电子测量第三部分2.pptVIP

2.1 交流电压的测量 2.1.1 表征交流电压的基本参量 峰值、平均值、有效值、波峰因数和波形因数。 峰值 峰值：以零电平为参考的最大电压幅值（用Vp表示 ）。 振幅：以直流为参考的最大电压值。 平均值（均值） 交流电压测量中，平均值通常指经过电压的绝对值（全波或半波整流后的波形）在一个周期内的平均值： 对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(ωt) 有效值 定义：交流电压u(t)在一个周期T内，通过某纯电阻负载R所产生的功耗，与一个直流电压V在同一负载上、相同时间内产生的功耗相等时，则该直流电压V的数值就表示了交流电压u(t)的有效值。 表达式： 直流电压V在T内电阻R上产生的能耗： 交流电压u(t) 在T内电阻R上产生的能耗： 由Q_= Q~得，有效值： 理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(ωt): 2.1．2 交流/直流转换器的响应特性 1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理 峰值检波原理： 由二极管峰值检波电路完成。 平均值检波原理 由二极管桥式整流（全波整流和半波整流）电路完成。 有效值检波原理 利用模拟运算的集成电路检波 通过多级运算器级连实现 模拟乘法器（平方）—〉积分—〉开方—〉比例运算。 利用热电偶有效值检波 热电效应：两种不同导体的两端相互连接在一起，组成一个闭合回路，当两节点处温度不同时，回路中将产生电动势，从而形成电流，这一现象称为热电效应，所产生的电动势称为热电动势。 当热端T和冷端T0存在温差时（即T≠T0），则存在热电动势，且热电动势的大小与温差ΔT=T-T0成正比。 热电偶有效值检波原理图 图中，直流电流I与被测电压u(t)的有效值V的关系： 电流I∝热电动势∝热端与冷端的温差，而热端温度∝u(t)功率∝u(t)的有效值V的平方，故， 表头刻度线性化处理：采用两对相同的热电偶，分别称为测量热电偶和平衡热电偶，如下图。 2.1．3 模拟式交流电压表 模拟电压表组成方案 一种是先检波后放大，称为检波-放大式； 一种是先放大后检波，称为放大-检波式。 模拟电压表的两个重要指标：带宽和灵敏度(分辨力)。 1）检波放大式 检波器 决定电压表的频率范围、输入阻抗和分辨力。 峰值电压表常用这种类型。 放大器 采用桥式直流放大器，它具有较高的增益。 直流放大器的零点漂移也将影响电压表的灵敏度。 2）放大-检波式电压表 组成框图 放大器 宽带交流放大器决定了电压表的频率范围。一般上限为10MHz。常称为“宽频毫伏表”或“视频毫伏表” 。 灵敏度受仍受宽带交流放大器内部噪声限制。 2.1．3 模拟式交流电压表 3）分贝测量 分贝 当用分贝表示功率时，定义为： 当用分贝表示电压时， 由功率与电压的关系： 和 当R1=R2时，有: 分贝 若P2= P0（基准量），并取P0=1mW； P1=被测功率，用Px表示，其分贝值用dBm表示（下标m指示以mW为单位表示被测功率绝对值）。 则功率电平： 显然，当Px=P0=1mW为0dBm时，若Px1mW，分贝值为正，若Px1mW，分贝值为负。 分贝 电压电平：以600Ω电阻上吸收P0=1mW的基准功率时电压的有效值为参考基准量V0。 由于 因此，取基准量V0=0.775V，其分贝值用dB或dBV表示（下标V指示以V为单位表示被测电压绝对值）。 对于任意被测电压Vx，其电压电平定义为 和 之间可换算或查表。 4）电压表的使用 峰值电压表 检波-放大式。 峰值响应、频率范围较宽（达1000MHz）但灵敏度低（mV级）。 “调制式电压表”：采用高增益低漂移的调制式直流放大器，使测量灵敏度大为提高，从mV级提高到几十μV 。 均值电压表 放大-检波式。 均值响应、灵敏度比峰值表有所提高但频率范围较小（10MHz），主要用于低频和视频场合。 有效值电压表 可以直接读出有效值，非常方便。 由于削波和带宽限制，将可能损失一部分被测信号的有效值，带来负的测量误差。 较为复杂，价格较贵。 2.2 直流电压的数字化测量及A/D转换原理 2.2．1 DVM的组成原理及主要性能指标 1）DVM的组成 数字电压表（Digital Voltage Meter，简称DVM）。 组成框图 2）主要性能指标 显示位数 完整显示位：能够显示0~9的数字。 非完整显示位(俗称半位)：只能显示0和1（在最高位上）。 量程 基本量程：无衰减或放大时的输入电压范围，由A/D转换器动态范围确定。 通过对输入电压（按10倍）放大或衰减，可扩展其他量程。 如基本量程为10V的DVM，可扩展出0.1V、1