电子测量六、七-修改

1、电电子子测测量六、七量六、七2.2.电压测量的特点电压测量的特点电压测量的特点就对电压测量的主要仪器电压表的性能，提出了相应的要求，这些主要包括下面几个方面。这些主要包括下面几个方面。 请注意这几个方面，测量电压时需考虑请注意这几个方面，测量电压时需考虑二、电压测量仪器的分类二、电压测量仪器的分类 常见的测量电压的仪器是电压表和示波器。电压测量仪器可分为： 1按显示方式分类按显示方式分类 电压测量仪器主要指各类电压表。在一般工频(50Hz)和要求不高的低频(低于几十 kHz)测量时。可使用一般万用表电压档，其他情况大都使用电子电压表。按显示方式不同，电子电压表分为模拟式电子电压表和数字式电子电

2、压表。 前者以模拟式电表显示测量结果，后者用数字显示器显示测量结果。模拟式电压表准确度和分辨力不及数字式电压表，但由于结构相对简单，价格较为便宜，频率范围也宽，另外在某些场合，并不需要准确测量电 压的真实大小，而只需要知道电压大小的范围或变化趋势，例如作为零示器或者谐振电路调谐时峰值、谷值的观测，此时用模拟式电压表反而更为直观。数字式电压表的优点表现在：测量准确度高，测量速度快，输入阻抗大，过载能力强，抗干扰能力和分辨率优于模拟电压表。2模拟式电压表分类模拟式电压表分类(1)按测量功能分类按测量功能分类 分为直流电压表、交流电压表和脉冲电压表。其中脉冲电压表主要用于测量脉冲间隔很长(即占空系数

3、很小)的脉冲信号和单脉冲信号，一般情况下脉冲电压的测量已逐渐被示波器测量所取代。(2)按工作频段分类按工作频段分类 可分为超低频电压表(低于10Hz)、低频电压表(低于1 MHz)、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)。(3)按测量电压量级分类按测量电压量级分类 分为电压表和毫伏表。电压表的主量程为V(伏)量级，毫伏表的主量程mV(毫伏)量级。主量程是指不加分压器或外加前置放大器时电压表的量程。(4)按电压测量准确度等级分类按电压测量准确度等级分类 分为0.05 、 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0和10.0

4、等级，其满度相对误差分别为0.05、0.1、10.0。(5)按刻度特性分类按刻度特性分类 可分为线性刻度、对数刻度、指数刻度和其他非线性刻度。此外，还可以按测量原理分类。这将在交流电压测量中介绍。按现行国家标准，模拟电压表的主要技术指标有固有误差、电压范围、频率范围、频率特性误差、输入阻抗、峰值因数(波峰因数)、等效输入噪声、零点漂移等共19项。3数字式电压表数字式电压表 数字式电压表目前尚无统一的分类标准。一般按测量功能分为直流数字电压表和交流数字电压表。交流数字电压表按其ACDC变换原理分为峰值交流数字电压表、平均值交流数字电压表和有效值交流数字电压表。 数字式电压表的技术指标较多，包括准

5、确度、基本误差、工作误差、分辨力、读数稳定度、输入阻抗、输入零电流、带宽、串模干扰抑制比(SMR)、共模干扰抑制比(CMR) 、波峰因数等30项指标。（1）量程数字电压表一般有好几个量程，量程的改变通常由电压表的步进衰减器与输入放大器的适当配合来实现。信号未经衰减器衰减和放大器放大的量程称为基本量程，基本量程的测量误差最小。量程变换有手动变换和自动变换两种，自动变换借助于内部逻辑控制电路来实现。（2）显示位数数字电压表中能显示09十个数码的数位称为满位，否则，称为半位或1/2位。例如，最大显示数字为9.999的称为4位数字电压表；最大显示数字为19.999的称为 位数字电压表。最大显示数字为3

6、9.999的称为 位数字电压表，因为39.999的214434三、DVM主要技术指标左边第一位可以显示的数字为03共4个数字，但可以作为有效数字的只有1、2、3共3个数字，而满位位数为4，故称之为 位数字电压表。最大显示数字为11.999的也称为 位数字电压表，因为由于量程限制等原因，虽然左边第二位在显示最大数字时只能显示为1，但在其他情况下也可以显示09这十个数字，该位仍为满位，而左边第一位则可以显示01共2个数字，故仍称之为 位数字电压表。最大显示数字为19.999、39.999、11.999的数字电压表统称为4位半数字电压表。 （3）超量程能力 超量程能力是指数字电压表在一个量程上所能测

7、量的最大电压超出量程值的能力，是数字电压表的一个重要指标。数字434214214电压表有无超量程能力，要根据它的量程分挡情况以及能够显示的最大数字情况来决定，其计算式如下： 例如，最大显示数字分别为9.999、19.999、5.999、11.999，对应量程分别为10V、20V、5V、10V的数字电压表的超量程能力分别为0%、0%、20%、20%。 有了超量程能力，在有些情况下可以提高测量精度，例如被测电压为10.001V，若采用不具有超量程能力的4位DVM10V挡测量，读数为9.999V；用100V挡测量，读数为10.00V，这样就丢掉了0.001V的信息。若改用有超量程能力的四位半DVM1

8、0V挡测量，均可读出10.001V，显然提高了精度。%100量程值量程值）（能测量出的最大电压超量程能力2.分辨力分辨力分辨力即灵敏度，是指数字电压表能够反映出的被测电压最小变化值，实际上就等于所选量程最右边数字的一个单位，即末尾的“1”表示出的电压值。不同量程的分辨力不同，最小量程的分辨力最高。通常以最小量程的分辨力作为数字电压表的分辨力。例如，4位DVM在1V、10V量程上的分辨力分别为0.0001V、0.001V，则DVM的分辨力为0.0001V。这是因为，4位DVM的最大显示数字为9999，量程为1V、10V时，可以判断出满量程时的显示数字应分别为“.9999”、“9.999”，根据定

9、义即可判断出上述分辨力的大小。 3.测量误差测量误差 数字电压表的测量误差通常以它的固有误差或工作误差来表示，属于允许误差。数字电压表的固有误差一般采用以下两种表示方法： U=(%Ux+%Um) 或 U=%Uxn字式中，Ux为被测电压读数值；Um为数字电压表量程满度值；%Ux称为读数误差，随被测电压的变化而变化；、称为相对项系数、固定项系数；%Um=n字，称为满度误差。 量程确定后，满度误差为固定值，可用n字来表示，n字等于满度误差与末尾数字1个单位电压（即分辨力）的比值。例例 某5位DVM在5V量程测得电压为2V，已知5V量程的固有误差计算式为U=(0.005%Ux+0.004%Um)，试求

10、DVM的固有误差、读数误差和满度误差各是多少？满度误差相当于几个字？ 解：解：因为DVM位数为5，且量程为5V，所以电压表末尾1个单位为0.0001V。读数误差为：0.005%Ux=0.005%2V=0.0001V满度误差为：0.004%Um=0.004%5V=0.0002V满度误差相当于：固有误差：（0.0001V+0.0002V）=0.0003V答：（略）字2V0001. 0V0002. 04. 输入电阻和输入零电流输入电阻和输入零电流数字电压表的输入电阻一般不小于10M，可达1G，一般情况下基本量程的输入电阻最高。为了提高数字电压表的输入阻抗而用场效应管等有源器件构成电压表的输入电路，故

11、当电压表输入端短路时，测试线上会有电流通过，该电流称为输入零电流或输入偏置电流。测量电压时该电流是始终存在的，应尽量减小输入零电流。5.抗干扰能力抗干扰能力数字电压表的抗干扰能力较强，通常用串模干扰抑制比和共模干扰抑制比来表示，干扰抑制比的数值越大，表明数字电压表抗干扰的能力越强。（1）串模干扰串模干扰又称为常模干扰或常态干扰，是指以串联方式与被测信号一起作用于仪表输入端的干扰信号，如图 (a)所示。图中ux、 usm1为被测电压和其中混有的串模干扰信号，usm2为引线感应产生的干扰信号、H、 L为DVM的高、低输入端。 HDVM Lusm1usm2ux(a)被测信号源 H LuxZ2Z1R1

12、R2RCucmRS被测信号源I1I2(b)DVM图 串模干扰和共模干扰示意图串模干扰抑制比一般是针对工频干扰而言，计算如下：（2）共模干扰 当被测对象为浮置电压或与DVM相距较远时，由于被测信号源地线与DVM地线之间存在电位差而产生共模干扰，该干扰信号对DVM的高、低输入端都产生影响，这种干扰可能是直流，也可能是工频或高频交流。图 (b)为共模干扰示意图。图中，Z1 、Z2为DVM两个输入端与机壳间绝缘电阻，一般Z1Z2不一样。R1、R2为输入信号线电阻。共模干扰电压ucm将产生电流I1和I2分别串入R1、R2两个支路，形成两个串模干扰电压I1(R1+R2)和I2 R2对测量产生影响。(dB)

13、lg20SMRRsmsmUU差串模干扰产生的最大误串模干扰电压峰值共模干扰抑制比计算如下：6.测量速度测量速度测量速度是指在单位时间内，以规定的准确度完成的最大测量次数，或完成单次测量所用的时间。数字电压表的测量速度主要取决于A/D变换器的类型，不同类型的DVM的测量速度差别很大，测速较快的是比较式DVM，测速较慢的是积分式DVM。测量速度是描述数字电压表的一项重要技术指标，而不是模拟式电压表的技术指标。另外，数字电压表DVM通常具有自动调零、自动切换量程和显示极性等自动功能。(dB)lg20CMRRcmcmUU差共模干扰产生的最大误共模干扰电压峰值第二节第二节 电压测量中的模电压测量中的模-

14、数变换数变换根据根据AD变换的基本原理进行分类，分为变换的基本原理进行分类，分为比较式比较式、积分积分式式和和复合式。复合式。高精度的智能高精度的智能DVMDVM一般不直接采用集成一般不直接采用集成A AD D转换器芯片，而转换器芯片，而是在一般是在一般A AD D转换器的基础上，借助于软件来形成高精度的转换器的基础上，借助于软件来形成高精度的A AD D转换器。其中，广为采用的有多斜积分式转换器。其中，广为采用的有多斜积分式A AD D转换器、转换器、FlukeFluke公司提出的余数循环比较式公司提出的余数循环比较式A AD D转换器、转换器、SolartronSolartron公公司提出

15、的脉冲调宽式司提出的脉冲调宽式A AD D转换器等。转换器等。三、多斜积分式三、多斜积分式A AD D转换器转换器四、脉冲调宽式四、脉冲调宽式A AD D转换器（略）转换器（略） 三多斜三多斜积积分式分式A AD D转换转换器器 多斜积分式AD转换器是在双积分式AD转换器的基础上发展起来的。双积分式AD转换器具有抗干扰性能强的特点，在采用零点校准和增益校准前提下其转换精度也可以做得很高，双积分式AD转换器的不足之处是：转换速度较慢，并且分辨率要求愈高，其转换速度也就愈慢。由于比较器带宽有限，因此不能简单地通过提高时钟频率来加快转换速度，如果采用软件计数，则时钟频率的提高更是有限度的。除此之外，

16、双积分式AD转换器还存在着“零区”等问题。采用三斜积分式AD转换器可以较好地改善转换速度慢这个弱点，它的转换速率分辨率乘积可比传统双积分式AD提高二个数量级以上。 三斜积分式的反向积分三斜积分式的反向积分阶段阶段T2分为如图所示的分为如图所示的T21、T22两部分：在两部分：在T21期间积分器期间积分器对基准电压对基准电压UR进行积分，放进行积分，放电速度较快；在电速度较快；在T22期间积分期间积分器改对较小的基准电压器改对较小的基准电压UR/2m进行积分，放电速度较慢。进行积分，放电速度较慢。计数时，计数器也分两段计数：T21期间从计数器的高位(2m位)开始计数，设其计数值为N1；在T22期

17、间从计数器的低位(20位)开始计数，设其计数值为N2。则计数器中最后的读数为NN12mN2在一次测量过程中，积分器上电容器上的充电电荷与放电电荷是平衡的，则 UXT1UR T21 (UR 2m) T22 其中 T21 N1 T0，T22 N2 T0 将上式加以整理得 UXT1UR N1 T0 (UR2m) N2 T0 N2TU)NN2(2TUm0R21mm0R三斜积分式的反向积分阶段三斜积分式的反向积分阶段T2分为如图所示的分为如图所示的T21、T22两部分：两部分：在在T21期间积分器对基准电压期间积分器对基准电压UR进行进行积分，放电速度较快；在积分，放电速度较快；在T22期间积期间积分器

18、改对较小的基准电压分器改对较小的基准电压UR/2m进进行积分，放电速度较慢。行积分，放电速度较慢。将上式进一步加以整理，可得三斜积分式AD转换器的基本关系式如果取m7，时钟脉冲周期T120s，基准电压UR10V，并希望把12V被测电压变换为N120 000码读数时，由上式可以计算得T1100ms。传统双积分式AD转换器在相同的条件下所需要的积分时间T15.36s，可见，三斜积分式AD转换器可以使测量速度大幅度提高。012RxmTUUNT斜积分式斜积分式A AD D转换器转换器四斜积分式AD转换器是为解决双积分式和三斜积分式AD转换器存在的零区问题而提出的。解决的方法是：在取样期结束时，先选用与

19、被测电压同极性的基准电压积分一段固定的时间TC，以产生上冲波形，避开零区，然后再按上述三斜积分式AD转换的方法去进行反向积分，从而构成四斜积分式AD转换器，其转换波形如图所示。由于TC是固定的，因此该上冲使测量结果增加的数值也是固定的，这很容易用软件的方法来扣除。 第三节第三节 交流电压的测量交流电压的测量 ( )xpv tVVV交流电压的大小可以用峰值、平均值、有效值 来表征交流电压的测量方法 测量交流电压大小的仪表统称交流电压表。交流电压表分测量交流电压大小的仪表统称交流电压表。交流电压表分为模拟式电压表与数字式电压表两大类。模拟式电压表是先将交为模拟式电压表与数字式电压表两大类。模拟式电

20、压表是先将交流电压经过检波器转换成直流电压后推动微安表头，由表头指针流电压经过检波器转换成直流电压后推动微安表头，由表头指针指示出被测电压的大小。检波器有三种类型，分别是平均值检波指示出被测电压的大小。检波器有三种类型，分别是平均值检波器、峰值检波器、有效值检波器，故电压表有三种类型，分别是器、峰值检波器、有效值检波器，故电压表有三种类型，分别是平均值电压表、峰值电压表、有效值电压表。平均值电压表、峰值电压表、有效值电压表。 第三节第三节 交流电压的测量交流电压的测量 电路中某点的电压是指该点信号的电压，它可能是直流，电路中某点的电压是指该点信号的电压，它可能是直流，一般是含有直流成分的复杂信

21、号。一般是含有直流成分的复杂信号。波形是指电压随时间变化的波形是指电压随时间变化的U-t图形，反映电压瞬时值的图形，反映电压瞬时值的变化情况。变化情况。一个交流电压的幅度特性可用一个交流电压的幅度特性可用峰值峰值、平均值、有效值平均值、有效值等基等基本参数来表征。本参数来表征。一、交流电压表征一、交流电压表征1.峰值 一个周期性交流电压一个周期性交流电压u(t)在在一个周期内一个周期内所出现所出现的的最大瞬时值最大瞬时值称为该交流电压的峰值称为该交流电压的峰值U p。 峰值峰值U p是参考零电平计算的是参考零电平计算的。 有正峰值和负峰值之分，分别用有正峰值和负峰值之分，分别用Up+和和Up-

22、表表示。示。 含直流分量的交流电压含直流分量的交流电压，其正峰值，其正峰值Up+和负峰和负峰值值Up-的绝对值大小是的绝对值大小是不相等不相等的；的；交流电压的基本参数：峰值幅值或振幅Um是参考直流分量值开始计算。下图的直流分量U0大于零，注意 Up+、 Up-和Um的区别。其中，Upp是峰峰值 正峰值Up+负峰值Up-的绝对值交流电压的振幅值Um！1峰值下图的直流分量等于零。与前面的直流分量大于零的情况作对比，注意 Up+、 Up-和Um的区别。正峰值Up+负峰值Up-的绝对值交流电压的振幅值Um！2平均值又称为均值。交流电压的平均值在数学上定义为又称为均值。交流电压的平均值在数学上定义为

23、显然，显然，不含直流分量的正弦信号的电压平均值为零。不含直流分量的正弦信号的电压平均值为零。平均值又分为半波平均值和全波平均值。平均值又分为半波平均值和全波平均值。TdttuTU0)(12 2平均值平均值半波平均值半波平均值是指交流电压的是指交流电压的正半周或负半周在一个周期内正半周或负半周在一个周期内的平均值的平均值。 通常用全波检波后的波形的平均值来表征正弦信号的幅度通常用全波检波后的波形的平均值来表征正弦信号的幅度特性，故有：特性，故有：TdttuTU021)(1TdttuTU021)(1dttuTUT0)(12平均值全波整流全波整流波形，表征波形，表征正弦信号的幅度特性正弦信号的幅度特

24、性半波整流半波整流波形，半波波形，半波检波后的平均值是检波后的平均值是全全波平均值的一半波平均值的一半，即，即为正弦信号电压平均为正弦信号电压平均值的一半。值的一半。 3有效值交流电压的有效值理论上定义为：交流电压加在某个电阻交流电压的有效值理论上定义为：交流电压加在某个电阻上产生的功率与一个上产生的功率与一个直流电压直流电压在同一个电阻上产生的功率在同一个电阻上产生的功率相同时，则定义这个相同时，则定义这个直流电压值为该交流电压的有效值直流电压值为该交流电压的有效值。数学上交流电压的有效值定义为它的均方根值：数学上交流电压的有效值定义为它的均方根值：rmsTUdttuTU02)(13有效值以

25、正弦波为例，以正弦波为例， 代入有效值计算公式代入有效值计算公式tUtUmsin)(TmtdtUTU0222sin1)2cos1 (21sin2tt2)0()2(42)2(22sin212)2cos1 (2222002022mmmTTmTmUUUttTUdttTUU)2(T3 3有效值有效值对正弦波而言，其有效值为最大值的对正弦波而言，其有效值为最大值的 倍。倍。2mrmsUUU214波形因数Kf 交流电压的交流电压的有效值有效值与与平均值之比平均值之比称为该交流电压的波形因称为该交流电压的波形因数，用数，用Kf表示。表示。正弦信号的波形因数正弦信号的波形因数 三角波的波形因数三角波的波形因数

26、 方波信号的波形因数方波信号的波形因数 UUKf1fK 1.11fK15. 132fK5波峰因数 Kp波峰因数波峰因数Kp定义为定义为峰值与有效值峰值与有效值之比：之比： 正弦信号的波峰因数正弦信号的波峰因数 三角波的波峰因数三角波的波峰因数 方波信号的波峰因数方波信号的波峰因数 2pKUUKPp1pK3pK一、峰值电压表一、峰值电压表1.1.峰值检波器峰值检波器串联式峰值检波器串联式峰值检波器 并联式峰值检波器并联式峰值检波器 DRCRs+-ux(t)i充i放VoDRCRs+ -ux(t)i充i放VoR1C1+-uc2.峰值电压表原理3. 峰值电压表刻度方法 在表的输入端输入不同幅度的标准正

27、弦波，而在表头在表的输入端输入不同幅度的标准正弦波，而在表头的对应位置上刻度该正弦波的有效值。故利用峰值电压表测量的对应位置上刻度该正弦波的有效值。故利用峰值电压表测量纯正弦波时读数为该被测电压的有效值；而测量非正弦波电压纯正弦波时读数为该被测电压的有效值；而测量非正弦波电压时，读数没有实际意义，但可根据读数求得被测电压的峰值。时，读数没有实际意义，但可根据读数求得被测电压的峰值。 检波器可变量程分压器直流放大器u(t)二、平均值电压表二、平均值电压表1. 1. 平均值检波器平均值检波器2. 2. 平均值电压表平均值电压表 平均值电压表的基本原理方框图平均值电压表的基本原理方框图 先对被测电压

28、进行放大，然后检波，最先对被测电压进行放大，然后检波，最后由表头指示。这种构成方案的均值电压表后由表头指示。这种构成方案的均值电压表的工作频率范围主要受放大器带宽的限制，的工作频率范围主要受放大器带宽的限制，而灵敏度受放大器噪声的限制，所以当测量而灵敏度受放大器噪声的限制，所以当测量小信号时，容易淹没到放大器的噪声中。因小信号时，容易淹没到放大器的噪声中。因此主要用于低频和视频信号的测量，如视频此主要用于低频和视频信号的测量，如视频毫伏表。毫伏表。可变量程分压器宽带交流放大器检波器u(t)三、三、 有效值电压表有效值电压表 有效值的物理意义是：交流电压一个周期内，在一有效值的物理意义是：交流电

29、压一个周期内，在一纯电阻负载中所产生的热量与另一直流电压在同样情况下纯电阻负载中所产生的热量与另一直流电压在同样情况下产生的热量相等时，这个直流电压的值就是该交流电压的产生的热量相等时，这个直流电压的值就是该交流电压的有效值，记为有效值，记为V V。1. 1. 有效值检波器有效值检波器检波器的输出与被测电压的有效值成正比。检波器的输出与被测电压的有效值成正比。2. 2. 热电偶式有效值电压表热电偶式有效值电压表 两种不同导体的两端相互连接在一起，组成一个热电偶，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。ux电压表可变量程分压器宽带

30、放大器调制式直流放大器T1T2+-VExEfV0mV0000( )xxpxxv tVIIvIvIv一般分别有：峰值响应，平均值响应，有效值响应，一、峰值电压表一、峰值电压表（一）组成形式和特点 两种检波放大式电子电压表 例：用具有正弦有效值刻度的峰值电压表测量一个方波电压，读数为10V，问该方波电压的有效值多少？ （二）刻度特性pppVVVKVK一般电压表刻度：（正弦交流有效值）刻度电压表读数正弦电压有效值正弦波的波峰因数 解： 被测方波电压的峰值为21014.1 ;14.1pppVVvVk方波波峰因数Kp=1Vx=峰值电压表优点：检波二极管放在探头，对高频电压测量有利 缺点：谐波失真，影响结

31、果。 二、均值电压表二、均值电压表 （一）组成，特点：（二）刻度和误差 01( )TxVv t dtT01( )1.112 21.110.9TxFFFFVv t dtTVKVVKVVKVVVK即（全波平均值）正弦电压：读数：例：用平均值电压表测量一个三角波电压，读得测量值为1V，试求有效值为多少。11VV解：对一个三角波电压来说，读数毫无物理意义，所以，首先从换算成平均值，即10.91.11xFVVK1.151.15 0.90.941.11FxFxFFFIKVK VVKKK查附录 得三角波的，故被测三角波的有效值为当正弦波失真时（含谐波）因为波形不同，不同，而表头按刻度（偏离，失真与相位、幅度

32、有关）例例：分析当用平均值电压表测量一个包含二次和三次谐波的失真正弦电压时所产生的误差。( )( )sinsin()xxpnnnnv tv tVkntknnn分析：被测电压可用下列数学表达式描述式中： 次谐波幅度相对于基波幅度的百分数谐波次数（在本例中n=2或3） 次谐波初相角2112220212121321( )sinsin()sinsin()2coscoscos()cos()TxpnnnnpnnnkVv t dtTVkndkndVknnn 作为一个例子，下图示出了当，时的波形。下面求被测电压的平均值 2222011.11( )1.11( )1122FxxxxnnxnppVKVVv tVVv

33、 tkDVVVVV根据式，被测电压的读数为但是，的真正有效值，即均方根值为10nnnxxxVDknVVVVVV式中可理解为 次谐波的非线性失真系数。于是可得波形误差32002maxmax,0 18010% ()nnnnDDnnVDVVDDVVVVVDVnDVn 结论：（1）时，、 （2） （3） 为奇次，定义：交流电压的有效值V是指在一个周期内，通过某纯阻 负载所产生的热量与一个直流电压在同一个负载产生的热量相等时，该直流电压的数值就是交流电压的有效值。 三、有效值电压表三、有效值电压表201( )TVv t dtT数学上： （均方根值）（一）有效值/直流交换的原理 （1）热电变换 热偶式电压

34、表示意图 缺点：热惯性，过载能力差201( )TxxVv t dtT（2）模拟计算： 电路： 计算型AC/DC变换器 （二）刻度特性和波形误差 理论上，无波形误差，当 xv为非正弦时，谐波有效值响应的电压表，22212222221232211()xxffIkVk VVkIVVVVKKVV直流输出：转换效率与相位差，波形无关引入误差： 非线性失真系数 实际上：（1）非正弦信号，电压表线性工作范围限制，削波 （2）高次谐波不响应 噪声测量噪声测量 一、平均值电压表测噪声时读数的修正例：高斯白噪声22221( )2vFnvevvKv噪声电压瞬时值方差，相当 的均方值噪声波形因素：2221221.25

35、21.111.13vFnFnnFnvv edvvKvvKVKv认为是噪声电压有效值（均方根植）均值（期望）设：均值电压表读数 ：( 噪声电压读数)噪声有效值：二、带宽准则二、带宽准则 121122121212lg10lglg10111010lgPPPPPBelPdBPdBPPPdBPPdB当时，（贝尔）贝尔（deci Bel）dB表示的功率比：时，为正；，为负。 （二）电压比的对数21211122222212VPRV RVPV RR电平表及分贝的测量电平表及分贝的测量电路测量中经常用电压或功率与某量之比的对数表示（一）功率之比的对数分贝（dB）211122221122121210lg20lgP

36、VRRPVPVPVVVdBVVdB当时，两边取对数，可得时，为正；，为负。 （三）绝对电平220011001.1010lg10lg1mmxxWmPVPVPVdBPmWdBPP mWP dBPmW当 和为基准 和，则某 和 与之比较，引出绝对电平功率电平（） （）则： 2电压电平（dB）000.7750 20lg20lg0.77560010.775VxxVVxxWWVVVVdBVV VP dBVVRPmWVVP dBP dB（正弦有效值）（）则：当，若，则即： 二、分贝的测量方法 dB的测量实质是电压的测量，表头以dB为刻度功率电平、电压电平等也测阻抗两端电压，查换算表 P252表 dB电平表与

37、电压表不一样。 （一）宽频电平表及起表头刻度宽频电平表方框图 （二）电平表的表头刻度 （三）被测电平的读出70700dBdBdB表头灵敏度（S衰减为0，步位1）放大器增益表头指示为（0.775V）（四）功率电平和电压电平的换算 0101 10lgWmVVZP dBP dBZPdBZZ测得的电压电平的值零刻度基准阻抗电平表被选用的输入阻抗 （五）电平校准误差主要决定于：（1）衰耗器的准确度（2）放大器增益的稳定度100700kHzdBdB办法：校准 调K使表头 （二）电阻电压变换器1xxxxVDVMVII产生恒流I，测V，R1. 两端电阻测量 12,xRiRiVV包括V有误差恒流源法（二端测量）

38、测量的RX值实际还包括了引线电阻r1和r2。在被测电阻值较大时，引线电阻值可以忽略，但被测电阻值较小时，引线电阻值将带来很大的误差。采用四端测量法可消除r1、r2对测量结果的影响。 2. 四端电阻测量 xxV 基本上R 的电压，误差小由于运算放大器输入阻抗很高，r1上可认为无电流流过。同样，由于DVM输入阻抗很高，r2上也可以认为无电流流过。于是UX可以近似地认为与AB两端电压值一致，从而消除了接触电阻的影响，实现小电阻的高精度测量。 3. 比例放大器测量法 oxrlVRKVR1xorRVV即： R二、阻抗的数字化测量方法1111()sinsinxrorxxr xrxZvVvrjwLRRV r

39、VLtjtRR 1121(rxrxVVrRVVLR同相分量）同步检波（正交分量）oxrlVRKVR12,/V VA D分别送入双积分式12,xrrefV VVVV代，代21xrefTVVT据：222111111,rxrxxVTTNrV rRRRTTN或r211xNRN同理：L（二） CV变换器11xrVG RV 实部21xrVC RV 虚部/A D经双积分：1xrrefVVVV代，代211xNCN R12,xrefVVVV代代2211xgxGTNtCTNLCR测量仪第七章 频域测量第一节 信号的频谱分析频域分析频域测量技术频率特性 （系统对信号的影响特性）问题频率分析 （对信号本身分析和系统对

40、信号非频域性失真 ） 一、信号的时域和频域分析时域和频域的联系傅里叶变换S()= f(t)e dtf(t)=1/2 s()e d 条件：（1）非随机信号（2）函数值有限（3）连续式或分段连续任何周期性信号f(t)=Ao+Cnsin(2nfo+n)Ao直流分量; n谐波次数Cn谐波幅度;fo基波频率n -谐波相位-jt-jtN=1二.频谱分析仪的工作原理(一)多滤波器并行分析优点:分析速度快缺点:滤波器过多类似并行的几种频谱分析 (二)扫频外差式频谱分析1.基本原理 fLn-fxn =fifi中频滤波器的通带频率fLn与fxn相差中频fi的本振频率fxn被测信号中的第n个频谱分量扫频随扫描电压而变，则fx=fL-fi也随电压变，可线性也可指数（对数刻度）。动态频率特性测量扫频法 1.扫频法的工作原理 扫频法可以实现频率特性的自动测绘。扫频法是在一定扫描速度下获得被测电路的动态频率特性，这比较符合被测电路的实际应用情况。 扫频仪 = 扫源 + 示波器压控振