第3章 电压测量与电压表.pptVIP

3.1 概述 电压测量是电子测量的基础，基本的电压测量仪器是电压表。电压表、示波器、计数器是电子测量三大仪器。 3.1.1 电压测量的基本要求 在实际测量中，被测电压具有频率范围宽、幅度差别大、波形种类多等特点，电压测量应满足下列基本要求： 1. 频率范围宽 被测电压的频率范围自零赫兹到数百兆赫兹，大致分为直流、低频、视频、高频和超高频等。所用电压表必须具有足够宽的频率范围。 2. 量程宽 被测电压的量值范围很宽，小到几纳伏，大到几百伏，甚至几千伏至几万伏。测量之前，应对被测电压有大概的估计，所用电压表应具有相当宽的量程或具有针对性。测量小信号时应选用高灵敏度电压表，测量高电压时应选用绝缘强度高的电压表来测量。 3. 输入阻抗高 测量电压时，电压表等效为输入电阻Ri和输入电容Ci的并联，其输入阻抗（Ri//Ci）是被测电路的额外负载。为了使被测电路的工作状态尽量少受影响，电压表应具有足够高的输入阻抗，即Ri应尽量大、Ci应尽量小。 低频测量时，因为交流电压表的输入电阻、输入电容一般为1MΩ、1～10pF，二者对被测电路的影响很小，故一般 不考虑电压表输入阻抗对被测电路的影响。但在高频测量时，输入电阻Ri和输入电容Ci的容抗将变小，二者对被测电路的影响变大，一般要考虑电压表输入阻抗的影响，当它的影响不可忽略时，应对测量结果进行修正。 4. 抗干扰能力强 测量工作一般是在受各种干扰的情况下进行的。当电压表工作在高灵敏度时，干扰会引入明显的测量误差，这就要求电压表具有较强的抗干扰能力。必要时，应采取一些抗干扰措施，如良好接地、使用短的测试线、进行屏蔽等，以减小干扰的影响。 5. 测量精确度高 直流电压的测量可获得较高的测量精确度，例如直流数字 电压表一般可达10-4～10-7量级；交流电压表的测量精确度可达10-2～10-4量级。在测量精确度要求不高时，可选用测量精确度在1%～3%左右的电压表。电压表精确度表示方法如下： （1）满度值的百分数±β%Um 具有线性刻度的模拟式电压表一般采用这种表示方法，式中±β%为满度相对误差，Um为电压表满刻度值。 （2）读数值的百分数±α%Ux 具有对数刻度的电压表一般采用这种表示方法，式中±α%为读数相对误差，Ux为电压表测量读数值。 （3）±(α%Ux+β%Um) 数字电压表一般采用这种表示方法。 （六）被测电压波形种类多 不同类型电压表的适用对象和使用方法是不同的，测量时，应根据电压表的类型和电压波形来确定被测电压的大小。 3.1.2 交流电压的表征 交流电压的表征量包括平均值 、峰值 、有效值U以及波形因数KF、波峰因数KP。 （一）平均值 平均值简称为均值，是指波形中的直流成分，所以纯交流电压的平均值为零。为了更好地表征交流电压的大小，交流电压的平均值特指交流电压经过均值检波后波形的平均值，它分为半波平均值 和全波平均值 。如无特别说明，纯交流电压的平均值均为全波平均值 。 4. 波形因数KF 交流电压的波形因数KF定义为交流电压的有效值U与平均值 之比，即 5. 波峰因数KP 交流电压的波峰因数KP定义为交流电压的峰值 与有效值U之比，即 3.1.3 电子电压表的分类 电子电压表简称为电压表，分为模拟式电压表和数字式电压表。 1. 模拟式电压表 模拟式电压表即指针式电压表，它用磁电式直流电流表（俗称表头）作为指示器，有直流电压表和交流电压表之分。 直流电压表是构成交流电压表的基础，用于测量直流电压。 交流电压表用来测量交流电压，测量时，首先利用交直流变换器将交流变成直流，再依照测量直流电压的方法进行测量，其核心为交直流变换器AC/DC。一般利用检波器来实现交 直流变换。检波器按其响应特性分为均值、峰值和有效值检波器三种，交流电压表则相应地分为均值电压表、峰值电压表和有效值电压表。 按照测量电压频率范围的不同，交流电压表还可分为超低频电压表（低于10Hz）、低频电压表（低于1MHz）、视频电压表（低于30MHz）、高频或射频电压表（低于300MHz）和超高频电压表（高于300MHz）。 为了满足不同测量对象的要求，模拟式交流电压表有放大—检波式、检波—放大式和外差式等三种不同的结构形式。 （1）检波—放大式电压表 检波—放大式电压表如图3.3(a)所示。这种电压表的频率 范围和输入阻抗主要取决于检波器。采用超高频检波二极管时，可使这种表的频率范围从几十赫兹至数百兆赫兹，甚至可达1GHz，输入阻抗也比较大，一般称之为高频毫伏表或超高频毫伏表。为了使测量灵敏度不受直流放大器零点漂移等的影响，一般利用调制式（即斩波式）直流放大器放大检波后的直流信号。而且