《電壓的測(cè)量》ppt課件

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1、電子測(cè)量技術(shù)第四章 電壓的測(cè)量電子測(cè)量技術(shù)第四章 電壓的測(cè)量Page 2第四章 電子示波器學(xué)習(xí)交直電壓信號(hào)測(cè)量的各種方法，以及相關(guān)測(cè)量?jī)x器的結(jié)構(gòu)和工作原理。磁電指針電壓和電流表，交流均值電壓表和峰值電表，數(shù)字電壓表。磁電指針電壓表對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，電壓分貝值的測(cè)量，雙積分A/D轉(zhuǎn)換。Page 2第四章 電子示波器 學(xué)習(xí)交直電第四章 電壓的測(cè)量4.1 概述第四章 電壓的測(cè)量4.1 概述Page 44.1 概述電壓是反映電信號(hào)特征的基本參數(shù)，它的測(cè)量是電子電氣測(cè)量的基本內(nèi)容。在電子電路中，電路的工作狀態(tài)，如諧振、平衡、截止、飽和以及工作點(diǎn)的動(dòng)態(tài)范圍，通常都以電壓形式表現(xiàn)出來(lái)。電子設(shè)備的控制信號(hào)、反

2、饋信號(hào)及其他信息主要表現(xiàn)為電壓量。在非電量的測(cè)量中，也多利用各類傳感裝置將非電量參數(shù)轉(zhuǎn)換成電壓參數(shù)。4.1.1 電壓測(cè)量的特點(diǎn)Page 44.1 概述 電壓是反映電信號(hào)特Page 54.1 概述電路中其他電參數(shù)，包括電流和功率，以及信號(hào)的幅度、波形的非線性失真系數(shù)、元件的Q值、網(wǎng)絡(luò)的頻率特性和通頻帶、設(shè)備的靈敏度等，都可以視做電壓的派生量，通過(guò)電壓測(cè)量獲得其量值。最重要的是，電壓測(cè)量直接、方便，將電壓表并接在被測(cè)電路上，只要電壓表的內(nèi)阻足夠大，就可以獲得較滿意的測(cè)量結(jié)果。作為比較，電流測(cè)量就不具備這些優(yōu)點(diǎn)，首先必須把電流表串接在被測(cè)電路中，很不方便.4.1.1 電壓測(cè)量的特點(diǎn)Page 54.1

3、 概述 電路中其他電參數(shù)Page 64.1 概述2電壓測(cè)量的特點(diǎn)和要求（1）頻率范圍寬在電子電路和電氣設(shè)備中，電壓信號(hào)的頻率范圍非常寬，除直流外，且頻段不同，測(cè)量方法也各不相同。例如，對(duì)于低頻電壓信號(hào)，是先放大，后檢波，再測(cè)量；而對(duì)于高頻電壓信號(hào)，則是先檢波，后放大，再測(cè)量。（2）測(cè)量范圍大待測(cè)電壓的大小差別很大，若待測(cè)信號(hào)電壓電平低，則要求電壓表分辨力高，而這種要求又受到外部干擾、內(nèi)部噪聲等的限制。若待測(cè)信號(hào)電壓電平高，則要考慮電壓表輸入級(jí)中加接分壓網(wǎng)絡(luò)，但這樣又會(huì)降低電壓表的輸入阻抗。4.1.1 電壓測(cè)量的特點(diǎn)Page 64.1 概述2電壓測(cè)量的特點(diǎn)和要求4.Page 74.1 概述（3）

4、信號(hào)波形復(fù)雜待測(cè)電壓的波形除了正弦波外，還包括失真的正弦波以及各種非正弦波，如方波、三角波、尖脈沖等信號(hào)，不同波形電壓的測(cè)量方法及對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確的影響是不同的。（4）被測(cè)電路的輸出阻抗差別大在實(shí)際中被測(cè)電路的輸出阻抗Z0差別很大，在電壓測(cè)量中，電壓表是與被測(cè)電路并聯(lián)的，電壓表的負(fù)載效應(yīng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度有影響，尤其是對(duì)輸出阻抗Z0比較高的電路，因此，要求電壓表的內(nèi)阻大，相關(guān)的電壓測(cè)量?jī)x器輸入阻抗高。4.1.1 電壓測(cè)量的特點(diǎn)Page 74.1 概述（3）信號(hào)波形復(fù)雜4.1.Page 84.1 概述（5）測(cè)量精度差異大由于被測(cè)電壓的頻率、波形等因素的影響。電壓測(cè)量的準(zhǔn)確度有較大差異。電壓值的基準(zhǔn)是直

5、流標(biāo)準(zhǔn)電壓，直流測(cè)量時(shí)分布參數(shù)等的影響可以忽略不計(jì)，因而直流電壓測(cè)量的精度較高，但交流電壓測(cè)量精度要低得多。（6）外界干擾電壓測(cè)量易受外界干擾的影響，當(dāng)被測(cè)信號(hào)電壓較小時(shí)，干擾往往成為影響測(cè)量精度的主要因素。對(duì)于高靈敏度的電壓表，如數(shù)字電壓表、高頻毫伏表等，必須具有較強(qiáng)的抗干擾能力，測(cè)量時(shí)也要特別注意采取相應(yīng)措施。4.1.1 電壓測(cè)量的特點(diǎn)Page 84.1 概述（5）測(cè)量精度差異大4.1.Page 94.1 概述1模擬式電壓表模擬式電壓表的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格較為便宜，頻率范圍也寬，另外在某些場(chǎng)合并不需要準(zhǔn)確測(cè)量電壓的真實(shí)大小，而只需要知道電壓大小的范圍或變化趨勢(shì)，此時(shí)用模擬式電壓表反而更為靈

6、活、直觀。（1）按測(cè)量功能分，分為直流電壓表、交流電壓表和脈沖電壓表；（2）按工作頻段分類，低頻電壓表、高頻電壓表等；（3）按電壓量級(jí)分類，壓表可分為電壓表和毫伏表（毫伏量級(jí)）；（4）按準(zhǔn)確等級(jí)分類，分為0.05、0.1、0.2等。4.1.2 電壓測(cè)量?jī)x器的分類Page 94.1 概述 1模擬式電壓表4.1.Page 104.1 概述2.數(shù)字式電壓表分類數(shù)字式電壓表的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：測(cè)量準(zhǔn)確度高，測(cè)量速度快，輸入阻抗高，過(guò)載能力強(qiáng)，抗干擾能力和分辨率優(yōu)于模擬式電壓表。此外，由于測(cè)量結(jié)果以數(shù)字形式輸出、顯示，因此除讀數(shù)直觀外，還便于和計(jì)算機(jī)及其他設(shè)備連用，組成自動(dòng)化測(cè)試儀器或自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。數(shù)字式電壓

7、表目前尚無(wú)統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。一般按測(cè)量功能分為直流數(shù)字電壓表和交流數(shù)字電壓表。交流數(shù)字電壓表按其AC/DC變換原理分為峰值交流數(shù)字電壓表、平均值交流數(shù)字電壓表和有效值交流數(shù)字電壓表。4.1.2 電壓測(cè)量?jī)x器的分類Page 104.1 概述2.數(shù)字式電壓表分類4.第四章 電壓的測(cè)量4.2 磁電動(dòng)圈式直流電表第四章 電壓的測(cè)量4.2 磁電動(dòng)圈式直流電表Page 124.2 磁電動(dòng)圈式直流電表1.磁電動(dòng)圈式電表的結(jié)構(gòu)圖4-1所示，磁電式電表由固定部分和可動(dòng)部分組成。其中固定部分由永久磁鐵1、極掌2和固定在支架上的圓柱形鐵心5構(gòu)成?？蓜?dòng)部分由繞在鋁框架上的可動(dòng)線圈4、線圈極端的兩個(gè)半軸3、與轉(zhuǎn)軸相連的指

8、針8、平衡錘6，以及游絲7所組成。4.2.1 磁電動(dòng)圈式電表的工作原理 整個(gè)可動(dòng)部分支承在軸承上，線圈放在環(huán)形氣隙之中，由于永久磁鐵放在可動(dòng)線圈的外面，所以稱為外磁式。Page 124.2 磁電動(dòng)圈式直流電表1.磁電動(dòng)圈Page 134.2 磁電動(dòng)圈式直流電表可動(dòng)線圈通電之后，受到三個(gè)力矩的作用力。一個(gè)是與永久磁鐵的磁場(chǎng)相互作用形成的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使可動(dòng)線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。另一個(gè)是反作用力矩，通常由游絲產(chǎn)生，每一個(gè)游絲都是一端與可動(dòng)線圈相連。它的作用除了產(chǎn)生反作用力矩外，還可以作為電流導(dǎo)入可動(dòng)線圈的引線。第三個(gè)是阻尼力矩，可以與永久磁鐵磁場(chǎng)作用形成一個(gè)電磁阻尼力矩，它的方向總是與鋁框架的運(yùn)動(dòng)方向相反，這

9、樣就能使指針很快停留在相應(yīng)的讀數(shù)位置，防止指針左右擺動(dòng)。4.2.1 磁電動(dòng)圈式電表的工作原理Page 134.2 磁電動(dòng)圈式直流電表 可Page 144.2 磁電動(dòng)圈式直流電表2.電表的工作原理設(shè)電流表鐵心5與極掌2之間工作氣隙內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，且由于氣隙結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得氣隙內(nèi)的B值處處相等，其方向如圖4-2所示，都是通過(guò)軸心呈輻射形。4.2.1 磁電動(dòng)圈式電表的工作原理Page 144.2 磁電動(dòng)圈式直流電表2.電表的工Page 154.2 磁電動(dòng)圈式直流電表根據(jù)物理學(xué)原理，可動(dòng)線圈通電后在氣隙磁場(chǎng)內(nèi)所受的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M 為：4.2.1 磁電動(dòng)圈式電表的工作原理線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中要受到游絲產(chǎn)生的

10、反作用力矩M的作用，其大小與線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角度成正比，即：當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M 等于反作用力矩M時(shí)，上式可得：電流表可動(dòng)線圈的偏轉(zhuǎn)角與電流I 成正比。這就是磁電式電表測(cè)量電流的工作原理。上面介紹的電表習(xí)慣上稱為表頭，它只能通過(guò)小電流，兩端的電壓也很小。如果要測(cè)量更大的電流，必須在表頭上并聯(lián)分流電阻，以擴(kuò)大測(cè)量電流的量程。如果要測(cè)量更高的電壓，需要與表頭串聯(lián)附加電阻，以擴(kuò)大測(cè)量電壓的量程。Page 154.2 磁電動(dòng)圈式直流電表 Page 164.2 磁電動(dòng)圈式直流電表1分流電阻的計(jì)算從磁電式電表的工作原理可以看出，磁電式電表可以直接作為電流表使用。但由于被測(cè)電流需要通過(guò)游絲和可動(dòng)線圈，而它們又都是截面極細(xì)

11、的金屬絲，所以直接測(cè)量電流時(shí)最大量程只能是微安或毫安級(jí)。如果要測(cè)量大電流，就要加接分流電阻。4.2.2 電流表擴(kuò)大量程的方法 分流電阻擴(kuò)大電流量程的電路如圖4-3所示，圖中表頭內(nèi)阻為Rin，分流電阻為Rsh，它與表頭并聯(lián)（即Rsh與Rin并聯(lián)）。Page 164.2 磁電動(dòng)圈式直流電表 1分流電阻Page 174.2 磁電動(dòng)圈式直流電表 假設(shè)當(dāng)被測(cè)電流為I 時(shí)，通過(guò)表頭的滿刻度電流為 Im，其余電流通過(guò)電阻Rsh分流（即Ish），可以建立下面的的關(guān)系式：4.2.2 電流表擴(kuò)大量程的方法 若n 表示被測(cè)電流與表頭滿度電流之比 I/Im，那么n 值就是電流表并聯(lián)分流電阻后量程擴(kuò)大的倍數(shù)。Page

12、174.2 磁電動(dòng)圈式直流電表 Page 184.2 磁電動(dòng)圈式直流電表例：有一磁電式表頭，其滿刻度電流為200 A，可動(dòng)線圈內(nèi)阻為300，若要把滿刻度電流擴(kuò)大到10 mA、100 mA、0.5A，應(yīng)分別并聯(lián)多大的分流電阻？解：（1）10 mA的量程，（2）100 mA的量程，（3）0.5A的量程，上述結(jié)果表明，電流量程越大，分流電阻越小，通過(guò)分流電阻的電流越大，但通過(guò)表頭的電流是不變的。Page 184.2 磁電動(dòng)圈式直流電表例題4-1例：Page 194.2 磁電動(dòng)圈式直流電表2兩種分流電路 對(duì)于固定式擴(kuò)大電流量程，可采用圖4-4所示的開路式分流器來(lái)改變電流的量程，這種電路簡(jiǎn)單，分流電阻的

13、計(jì)算也比較方便。4.2.2 電流表擴(kuò)大量程的方法Page 194.2 磁電動(dòng)圈式直流電表2兩種分流電Page 204.2 磁電動(dòng)圈式直流電表2兩種分流電路 對(duì)于萬(wàn)用表中的分流器，因?yàn)檗D(zhuǎn)換開關(guān)經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)，如果開關(guān)觸點(diǎn)接觸不良，對(duì)于開路式分流器，就會(huì)造成分流器斷開，若此時(shí)通電，會(huì)造成表頭損壞。在萬(wàn)用表中一般采用如圖4-5所示的閉路式分流器來(lái)改變電流的量程。這種分流器的特點(diǎn)是整個(gè)閉合電路的電阻不變，分流電阻減少時(shí)，表頭支路的電阻增大，通過(guò)表頭的電流變小。4.2.2 電流表擴(kuò)大量程的方法Page 204.2 磁電動(dòng)圈式直流電表2兩種分流電Page 214.2 磁電動(dòng)圈式直流電表1附加電阻的計(jì)算 設(shè)磁電動(dòng)

14、圈式表頭的內(nèi)阻為Rin，滿刻度電流為Im，如果該表頭作為直流電壓表使用，則其滿刻度電壓Um為：4.2.3 電壓表擴(kuò)大量程的方法 通常磁電動(dòng)圈式表頭的滿刻度電壓很小，例如某表頭的滿刻度電流為200A，內(nèi)阻為300，它的滿刻度電壓僅為60 mV，顯然不能滿足實(shí)際測(cè)量的需要。為了擴(kuò)大表頭測(cè)量電壓的范圍，通常與表頭串接若干個(gè)附加電阻，Ra1、Ra2、Ra3、。這樣，就引入了U1、U2、U3、多個(gè)電壓量程。Page 214.2 磁電動(dòng)圈式直流電表1附加電阻的Page 224.2 磁電動(dòng)圈式直流電表 由圖可以計(jì)算，各個(gè)附加電阻的阻值分別為：4.2.3 電壓表擴(kuò)大量程的方法Page 224.2 磁電動(dòng)圈式直

15、流電表 Page 234.2 磁電動(dòng)圈式直流電表例：假設(shè)圖4-6中表頭的滿刻度電流為50 A，內(nèi)阻為4 k，三個(gè)量程的電壓分別為1V、10V、100V，求對(duì)應(yīng)于三個(gè)電壓量程的附加電阻。解：已知表頭的內(nèi)阻 Rin=4 k，滿刻度電流 Im=50 A，根據(jù)公式，可分別計(jì)算出Ra1、Ra2、Ra3，Page 234.2 磁電動(dòng)圈式直流電表例題4-2例：Page 244.2 磁電動(dòng)圈式直流電表2電壓靈敏度 通常把電壓表內(nèi)阻RV 與相應(yīng)量程電壓U 之比定義為電壓靈敏度?！?V”數(shù)越大，指針偏轉(zhuǎn)同樣角度所需的驅(qū)動(dòng)電流越小。由“/V”數(shù)，可推算出不同量程的內(nèi)阻。例如，某電壓表的“/V”為“20k/V”，當(dāng)用

16、10V檔時(shí)，電壓表的內(nèi)阻為RV=1020k=200k；當(dāng)100V檔時(shí)，內(nèi)阻為RV=10020k=2000k。如果給出了表頭的靈敏度，實(shí)際上也就給出了電表的滿刻度電流。例如，上述電壓靈敏度為“20k/V”的表頭，它的滿刻度電流為Im=1V/20 k=50 A。4.2.3 電壓表擴(kuò)大量程的方法Page 244.2 磁電動(dòng)圈式直流電表2電壓靈敏度Page 254.2 磁電動(dòng)圈式直流電表1電壓表和電流表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響 磁電動(dòng)圈式直流電壓表和電流表的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格便宜，其主要缺點(diǎn)是靈敏度不高，內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較大。由于測(cè)量電壓時(shí)電壓表與被測(cè)電路并聯(lián)，當(dāng)電壓表的量程較低時(shí)，電壓表的內(nèi)阻較

17、小，其負(fù)載效應(yīng)對(duì)被測(cè)電路工作狀態(tài)及測(cè)量結(jié)果的影響較大。而測(cè)量電流時(shí)，電流表與被測(cè)電路串聯(lián)，如果電流表的內(nèi)阻較大，也會(huì)影響電路的工作狀態(tài)及測(cè)量結(jié)果。4.2.4 電表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量的影響 因此，電壓表的內(nèi)阻應(yīng)盡量大些，且量程越大，內(nèi)阻應(yīng)越大；而電流表的內(nèi)阻應(yīng)盡量小一些，且量程越大，內(nèi)阻應(yīng)越小。Page 254.2 磁電動(dòng)圈式直流電表1電壓表和電Page 264.2 磁電動(dòng)圈式直流電表例：如圖4-7所示，圖中電阻R1、R2的阻值都為100k，電源電壓為200V，用內(nèi)阻Rv分別為100k和1000k電壓表測(cè)量R1的電壓，分別計(jì)算電壓表內(nèi)阻影響所產(chǎn)生的誤差。解：R1上的實(shí)際電壓值為:用內(nèi)阻為Rv1=100

18、k電壓表測(cè)量得R1上的電壓為:Page 264.2 磁電動(dòng)圈式直流電表例題4-3例：Page 274.2 磁電動(dòng)圈式直流電表這時(shí)測(cè)量的相對(duì)誤差為:用內(nèi)阻為Rv2=1000 k電壓表測(cè)量得R1上的電壓為:相對(duì)誤差為:可見，用內(nèi)阻大的電壓表，對(duì)被測(cè)電路影響小，測(cè)量結(jié)果的誤差比較小。Page 274.2 磁電動(dòng)圈式直流電表例題4-3這時(shí)Page 284.2 磁電動(dòng)圈式直流電表例：如圖4-8所示，圖中電阻R為400，電壓U為100V，用內(nèi)阻 Ri 分別為400和10的電流表測(cè)量電路中的電流，分別計(jì)算由電流表內(nèi)阻影響所產(chǎn)生的測(cè)量誤差。解：從圖中可以看出，如果不考慮電流表內(nèi)阻的影響，電路中的實(shí)際電流為:如

19、果電流表內(nèi)阻Ri1為400，則電路中的電流為:這時(shí)測(cè)量的相對(duì)誤差為:Page 284.2 磁電動(dòng)圈式直流電表例題4-4例：Page 294.2 磁電動(dòng)圈式直流電表 如果電流表內(nèi)阻Ri2為10，則電路中的電流為:這時(shí)的相對(duì)誤差為:可見，電流表的內(nèi)阻越小，對(duì)被測(cè)電路影響越小，測(cè)量結(jié)果的誤差就越小。Page 294.2 磁電動(dòng)圈式直流電表例題4-4 Page 304.2 磁電動(dòng)圈式直流電表2消除電壓表的負(fù)載效應(yīng) 對(duì)于內(nèi)阻大的電源，欲測(cè)量其空載電壓Ux，如果用電壓表直接測(cè)量，由于電壓表內(nèi)阻Rv并接在電源兩端，形成電流回路，電源內(nèi)部有一定的電壓降，會(huì)使測(cè)量結(jié)果造成較大的誤差。為此，采用圖4-9所示的電路

20、測(cè)量。4.2.4 電表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量的影響Page 304.2 磁電動(dòng)圈式直流電表2消除電壓表Page 314.2 磁電動(dòng)圈式直流電表 圖中Ux為電源的空載電壓，Ri為電源的內(nèi)阻，Rv為電壓表的內(nèi)阻。先按圖4-9（a）的電路測(cè)量，電壓表的指示電壓為U1，即：4.2.4 電表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量的影響 然后按圖4-9（b）串接一個(gè)輔助測(cè)量電阻Rs，這時(shí)電壓表指示的電壓值為U2，即 將兩式相除，消除Ux后，可得：Page 314.2 磁電動(dòng)圈式直流電表 Page 324.2 磁電動(dòng)圈式直流電表4.2.4 電表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量的影響 利用上式，可解出電源的內(nèi)阻Ri，即：代上式，可得電源的空載電壓Ux：如果上述測(cè)量中的輔

21、助電阻Rs是一只電位器，調(diào)節(jié)Rs，使U2剛好等于U1的一半，上式中的U2/（U1U2）=1，可簡(jiǎn)化：Page 324.2 磁電動(dòng)圈式直流電表4.2.4第四章 電壓的測(cè)量4.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法第四章 電壓的測(cè)量4.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法Page 344.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法 交流電壓除用具體的函數(shù)關(guān)系式表達(dá)其大小隨時(shí)間變化的規(guī)律外，通常還可以用峰值、平均值、有效值等參數(shù)表示。（1）峰值 一個(gè)周期內(nèi)偏離基線的最大值稱為幅值，也叫峰值，用Um表示。在波形不失真的情況下，正、負(fù)峰值是相等的。4.3.1 交流電壓的量值表示Page 344.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法 Page

22、354.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法（2）平均值 在數(shù)學(xué)上，交流電壓u（t）的平均值定義為按照這個(gè)定義，對(duì)于對(duì)稱正弦波電壓，上式的積分等于零，即平均值為零。在電子電氣測(cè)量中，平均值通常是指交流電壓檢波（也稱整流）以后的平均值。（3）有效值 某一交流電壓的有效值等于這樣一個(gè)直流電壓的數(shù)值U，即當(dāng)該交流電壓和數(shù)值為U的直流電壓分別施加于同一個(gè)電阻上時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)兩者消耗的電能相等。4.3.1 交流電壓的量值表示圖形面積、除1.4或乘 0.7Page 354.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法（2）平Page 364.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法（1）波形因數(shù)：波形因數(shù)定義為交流電壓的有效值U與平均值

23、之比，用符號(hào)KF 表示，即：4.3.2 交流電壓量值的轉(zhuǎn)換（2）波峰因數(shù)：波峰因數(shù)定義為交流電壓的峰值Um與有效值U 之比，用符號(hào)KP 表示，即：雖然電壓量值可以用峰值、有效值和平均值表征，但基于功率的概念，國(guó)際、國(guó)內(nèi)均以有效值作為交流電壓的表征量，例如電壓表，除特殊情況外，幾乎都是按正弦波的有效值來(lái)定度。Page 364.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法（1）波Page 374.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法 當(dāng)用正弦波有效值定度的交流電壓表測(cè)量電壓時(shí)，如果被測(cè)電壓是正弦波，電壓表的讀數(shù)就是正弦波電壓的有效值，根據(jù)表4-1很容易從電壓表讀數(shù)即有效值得知它的峰值和平均值。如果被測(cè)電壓是非正弦波，那么

24、必須根據(jù)電壓表讀數(shù)和電壓表所采用的檢波方法進(jìn)行必要的波形換算，才能得到有效值、峰值和平均值。4.3.2 交流電壓量值的轉(zhuǎn)換Page 374.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法 Page 384.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法Page 384.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法Page 394.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法Page 394.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法Page 404.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法 測(cè)量交流電壓的方法很多，依據(jù)的原理也不同。其中最主要的是利用交流/直流（AD/DC）轉(zhuǎn)換電路（多為二極管檢波電路），將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，然后接到直流電壓表上進(jìn)行顯示。根據(jù)檢波特性的不同，檢波法

25、又可分成平均值檢波、峰值檢波、有效值檢波等。模擬交流電子電壓表主要有以下幾種類型：4.3.3 電子交流電壓表的主要類型Page 404.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法 Page 414.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法（1）檢波-放大式 先對(duì)被測(cè)交流電壓進(jìn)行檢波，然后將檢波得到的直流電壓送直流放大器放大，最后送電表顯示，如圖4-12所示。這種電子電壓表的頻率范圍和輸入阻抗主要取決于檢波器。4.3.3 電子交流電壓表的主要類型Page 414.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法（1）檢Page 424.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法（2）放大-檢波式 這種類型是先對(duì)被測(cè)電壓信號(hào)進(jìn)行放大，然后檢波，最后將檢波得

26、到的直流電壓送電表顯示，如圖4-13所示。這種電子電壓表的輸入阻抗大，測(cè)量靈敏度高，頻率范圍主要取決于寬帶交流放大器。4.3.3 電子交流電壓表的主要類型Page 424.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法（2）放Page 434.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法（3）調(diào)制式 調(diào)制式電子電壓表實(shí)際上仍然屬于檢波-放大式類型。在這種方式中，為了減小直流放大器的零點(diǎn)漂移對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，采用調(diào)制式放大器替代，即先將微弱的直流電壓信號(hào)經(jīng)調(diào)制器變換為低頻的交流信號(hào)，由交流放大器進(jìn)行放大，然后經(jīng)解調(diào)器還原為直流電壓信號(hào)（幅度已得到了放大），最后送電表顯示。4.3.3 電子交流電壓表的主要類型Page 434.3

27、交流電壓的量值和測(cè)量方法（3）調(diào)Page 444.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法（4）外差式 檢波-放大式電壓表雖然頻率范圍較寬，但檢波二極管的非線性限制了它的靈敏度；而放大-檢波式電壓表，雖然靈敏度可以提高，但頻率范圍較窄。外差式電壓測(cè)量法主要用于解決了靈敏度和頻率范圍之間的矛盾。4.3.3 電子交流電壓表的主要類型Page 444.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法（4）外Page 454.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法 這種電壓表的輸入電路包括輸入衰減器和高頻放大器，衰減器用于大電壓測(cè)量，高頻放大器帶寬很寬，但不要求有很高的增益，被測(cè)電壓的放大主要由后面的中頻放大器完成。被測(cè)信號(hào)經(jīng)輸入電路，與本機(jī)

28、振蕩信號(hào)一起進(jìn)入混頻器，轉(zhuǎn)變成頻率固定的中頻信號(hào)，經(jīng)中頻放大器放大后，進(jìn)入檢波器轉(zhuǎn)變成直流電壓，最后送電表顯示。由于中頻放大器具有良好的頻率選擇性和固定的中頻頻率，從而解決了放大器增益帶寬的矛盾，又因?yàn)橹蓄l放大器具有極窄的帶通濾波特性，因而可以在實(shí)現(xiàn)高增益的同時(shí)，有效地抑制干擾和噪聲的影響。4.3.3 電子交流電壓表的主要類型Page 454.3 交流電壓的量值和測(cè)量方法 第四章 電壓的測(cè)量4.4 電子交流電壓表第四章 電壓的測(cè)量4.4 電子交流電壓表Page 474.4 電子交流電壓表1平均值檢波器 4.4.1 均值電壓表平均值檢波器由4只性能相同的二極管構(gòu)成橋式全波檢波（整流）電路。半橋式

29、整流等效電路為了改善整流二極管的非線性Page 474.4 電子交流電壓表1平均值檢波器 Page 484.4 電子交流電壓表2低頻均值電壓表 4.4.1 均值電壓表放大器的主要作用是放大被測(cè)電壓，提高測(cè)量靈敏度，使檢波器工作在線性區(qū)域，同時(shí)它的高輸入阻抗可以大大減小負(fù)載效應(yīng)。由于放大器頻率特性的限制，測(cè)量頻率多在1MHz以下，測(cè)量的電壓信號(hào)頻率比較低，所以這種電壓表屬于低頻交流電壓表。上述的平均值檢波電路輸入阻抗低，當(dāng)輸入信號(hào)比較小時(shí)，會(huì)出現(xiàn)非線性特性。因此，均值電壓表一般都設(shè)計(jì)成放大-檢波式的結(jié)構(gòu)。Page 484.4 電子交流電壓表2低頻均值電壓表Page 494.4 電子交流電壓表 圖

30、4-17是JB-1B型交流電壓表的未級(jí)電路原理圖，放大器后接了一個(gè)全波橋式整流器，由4只二極管D1D4組成均值檢波器，頻率測(cè)量范圍為2Hz500kHz，電壓測(cè)量范圍為50 V300 V的電壓，最小量程為1mV。圖4-17中，R1、C2組成濾波器，R2、D5為線性補(bǔ)償電路，當(dāng)信號(hào)電壓較低時(shí)，由于二極管具有非線性，因此表頭電流偏小，此時(shí)R2、D5的分流作用也減小，使表頭電流有所增加，從而起到線性補(bǔ)償作用。當(dāng)信號(hào)頻率過(guò)低（210Hz）時(shí)，阻尼開關(guān)S閉合，以避免表針擺動(dòng)。4.4.1 均值電壓表Page 494.4 電子交流電壓表 圖Page 504.4 電子交流電壓表3波形換算 電壓表的刻度是以正弦波

31、電壓的有效值定度的，而均值檢波器的輸出（即流過(guò)電流表的電流）與被測(cè)信號(hào)電壓的平均值成線性關(guān)系，因而有：4.4.1 均值電壓表 式中Ua為電壓表的指示值，為被測(cè)交流電壓的平均值，Ka稱為定度系數(shù)。由于交流電壓表是以正弦波有效值定度的，因此對(duì)于全波檢波（整流）電路構(gòu)成的均值電壓表，定度系數(shù)Ka就等于正弦信號(hào)的波形因數(shù)，即：Page 504.4 電子交流電壓表3波形換算 4.Page 514.4 電子交流電壓表 如果被測(cè)信號(hào)為正弦波，則電壓表的指示值就是被測(cè)電壓的有效值。如果被測(cè)信號(hào)是非正弦波形，那么需要進(jìn)行“波形換算”，由電壓表指示值和被測(cè)信號(hào)的具體波形推算出被測(cè)信號(hào)電壓的有效值。由波形因數(shù) KF

32、 定義可知，有效值U=KF 平均值，并可得任意波形電壓的有效值的變換公式，即：4.4.1 均值電壓表 這就是均值電壓表測(cè)量非正弦波信號(hào)電壓有效值的波形變換公式。Page 514.4 電子交流電壓表 Page 524.4 電子交流電壓表例：用全波整流均值電壓表分別測(cè)量正弦波、三角波和方波，若電壓指示值均為10V，求這些被測(cè)電壓的平均值和有效值。解：根據(jù)電壓表指示值相等，均值也相等的原理，可得三種波形的平均電壓都為：對(duì)于正弦波，由于電壓表是按正弦波有效值定度的，電壓表的指示值就是正弦波的有效值，即：U=Ua=10V 對(duì)于三角波，查表4-1知，三角波的波形因數(shù)為KF=1.15，所以三角波的有效值為：

33、VPage 524.4 電子交流電壓表例題4-5例：用全Page 534.4 電子交流電壓表 對(duì)于方波，由前表可知，方波的波形因數(shù)數(shù)KF=1，所以方波的有效值為：顯然，如果被測(cè)電壓不是正弦波形，而直接將電壓表的指示值作為被測(cè)電壓的有效值，必將帶來(lái)較大的誤差，通常稱為“波形誤差”。如果直接將電壓表的指示值Ua=10V作為其有效值，則三角波的波形誤差為：方波的波形誤差為：解：Page 534.4 電子交流電壓表例題4-5 Page 544.4 電子交流電壓表1峰值檢波器（1）串聯(lián)型峰值檢波器 圖4-18分別是串聯(lián)式峰值檢波電路和波形，圖中元件參數(shù)應(yīng)滿足RC Tmax ；RdC Tmax，因此放電非

34、常緩慢，輸出電壓Uo（即電阻R上電壓）下降很少，其值近似為ux峰值的兩倍，即Uo 2Um4.4.2 峰值電壓表Page 594.4 電子交流電壓表1、在ux的負(fù)半周Page 604.4 電子交流電壓表2高頻峰值電壓表 由于放大器頻率特性的限制，通常測(cè)量高頻信號(hào)的電壓表不采用放大-檢波式，而采用下圖的檢波-放大式。在這類檢波-放大式高頻毫伏表中，檢波器一般采用峰值檢波電路。4.4.2 峰值電壓表Page 604.4 電子交流電壓表2高頻峰值電壓表Page 614.4 電子交流電壓表 采用這種結(jié)構(gòu)，放大器放大的是檢波后的直流電壓信號(hào)，其頻率特性不會(huì)影響整個(gè)電壓表的頻率響應(yīng)。此時(shí)測(cè)量電壓的頻率范圍主

35、要取決于檢波器的頻率響應(yīng)?，F(xiàn)在的高頻電壓表都采用特殊性能的高頻檢波二極管構(gòu)成的檢波電路，并放置在屏蔽良好的探頭內(nèi)，用探頭的探針直接接觸被測(cè)點(diǎn)，這樣可以避免過(guò)長(zhǎng)輸入線的分布電容和引線電感的影響，大大地減小高頻信號(hào)在傳輸過(guò)程中的損失。在這類檢波-放大式高頻毫伏表中，檢波器一般采用峰值檢波電路。為了減小一般直流放大器零點(diǎn)漂移對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，多采用調(diào)制式直流放大器放大檢波后的直流電壓信號(hào)。4.4.2 峰值電壓表Page 614.4 電子交流電壓表 采Page 624.4 電子交流電壓表 DA36型和AS2271型超高頻毫伏表，其探頭內(nèi)裝有兩組嚴(yán)格對(duì)稱的檢波二極管，一組直接對(duì)高頻信號(hào)檢波，另一組對(duì)其進(jìn)

36、行電壓反饋，以克服二極管固有的小信號(hào)區(qū)城的非線性特性，從而提高了檢測(cè)的靈敏度。4.4.2 峰值電壓表Page 624.4 電子交流電壓表 DPage 634.4 電子交流電壓表3.波形換算 有 電壓表指示值Ua；峰值檢波器輸出電壓Uo（等于峰值電壓Um）；電壓的有效值U等于電壓表的指示值Ua 波峰因數(shù)定義為Kp=Um/U，由此可得峰值Um 和有效值U為：4.4.2 峰值電壓表 這就是峰值電壓表測(cè)量非正弦波信號(hào)電壓有效值的波形變換公式。Page 634.4 電子交流電壓表3.波形換算4.Page 644.4 電子交流電壓表例：用峰值電壓表分別測(cè)量正弦波、三角波和方波，電壓表均指在10V位置，問(wèn)三

37、種波形的被測(cè)信號(hào)的峰值和有效值各為多少？解：根據(jù)示值相等峰值也相等的原理及公式，可得三種波形的電壓峰值Um都為：因?yàn)殡妷罕砭褪且哉也ǖ挠行е刀ǘ鹊?，因此正弦波的有效值就是電壓表的指示值，即正弦波的有效值U=10V。對(duì)于三角波，根據(jù)公式和查表知 Kp=1.73，其有效值U 為：對(duì)于方波，波峰因數(shù)為Kp=1.0，其有效值U 為：Page 644.4 電子交流電壓表例題4-6例：用峰Page 654.4 電子交流電壓表 在前面已介紹了交流電壓有效值定義的數(shù)學(xué)表達(dá)式：4.4.3 有效值電壓表 由上式可知，為了獲得有效值（均方根值），必須使AC/DC變換器具有平方律關(guān)系的伏安特性。這類變換器有二極管平

38、方律檢波、分段逼近檢波、熱電變換式和模擬計(jì)算式等四種。Page 654.4 電子交流電壓表 在前Page 664.4 電子交流電壓表1二極管平方律檢波 半導(dǎo)體二極管在其正向特性的起始部分具有近似的平方律關(guān)系。4.4.3 有效值電壓表可見，通過(guò)電表的平均電流與被測(cè)電壓的有效值成正比，從而實(shí)現(xiàn)了有效值的平方律轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，靈敏度高。缺點(diǎn)是滿足平方律特性的區(qū)域（即有效值檢波的動(dòng)態(tài)范圍）過(guò)窄，特性不易控制且不穩(wěn)定，所以逐漸被晶體二極管鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)組成的分段逼近式有效值檢波器所代替。Page 664.4 電子交流電壓表1二極管平方律檢Page 674.4 電子交流電壓表 2.分段逼近檢波

39、式 下 圖是分段逼近式有效值檢波電路及其平方律伏安特性。由二極管D3D6和電阻R3R10構(gòu)成的鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于與R2并聯(lián)的可變負(fù)載。接在寬帶變壓器次級(jí)的二極管D1、D2對(duì)被測(cè)電壓進(jìn)行全波檢波。適當(dāng)調(diào)節(jié)檢波器負(fù)載，可使其伏安特性成平方律關(guān)系，而使通過(guò)電表的電流正比于被測(cè)電壓有效值的平方。4.4.3 有效值電壓表Page 674.4 電子交流電壓表 2.分段逼近檢Page 684.4 電子交流電壓表 二極管鏈?zhǔn)诫娐返墓ぷ髟硎牵哼m當(dāng)選擇直流電源E和分壓電阻R3R10的值，使U1 U2 U3 U4。當(dāng)u U1時(shí)，二極管D3D6截止，伏安特性起始部分是直線，斜率由R2決定。當(dāng)U1 u Us時(shí)，分貝值為正

40、；當(dāng)Ux 1，因此（4-35）式可簡(jiǎn)化為：上式表明，由于電阻R2的負(fù)反饋?zhàn)饔?，放大器的輸出和輸入之間呈線性關(guān)系，輸出電壓uo大小與比值R2/R1成正比，而與其它參數(shù)無(wú)關(guān)。Page 974.6 數(shù)字電壓表 設(shè)集成Page 984.6 數(shù)字電壓表 2I/V變換器 將直流電流 Ix 變換成直流電壓最簡(jiǎn)單的方法:是讓該電流流過(guò)一只標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs。根據(jù)歐姆定律，Rs上的端電壓Ux=Rs Ix，從而完成了I/V的線性轉(zhuǎn)換。為了減小Rs 對(duì)被測(cè)電路的影響，標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs 的取值應(yīng)盡可能小。4.6.3 電壓、電流、電阻轉(zhuǎn)換電路Page 984.6 數(shù)字電壓表 2I/V變換器4.Page 994.6 數(shù)字電壓表 圖

41、（a）是采用高輸入阻抗同相運(yùn)算放大器，其輸出電壓Uo與被測(cè)電流 Ix 之間滿足以下關(guān)系：4.6.3 電壓、電流、電阻轉(zhuǎn)換電路 當(dāng)被測(cè)電流較小時(shí)（Ix小于幾個(gè)毫安），采用圖4-36（b）所示的轉(zhuǎn)換電路，忽略運(yùn)放輸入端的漏電流，輸出電壓Uo與被測(cè)電流 Ix之間滿足下面的關(guān)系：上面兩式表明，運(yùn)放的輸出電壓Uo與被測(cè)電流 Ix成正比，從而實(shí)現(xiàn)了電流的I/V轉(zhuǎn)換。Page 994.6 數(shù)字電壓表 圖（a）Page 1004.6 數(shù)字電壓表 3/V變換器 實(shí)現(xiàn)/V變換的方法有多種。圖4-37是恒流法/V變換器的原理圖。圖中Rx為待測(cè)電阻，Rs為標(biāo)準(zhǔn)電阻，Us為基準(zhǔn)電壓源。該圖實(shí)質(zhì)上是由運(yùn)算放大器構(gòu)成的負(fù)反

42、饋電路，利用前面的分析方法，可以得到：4.6.3 電壓、電流、電阻轉(zhuǎn)換電路 即輸出電壓Uo與被測(cè)電阻Rx成正比，Us/Rs實(shí)質(zhì)上構(gòu)成了恒流源，改變Rs，可以改變Rx的量程。Page 1004.6 數(shù)字電壓表 3/V變換器4Page 1014.6 數(shù)字電壓表1A/D轉(zhuǎn)換的主技術(shù)參數(shù)（1）轉(zhuǎn)換精度 A/D轉(zhuǎn)換的精度用分辨力和轉(zhuǎn)換誤差表示。分辨力以輸出二進(jìn)制或十進(jìn)制位數(shù)表示，它說(shuō)明A/D轉(zhuǎn)換器能夠分辨的輸入信號(hào)最小變化量。實(shí)際上，n位的A/D轉(zhuǎn)換的功能是將基準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的滿量程電壓分為2n分，通過(guò)比較確定輸入電壓屬于哪一份。在這一過(guò)程中，必定會(huì)引入誤差，即轉(zhuǎn)換誤差。例如，8位A/D轉(zhuǎn)換器的最小分辨電壓為5

43、V/256=19.5 mV，10位A/D轉(zhuǎn)換器的最小分辨電壓為5V/1024=4.9 mV，12位A/D轉(zhuǎn)換器的最小分辨電壓為5V/4096=1.24 mV。這表明，A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越高，分辨力越高，轉(zhuǎn)換誤差越小。4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器Page 1014.6 數(shù)字電壓表1A/D轉(zhuǎn)換的主技Page 1024.6 數(shù)字電壓表（2）轉(zhuǎn)換時(shí)間 轉(zhuǎn)換時(shí)間是指A/D轉(zhuǎn)換從啟動(dòng)信號(hào)到轉(zhuǎn)換完成，數(shù)據(jù)穩(wěn)定輸出所需要的時(shí)間。不同方式的A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間差別很大，逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間通常很短，而積分型A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間則比較長(zhǎng)。（3）轉(zhuǎn)換線性度 輸入電壓與輸出數(shù)碼之間理想的傳遞關(guān)系應(yīng)該是線性

44、對(duì)應(yīng)的。但是，實(shí)際的A/D轉(zhuǎn)換器的傳遞關(guān)系總是或多或少存在非線性。轉(zhuǎn)換線性度通常用非線性誤差表示，即由于非線性的傳遞關(guān)系使輸出數(shù)碼具有的最大誤差。4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器Page 1024.6 數(shù)字電壓表（2）轉(zhuǎn)換時(shí)間4.Page 1034.6 數(shù)字電壓表2.逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器Page 1034.6 數(shù)字電壓表2.逐次比較型A/Page 1044.6 數(shù)字電壓表 如圖4-38所示，逐次比較型A/D變換器主要包括比較器、控制電路、逐次逼近寄存器SAR、緩沖寄存器、基準(zhǔn)電壓源、譯碼顯示電路和數(shù)/模（D/A）變換器等。比較器利用特殊設(shè)計(jì)的高速高增益

45、運(yùn)算放大器來(lái)完成輸入端兩個(gè)電壓的比較運(yùn)算。在圖4-38中，被測(cè)模擬輸入電壓Ux和反饋電壓Uo分別作用在比較器的兩個(gè)輸入端，若Uo Ux，則比較器輸出Qc=0（邏輯低電平），若Uo Ux，則Qc=1（邏輯高電平）。4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器Page 1044.6 數(shù)字電壓表 如圖4Page 1054.6 數(shù)字電壓表 控制電路發(fā)出一系列的節(jié)拍脈沖，并根據(jù)Qc值控制逐次逼近寄存器SAR各位的輸出狀態(tài)。SAR是一組雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，如果是二進(jìn)制n位A/D轉(zhuǎn)換，則SAR中有n個(gè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，各位的輸出由控制電路控制，SAR的輸出數(shù)碼分兩輸出，一路送緩沖寄存器鎖存，另一路送D/A變換器，將數(shù)字量轉(zhuǎn)換

46、為模擬量Uo。D/A變換器包括基準(zhǔn)電壓源、電子開關(guān)和分壓分流電路組成的解碼網(wǎng)絡(luò)，其功能是將二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器Page 1054.6 數(shù)字電壓表 控制Page 1064.6 數(shù)字電壓表 逐次比較型A/D的轉(zhuǎn)換過(guò)程類似于天秤稱質(zhì)量的過(guò)程。它利用對(duì)分搜索的原理，依次按二進(jìn)制遞減規(guī)律變小，從數(shù)碼的最高位開始，逐次比較到最低位，使圖4-38中的反饋電壓Uo逐次接近被測(cè)輸入電壓Ux?，F(xiàn)以一個(gè)簡(jiǎn)單的3比特（即3位二進(jìn)制）逐次比較的過(guò)程說(shuō)明其工作原理。設(shè)基準(zhǔn)電壓Us=8V，被測(cè)輸入電壓Ux=5V，3比特逐次逼近寄存器SAR的輸出為Q2Q1Q0?？刂齐娐肥紫戎肧AR的

47、輸出為Q2Q1Q0=100，即從最高位開始比較。100經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成Uo=Us/2=4V，加至比較器的反饋輸入端，因?yàn)閁o Ux，比較器輸出Qc=1，使SAR的Q2維持“1”。4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器Page 1064.6 數(shù)字電壓表 逐Page 1074.6 數(shù)字電壓表 在此基礎(chǔ)上再令Q1=1，這時(shí)Q2Q1Q0=110，加至D/A，其輸出Uo=6V，因?yàn)檫@時(shí)Uo Ux，比較器輸出Qc=0，所以將SAR的Q1=1改為Q1=0。接著再令Q0=1，即Q2Q1Q0=101，加至D/A，這時(shí)Uo=5V，因?yàn)閁o Ux，比較器輸出Qc=1，Q0維持“1”。至此，三位碼都已順序加過(guò)，轉(zhuǎn)換結(jié)束。

48、最終SAR的輸出為Q2Q1Q0=101，即為被測(cè)輸入電壓Ux的數(shù)字碼，經(jīng)緩沖寄存器送至譯碼電路，顯示出十進(jìn)制數(shù)5V。4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器Page 1074.6 數(shù)字電壓表 在此基Page 1084.6 數(shù)字電壓表3.雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器 圖4-39和圖4-40分別是雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的組成框圖和工作原理圖。下面對(duì)照這兩幅圖來(lái)介紹雙積分型A/D轉(zhuǎn)換的工作過(guò)程。4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器Page 1084.6 數(shù)字電壓表3.雙積分型A/DPage 1094.6 數(shù)字電壓表4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器Page 1094.6 數(shù)字電壓表4.6.4 數(shù)Page 110

49、4.6 數(shù)字電壓表整個(gè)A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程分三個(gè)階段：（1）準(zhǔn)備階段（t0t1）：控制邏輯發(fā)出控制信號(hào)，使開關(guān)S4閉合，積分器輸入端接地。（2）取樣階段（t1t2）：在t1時(shí)刻，控制邏輯發(fā)出取樣指令，接通S1，斷開S2S4，被測(cè)電壓信號(hào)-Ux（設(shè)為負(fù)值）經(jīng)過(guò)S1加到積分器輸入端，積分器輸出電壓Uo線性上升。此時(shí)積分器的輸出電壓達(dá)到最大值Uom，即：4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器Page 1104.6 數(shù)字電壓表整個(gè)A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程分Page 1114.6 數(shù)字電壓表（3）比較階段（t2t3）：在取樣結(jié)束，計(jì)數(shù)器復(fù)零時(shí)，控制邏輯斷開S1，接通正基準(zhǔn)電壓+Us，送到積分器進(jìn)行反向積分，輸出電壓Uo線

50、性下降。與此同時(shí)，計(jì)數(shù)器從零開始進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。在比較階段，積分器的輸出電壓Uo為：4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器 當(dāng)?shù)竭_(dá)t3時(shí)刻時(shí)，過(guò)零比較器由高電平跳到低電平，計(jì)數(shù)閘門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，積分器輸出電壓Uo=0，即：Page 1114.6 數(shù)字電壓表（3）比較階段（t2Page 1124.6 數(shù)字電壓表 設(shè)此時(shí)的計(jì)數(shù)值為N2，反向積分時(shí)間為T2=t3t2=N2 T0（見圖4-40）。由上式可得：4.6.4 數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器 由（4-40）式和（4-41）式可得：從而得到了被測(cè)電壓值Ux。適當(dāng)選擇時(shí)鐘周期T0和取樣時(shí)間，可以使計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值直接對(duì)應(yīng)被測(cè)電壓值。如果被測(cè)電壓為正U

51、x，則在比較開始時(shí)將基準(zhǔn)電壓-Us接入。Page 1124.6 數(shù)字電壓表 Page 1134.6 數(shù)字電壓表（1）測(cè)量范圍：基本量程一般為1V或10 V，也有2V或5V的。通常術(shù)語(yǔ)中，3位（三位半）、4位（四位半）、中的1/2位是指最高位只能顯示“1”或“0”，而不能像其它位那樣可取09中的任一數(shù)碼。對(duì)于3位、4位、5位的DVM，它們的最大顯示數(shù)分別為1999、19999、199999、。（2）分辨力：分辨力是指DVM能夠顯示被測(cè)電壓的最小變化值，即最小量程時(shí)顯示器末位跳變一個(gè)字所需的最小輸入電壓。DVM的分辨力等于最小量程電壓除以最大顯示數(shù)。4.6.5 數(shù)字電壓表的主要性能指標(biāo)Page 1

52、134.6 數(shù)字電壓表（1）測(cè)量范圍：4.Page 1144.6 數(shù)字電壓表（3）測(cè)量速度：測(cè)量速度是指每秒鐘能完成的測(cè)量次數(shù)，它主要取決于DVM所使用的A/D轉(zhuǎn)換電路。雙積分型DVM的速度一般在每秒幾次到每秒幾百次之間；逐次比較型DVM的速度很高，可達(dá)每秒100萬(wàn)次以上。（4）工作頻率：工作頻率一般為40400Hz，個(gè)別可達(dá)1kHz。工作頻率主要受儀表輸入電容、表筆引線分布電容和AC/DC轉(zhuǎn)換電路的限制。（5）輸入阻抗：在直流測(cè)量時(shí)，DVM輸入阻抗用輸入電阻Ri表示，量程不一樣，Ri也有差別，大體在101000 M之間。4.6.5 數(shù)字電壓表的主要性能指標(biāo)Page 1144.6 數(shù)字電壓表（

53、3）測(cè)量速度：4.Page 1154.6 數(shù)字電壓表（6）抗干擾能力：DVM采用共模抑制比和串模抑制比來(lái)表示抗干擾能力，一般要求共模抑制比為80150dB，串模抑制比為5090dB。（7）固有誤差或工作誤差：DVM的固有誤差通常用絕對(duì)誤差表示，它有兩種表示形式：4.6.5 數(shù)字電壓表的主要性能指標(biāo)其中Ux為測(cè)量示值，Um為該量程的滿度值，aUx稱為讀數(shù)誤差；bUm稱為滿度誤差，它與被測(cè)電壓大小無(wú)關(guān)，而與所取量程有關(guān)。當(dāng)量程選定后，顯示結(jié)果末位1個(gè)字所代表的電壓值也就一定，因此滿度誤差也可用正負(fù)幾個(gè)字表示。Page 1154.6 數(shù)字電壓表（6）抗干擾能力：4Page 1164.6 數(shù)字電壓表例

54、：某直流數(shù)字電壓表的基本量程8V檔的固有誤差為 0.005Um，最大顯示數(shù)為79999，問(wèn)滿度誤差相當(dāng)于幾個(gè)字？解：8V量程的滿度誤差為 0.005Um ，該量程每個(gè)字所代表的電壓值為79999所以8V檔上的滿度誤差0.005Um也可以用 4個(gè)字表示。Page 1164.6 數(shù)字電壓表例題4-11例：某直Page 1174.6 數(shù)字電壓表例：用四位半SX1842DVM測(cè)量1.5V電壓，分別用2V檔和200V檔測(cè)量，已知2V檔和200V檔固有誤差分別為0.025Ux1個(gè)字和0.03 Ux1個(gè)字。分別求兩種情況下由固有誤差引起的測(cè)量誤差。解：該DVM為四位半顯示，最大顯示數(shù)為19999，所以2V檔

55、和200V檔1個(gè)字代表的電壓分別為：用2V檔測(cè)量時(shí)的示值相對(duì)誤差為用200V檔測(cè)量時(shí)的示值相對(duì)誤差為Page 1174.6 數(shù)字電壓表例題4-12例：用四第四章 電壓的測(cè)量4.7 互感器和電位差計(jì)第四章 電壓的測(cè)量4.7 互感器和電位差計(jì)Page 1194.7 互感器和電位差計(jì) 1互感器的用途 測(cè)量用互感器分：電壓互感器和電流互感器兩種，其原理和結(jié)構(gòu)與一般小型變壓器相同，利用它與交流儀表配合，可達(dá)到擴(kuò)大儀表量程的目的，而且還有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）互感器可以隔離高壓 互感器二次繞組電壓較低，一次繞組與二次繞組之間通過(guò)電磁感應(yīng)耦合。當(dāng)用于測(cè)量高壓電路的電壓或電流時(shí)，一次繞組與被測(cè)電路相連，二次繞組接儀

56、表，這就使儀表和操作人員與高壓電路隔離開來(lái)。從而可以降低儀表絕緣的要求，同時(shí)也保證了操作人員的安全。4.7.1 電壓互感器和電流互感器Page 1194.7 互感器和電位差計(jì) 1互感器的Page 1204.7 互感器和電位差計(jì)（2）可以降低表耗功率 與分流器、附加電阻的擴(kuò)程辦法相比，互感器擴(kuò)程可以大大降低儀表消耗的功率。例如，20mA表頭配上附加電阻后用來(lái)測(cè)量110kV電壓，其表耗功率達(dá)2.2kW。如果采用了110kV：100V的互感器，表耗功率僅為2W。實(shí)際上，因安全和絕緣原因，測(cè)量高電壓不能用附加電阻這種辦法。（3）可以節(jié)省設(shè)備費(fèi)用 一個(gè)互感器可以同時(shí)接入幾種儀表。例如可同時(shí)接一個(gè)電壓表、

57、一個(gè)功率表的電壓線圈和一個(gè)電能表的電壓線圈。相反分流器和附加電阻卻不能共用，每一臺(tái)儀表需要配上自己的分流器和附加電阻，所以采用互感器的設(shè)備費(fèi)用較低。4.7.1 電壓互感器和電流互感器Page 1204.7 互感器和電位差計(jì)（2）可以降低Page 1214.7 互感器和電位差計(jì)（4）可以做到一表多用 同一量程的儀表配上不同的量程互感器，可以擴(kuò)展儀表測(cè)定的范圍，充分發(fā)揮儀表的利用率。對(duì)于生產(chǎn)廠來(lái)講，同一量程儀表配上不同的刻度的互感器，就成為不同量程的儀表，這有利于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化。常用電流表的標(biāo)準(zhǔn)量程為5A，電壓表的標(biāo)準(zhǔn)量程為100V。4.7.1 電壓互感器和電流互感器Page 1214.7 互感器和電

58、位差計(jì)（4）可以做到Page 1224.7 互感器和電位差計(jì)2互感器的工作原理（1）電壓互感器 變壓比 KU 可以表示為：4.7.1 電壓互感器和電流互感器 可見，一次繞組的被測(cè)高電壓U1等于二次繞組的電壓表讀數(shù)U2 乘以變壓比 KU。也有的電壓表刻度值已經(jīng)乘上KU，所以電表刻度上讀出的數(shù)據(jù)就是被測(cè)電壓U1。因此，利用電壓互感器，可以通過(guò)測(cè)量二次繞組的低電壓來(lái)反映一次繞組的高電壓。Page 1224.7 互感器和電位差計(jì)2互感器的工Page 1234.7 互感器和電位差計(jì)（2）電流互感器：變流比 KI為：4.7.1 電壓互感器和電流互感器 上式表明，一次繞組中的被測(cè)電流I1等于二次繞組的電流表

59、讀數(shù)I2乘以變流比 KI。有的電流表刻度值已經(jīng)乘上KI，那么即可直接讀出一次繞組的電流 I1。因此，可以通過(guò)測(cè)量二次繞組的小電流來(lái)反映一次繞組的大電流。Page 1234.7 互感器和電位差計(jì)（2）電流互感Page 1244.7 互感器和電位差計(jì)3互感器的使用（1）使用時(shí)應(yīng)該注意，電壓互感器不允許短路，所以電壓互感器都接有熔斷器；且電流互感器不允許開路。（2）互感器二次繞組的一端必須接地，防止互感器絕緣損壞時(shí)，一次繞組的高壓串入二次繞組的低壓側(cè)，造成設(shè)備和人身事故。（3）互感器銘牌一般都標(biāo)有額定功率、額定變比、準(zhǔn)確度等級(jí)，使用時(shí)要選擇功率相當(dāng)?shù)幕ジ衅?。?）凡是電壓表或電流表上注有外附互感器的

60、標(biāo)注時(shí)，要注意這些儀表要與互感器配套使用。4.7.1 電壓互感器和電流互感器Page 1244.7 互感器和電位差計(jì)3互感器的使Page 1254.7 互感器和電位差計(jì) 直流電位差計(jì)是利用直流補(bǔ)償原理制成的一種儀器，所謂補(bǔ)償法也是一種比較測(cè)量法，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度比較高，廣泛用于精密測(cè)量領(lǐng)域，以及高準(zhǔn)確度指示儀表的檢定和校準(zhǔn)。它除了可以測(cè)量電壓之外，還可以測(cè)量電流、電阻、電功率。許多非電量也可以通過(guò)變換器轉(zhuǎn)換為電壓，然后用電位差計(jì)進(jìn)行測(cè)量。4.7.2 直流電位差計(jì)Page 1254.7 互感器和電位差計(jì) Page 1264.7 互感器和電位差計(jì) 圖4-43是直流電位差計(jì)的電路原理，它可以分為、三

61、個(gè)回路?；芈贩Q為工作電流回路，包括輔助電源E，調(diào)節(jié)工作電流用的可變電阻R、測(cè)量電阻Ra和校準(zhǔn)電阻Rs。工作回路主要任務(wù)是提供一個(gè)穩(wěn)定的工作電流，使電阻Ra和Rs4.7.2 直流電位差計(jì)能得到一個(gè)穩(wěn)定的壓降?；芈?I稱為校準(zhǔn)回路，其中的標(biāo)準(zhǔn)電池Es用來(lái)校準(zhǔn)工作電流，即當(dāng)開關(guān)S合向 I 時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)R，改變回路的工作電流 I，從而改變Rs上的壓降。Page 1264.7 互感器和電位差計(jì) Page 1274.7 互感器和電位差計(jì) 當(dāng)檢流計(jì)指示為零時(shí)，說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)Es與工作電流在Rs上的電壓降IRs相等，即Es=IRs。4.7.2 直流電位差計(jì) 回路稱為測(cè)量回路，當(dāng)開關(guān)S合向時(shí)，調(diào)節(jié)測(cè)量電阻

62、 Ra，以改變Ra 左邊a、b之間的壓降Uab（此時(shí)不能再調(diào)節(jié)R，否則工作電流將發(fā)生變化）。若檢流計(jì)指示為零，則表明在測(cè)量回路中的被測(cè)電壓Ex與工作電流在Ra上的壓降Uab相等，Uab稱為補(bǔ)償電壓。式中Rab是Ra左邊a、b之間的電阻，它是測(cè)量電阻Ra的一部分，稱為補(bǔ)償電阻。當(dāng)調(diào)節(jié)Ra4時(shí)，可以從度盤上直接讀出Rab值。若 I 已經(jīng)調(diào)定為已知，就可以從Rab值求出Ex值。Page 1274.7 互感器和電位差計(jì) Page 1284.7 互感器和電位差計(jì) 從上述的測(cè)量原理可以看出，電位差計(jì)具有兩個(gè)特點(diǎn)：（1）電位差計(jì)的平衡是利用電動(dòng)勢(shì)互相補(bǔ)償?shù)脑恚虼似胶鈺r(shí)，測(cè)量回路不從Ex中獲取電流，從而消除被測(cè)電源Ex的內(nèi)阻、導(dǎo)線電阻、接觸電阻對(duì)測(cè)量的影響。校準(zhǔn)回路也一樣，不從標(biāo)準(zhǔn)電池吸取電流，保持了標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)的穩(wěn)定。（2）被測(cè)電壓值由上式?jīng)Q定，式中的Es是標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)，由于標(biāo)準(zhǔn)電池的性能穩(wěn)定，它的電動(dòng)勢(shì)保證有較高的準(zhǔn)確度，式中Rab和Rs可以用準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度較高的電阻，所以電位差計(jì)的準(zhǔn)確度可達(dá)0.001。4.7.2 直流電位差計(jì)Page 1284.7 互感器和電位差計(jì)