第7章 电压测量-4.pptVIP

第7章．电压测量 7.1 电压测量概述 7.2 模拟式直流电压表 7.3 交流电压的表征和测量方法√ 7.4 低频交流电压测量√ 7.5 高频交流电压测量√ 7.6 脉冲电压测量 7.7 电压的数字式测量√ 7．4．1 均值电压表 平均值（均值） 数学上定义为： 相当于交流电压u(t)的直流分量。 交流电压测量中，平均值通常指经过全波或半波整流后的波形（一般若无特指，均为全波整流）： 对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(ωt)，若ω=2π/T 7．4．1 均值电压表 1、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。 7．4．1 均值电压表 1、平均值检波原理 4、平均值电压表原理 原理 均值响应，即：u(t) ?放大?均值检波?驱动表头 刻度特性 表头刻度按（纯）正弦波有效值刻度。因此： 当输入u(t)为正弦波时，读数α即为u(t)的有效值V（而不是该纯正弦波的均值）。 对于非正弦波的任意波形，读数α没有直接意义（既不等于其均值也不等于其有效值V）。但可由读数α换算出均值和有效值。 7.4.2、 波形换算 刻度特性 由读数Uα换算出均值和有效值的换算步骤如下： 第一步，把读数Uα想象为有效值等于Uα的纯正弦波输入时的读数，即 第二步，由U正计算该纯正弦波均值 第三步，假设均值等于 的被测波形（任意波）输入 ，即 注：“对于均值电压表，（任意波形的）均值相等，则读数相等” 。 第四步，由 ，再根据该波形的波形因数（查表可得），其有效值 7.4.2、 波形换算 刻度特性 上述过程可统一推导如下： 上式表明，对任意波形，欲从均值电压表读数Uα得到有效值，需将Uα乘以因子k。（若式中的任意波为正弦波，则k=1，读数Uα即为正弦波的有效值）。 7.4.2、 波形换算 刻度特性 综上所述，对于任意波形而言，均值电压表的读数Uα没有直接意义，由读数Uα到峰值和有效值需进行换算，换算关系归纳如下： 式中，Uα为均值电压表读数，KF为波形因数。 波形误差。若将读数Uα直接作为有效值，产生的误差 7.4.4 有效值检波器 有效值检波原理 利用二极管平方律伏安特性检波 根据 为得到有效值,首先需对u(t)平方。 小信号时二极管正向伏安特性曲线可近似为平 方关系。 缺点：精度低且动态范围小。 因此，实际应用中，采用分段逼近平方律的二极管伏安特性曲线图的电路。 利用模拟运算的集成电路检波 原理图 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。 单片集成TRMS/DC电路，如AD536AK等。 有效值电压表的特点 理论上不存在波形误差，因此也称真有效值电压表（读数与波形无关）。 比如，对非正弦波，可视为由基波和各次谐波构成， 若其有效值分别为V1、V2、V3、……，则读数 有效值电压表的特点 但实际有效值电压表，下面两种情况使读数偏小： 对于波峰因数较大的交流电压波形，由于电路饱和使电压表可能出现“削波” ；高于电压表有效带宽的波形分量将被抑制。它们都将损失有效值分量。 缺点：受环境温度影响较大，结构复杂，价格较贵。 实际应用中，常采用峰值或均值电压表测有效值。 7．4．5 分贝值的测量 分贝测量及宽频电平表 分贝 声学中，分贝是表示音量强弱的一个单位。 通信系统中，也常用分贝表示电平或功率。 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 7．4．5 分贝值的测量 分贝 可见，分贝是一个用对数表示的相对量值（记作dB），如果相对于一个确定的参考基准量，此时的分贝值则表示了一个绝对电平。 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。 7．4．5 分贝值的测量 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。 宽频电平表 具有分贝读数的电压表称为“宽频电平表” 。 组成框图： 在均值电压表（放大-检波式）基础上设计的。 宽频电平表 如图，输入衰减器上用dB表示“输入电平”选择，衰减步进为10dB，相当于衰减