵敏度受放大器内部噪声限制，一般为毫伏级。 各个组成单元的基本特性如下： 1） 阻抗变换器 阻抗变换器的作用是对外（输入）呈现高阻抗，对内（输出）呈现低阻抗，典型的电路如图7（b）所示。其中，V1是高频场效应管，输入电阻极大，输入电容小于2 pF； V2为高频晶体三极管，输出电阻为R4，一般为100 Ω，该电路传输衰减系数较小，且能驱动75 Ω电缆。  2） 衰减器 衰减器的作用是在测量大信号时对输入信号进行衰减以扩大测量量程。衰减器亦要求有宽带的特性，在高频时要考虑电路与元件的分布电容效应，采用复合阻容结构，典型的衰减器如图7（c）所示。当R1C1=R2C2时，衰减比与频率无关。 3） 宽带放大器 宽带放大器一般选用宽带线性集成放大器，如LM733，可工作在直流到50 MHz的频率范围。 4） 检波器 常用的检波器有峰值检波器和倍压检波器，如图6 （d） 所示。 3． 热电偶式电压表（有效值响应法） 热电偶不仅可以用于电流测量，而且可以作为电压测量的核心部件。 4． 外差式电压表 由于频响和灵敏度的限制，放大-检波式电压表、检波-放大式电压表和热偶式电压表均不可以用于高频微伏级电压检测。这时可采用外差式电压表，它的测量频率可达几百兆赫，灵敏度一般都是微伏级。其工作原理如图8所示。 B、 交流数字电压表 低频数字电压表一般是在直流数