电子测量仪器版肖晓萍主编二PPT课件

.,1,2.1概述2.1.1电压测量对仪表的基本要求2.1.2电压测量仪器的分类2.1.3交流电压的基本参数2.2模拟式交流电压表2.2.1峰值电压表2.2.2均值电压表2.2.3有效值电压表,.,2,2.3数字电压表（DVM）2.3.1DVM的主要技术指标2.3.2DVM的组成和原理2.4数字多用表（DMM）2.5电压表的使用方法2.5.1电压表的选择与使用2.5.2电压表的使用注意事项,.,3,2.1概述,电压是表征电信号能量的三个基本参数（电压、电流、功率）之一。电路的工作状态如谐振、平衡、截止、饱和以及工作点的动态范围；电子设备的控制信号、反馈信号及其他信号；电路中电流和功率、信号的调幅度、波形的非线形失真系数、元件的Q值、网络的频率特性和通频带以及设备的灵敏度等其他参数，都可以通过电压测量获得量值。电子电路对测量电压所需仪表的要求：频率范围宽；测量电压范围广；信号波形种类多；具有足够高的输入阻抗；测量准确度要求高；干扰严重等。,2.1.1电压测量对仪表的基本要求,.,4,2.1.2电压测量仪器的分类,1.模拟式电压表（1）按工作频率分类超低频（10Hz以下）、低频（1MHz以下）、视频（30MHz以下）、高频（或射频）（300MHz以下）和超高频（300MHz以上）电压表。（2）按测量电压量级分类电压表（基本量程为V量级）、毫伏表（基本量程为mV量级）。（3）按电压测量准确度等级分类0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0和10.0等级。（4）按刻度特性分类线性刻度、对数刻度、指数刻度和非线性刻度。（5）按电路组成不同分类放大检波式、检波放大式、调制式、外差式和热电转换式。还可以按检波原理分为平均值型、峰值型、有效值型电压表。,.,5,2.数字式电压表（DVM）数字式电压表一般按功能分为直流数字电压表和交流数字电压表。直流数字电压表按A/D（模拟/数字）转换器的转换方式分为比较型、积分型和复合型。交流数字电压表按AC/DC（交流/直流）变换原理分为峰值型、平均值型和有效值型交流数字电压表。,2.1.3交流电压的基本参数,1.峰值Up图2.1（a）正峰值Up+、负峰值Up-；图2.1（b）幅值或振幅Um。,图2.1,.,6,图2.2,平均值常指交流电压检波（也称整流）以后的平均值，有半波整流平均值（简称半波平均值）和全波整流平均值（简称全波平均值）。全波平均值定义：,2.平均值数学定义：,（a）未检波前的电压波形,（b）半波整流后的波形,（c）全波整流后的波形,.,7,3.有效值定义为：,电压有效值有时也可写作Urms(真有效值)。4.波形因数和波峰因数波形因数（或波形系数）交流电压的有效值与平均值之比。,波峰因数（或波峰系数）交流电压的峰值与有效值之比。,返回,.,8,2.2模拟式交流电压表,2.2.1峰值电压表在图2.3所示的检波-放大式高频毫伏表中，检波器多采用峰值型，频率上限可达1000MHz，即1GHz。,图2.3检波-放大式电压表方框图,图2.4串联峰值检波器原理电路,（1）串联峰值检波器,.,9,（2）双峰值检波器,2.误差分析理论误差频率误差低频误差,“频率特性误差”（也称频率影响误差）fx电压表在工作范围内各频率点的电压值相对于基准频率的电压值的误差：,式中：Ufo为基准频率上被测电压示值，Ufx为其它频率上被测电压示值。,图2.5双峰值检波电路,.,10,(3)波形误差对于规则的非正弦波，将电压表示值作为其有效值会带来波形误差。3.波形换算(1)定度系数U=kUP,(2)波形换算对于单峰值电压表：,有效值,2.2.2均值电压表,均值电压表一般采用放大一检波式电路，检波器多为平均值检波器。,.,11,1.平均值检波器原理被测电压整流平均值：,图2.7（a）桥式全波整流电路（b）为半桥式整流电路（c）等效电路,2.波形换算,被测信号的平均值：,被测信号的有效值：U=0.9KFU,.,12,1.分段逼近式检波器,3.均值检波器误差均值电压表的误差包括：直流微安表本身的误差；检波二极管老化、变质不对称带来的误差；超过频率范围时二极管分布参数带来的误差（频率误差）；波形误差。,2.2.3有效值电压表,图2.10分段逼近式有效值检波电路,.,13,3.模拟计算式电压表,图2.13,2.热电偶式电压表,图2.11热电偶式电压表,返回,.,14,2.3数字电压表（DVM）,2.3.1DVM的主要技术指标1.测量范围包括显示位数、量程和超量程能力。（1）DVM的基本量程常为1V或10V，也有2V或5V。（2）DVM的显示位数是指能显示09共十个数码的位数。3、4或5（三位半、四位半、五位半）中的位，指最高位只能取“1”或“0”。例如4DVM指数字电压表的最大显示为19999。位和基本量程结合起来，能说明DVM有无超量程能力。例如：某3位DVM基本量程为1V，那么该DVM具有超量程能力,因为在1V挡上，它的最大显示为1.999V。而对于基本量程为2V的DVM，它就不具备超量程能力，因为它在2V挡上的最大显示仍是1.999V。,.,15,例如：被测电压13.04V,如果使用无超量程能力的3位DVM，则须使用100V量程挡，显示13.0V；如果使用有超量程能力的三位DVM，即3位DVM，则仍可使用10V挡测量，显示结果为13.04V。最高位只能取05的位称为位。5位DVM指数字电压表的最大显示为599999。2.分辨力指DVM能够显示被测电压的最小变化值，即最小量程时显示器末位跳一个字所需的最小输入电压。例如SX1842DVM最小量程20mV，最大显示数为19999V，所以其分辨力为20mV/19999，即1V。3.测量速度指每秒都能完成的测量次数，主要取决于DVM所用的A/D转换器。,.,16,4.输入阻抗直流测量时,DVM输入阻抗Ri在10M1000M之间。交流测量时,DVM输入阻抗用RiCi表示，Ci一般在几十几百pF之间。5.固有误差和工作误差,6.抗干扰能力DVM的灵敏度很高，一般串模干扰抑制比可达5090dB，共模干扰抑制比可达80150dB。7.输入零电流指未加入信号时，DVM输入端短路时产生的电流。,.,17,图2.142.数字电压表（DVM）的分类根据A/D转换器的基本原理不同可分为比较型、积分型和复合型DVM。3.数字电压表（DVM）的工作原理（1）逐次逼近比较式（又称为反馈编码式DVM）包括：比较器、D/A变换器、数码寄存器（SAR）、基准源、控制部分,2.3.2DVM的组成和原理,1.数字电压表（DVM）的组成,.,18,图2.15逐次逼近比较式,图2.16逐次逼近比较过程,工作过程举例：设被测电压Ux=1893mV，则电路完成一次A/D变换的比较程序如图2.16。,.,19,（2）双积分型,图2.17双积分数字电压表,图2.18双积分A/D变换原理,.,20,工作过程分为：（1）准备阶段（t0t1）：（2）取样阶段（t1t2）：（3）比较阶段（t2t3）：在t3时刻，Uo=0，被测电压Ux：,返回,.,21,2.4数字多用表（DMM）,数字多用表能测量直流电压、交流电压、交直流电流和电阻以及信号频率、电容器容量及电路的通断等。,图2.19数字多用表组成方框图,.,22,1.线性AC/DC变换器,图2.20线性平均值AC/DC变换器,解得：,一般k1（通常k在105108之间），则：,.,23,2.I/V变换器,图2.21I/V变换器电原理图,Uo=（1+R2/R1）RsIx,Uo=-RsIx,3./V变换器,图2.22恒流法/V变换器原理图Uo=-RxUs/Rs,返回,.,24,2.5电压表的使用方法,电源（POWER）开关显示窗口机械调零电位器量程旋钮输入（INPUT）端口方式开关（MODE）,2.5.1电压表的选择与使用(1)主要技术指标(2)面板构造,图2-23YB2173交流毫伏表的前面板配置图,(3)操作方法,.,25,(1)主要技术指标(2)面板构造电源开关LCD显示器hFE测试插座功能和量程转换开关10A电流测试插口电压和电阻测试插口公共插口电流测试插口电容测试插口(3)使用方法,图2-24DT890B+数字万用表的面板,2.DT890B+数字万用表,.,26,使用数字电压表或数字多用表时应注意以下几点：（1）使用前认真阅读使用说明书，熟悉面板上各开关、按键、插孔、旋钮等功能及操作方法。（2）DMM在开始测量时会出现跳数现象，应等显示值稳定后再读数，否则会有误差。（3）使用时要防止出现操作上的失误(例如误用电流挡去测量电压),以免打坏仪表。在测量前，必须仔细核对量程开关或按键位置，检查无误后才能实际测量。（4）不允许在高温度(40)或低温度（80%）等恶劣条件下使用和存放数字电压表和数字多用表，以免损坏液晶显示器和其它部件。（5）测量交流电压时，应当用黑表笔（COM端）去接触被测电压接近0电位端（仪表公共接地点或机壳）以消除仪表对地分布电容的影响，减少误差。,2.5.2电压表的使用注意事项,.,27,（6）严禁在被测电路带电情况下测量电阻，决不允许测量电源的内阻，会烧坏仪表。（7）严禁在测量高压（220V以上）或大电流（0.5A以上）时拨动量程开关，防止触点产生电弧，烧坏开关触点。（8）在电阻挡，检测二极管、检查线路通、断时，红表笔接“V、”插孔，带正电；