第4章模拟测量方法

1、4.1 电压测量概述电压测量概述1.电压测量的基本要求电压测量的基本要求要求：要求：(1)应有足够宽的频率范围应有足够宽的频率范围 (2)应有足够宽的电压测量范围应有足够宽的电压测量范围 (3)应有足够高的测量准确度应有足够高的测量准确度 (4)应有足够高的输入阻抗应有足够高的输入阻抗 (5)应有足够高的抗干扰能力应有足够高的抗干扰能力2.电压测量仪器的分类电压测量仪器的分类(1)模拟式电压表模拟式电压表峰值表峰值表 ， 均值表，有效值电压表均值表，有效值电压表 外差式电压表外差式电压表(2)数字式电压表数字式电压表3.2 交流电压的测量交流电压的测量4.2.1 交流电压的表征交流电压的表征1

2、.峰值峰值UP 2.平均值平均值(4.2.1)TdttuTU0)(1TdttuTU0)(13.有效值有效值(4.2.2)波形系数波形系数(4.2.3)(4.2.4)波峰系数波峰系数说明：所有交流电压不管是峰值表、均值表都是按正说明：所有交流电压不管是峰值表、均值表都是按正弦电压定度的。弦电压定度的。4.2.2 交流电压的测量方法交流电压的测量方法1.峰值电压表峰值电压表(结构特点：先检波，后放大。）结构特点：先检波，后放大。）峰值表的组成结构及各部分个作用峰值检波器：峰值检波器： 定义：检波器输出与被测信号的峰值成正比定义：检波器输出与被测信号的峰值成正比。 作用：把交流变为直流。作用：把交流

3、变为直流。分压器：扩展量程。分压器：扩展量程。直流放大器：放大直流信号。直流放大器：放大直流信号。 微安表：指示测量结果。微安表：指示测量结果。2.平均值电压表：（结构特点：先放大，后检波。）平均值电压表：（结构特点：先放大，后检波。）均均值表的组成结构及各部分个作用值表的组成结构及各部分个作用：分压器：扩展量程。分压器：扩展量程。直流放大器：放大直流信号。直流放大器：放大直流信号。均值检波器：均值检波器：定义：检波器输出与被测信号的定义：检波器输出与被测信号的平均平均值成正比。值成正比。 作用：把交流变为直流。作用：把交流变为直流。 微安表：指示测量结果。微安表：指示测量结果。3.有效值电压

4、表 (1)热电转换法 (2)公式法4.外差式电压表：类似收音机一样组成结构的电压表叫外差式电压表：类似收音机一样组成结构的电压表叫外差式电压表。外差式电压表。输入回路：接收信号输入回路：接收信号本机振荡器：产生本机高频正弦信号。本机振荡器：产生本机高频正弦信号。混频器：混频器：把不同频率的信号被测信号，都要变成同一把不同频率的信号被测信号，都要变成同一个固定频率的信号个固定频率的信号中频放大器：为窄带选频放大器，放大固定中频信号中频放大器：为窄带选频放大器，放大固定中频信号均值检波器，微安表。均值检波器，微安表。4.2.3 平均值电压的测量平均值电压的测量1.平均值检波器的工作原平均值检波器的

5、工作原理理2.利用平均值电压表测正弦信号其测量值就是正弦信号利用平均值电压表测正弦信号其测量值就是正弦信号 的有效值；的有效值；3.当当用平均值电压表用平均值电压表非正弦电压时，其读数无实际物理意非正弦电压时，其读数无实际物理意义；但读数与被测信号的平均值有关系义；但读数与被测信号的平均值有关系,要想求得被测信号的平均值、有效值、与峰值必须换算。要想求得被测信号的平均值、有效值、与峰值必须换算。先用上式求出正弦信号的平均值；先用上式求出正弦信号的平均值；再用示值相等，平均值也相等的原则再用示值相等，平均值也相等的原则a式式求出其平均值。求出其平均值。再用波形因数和非正弦波的平均值用再用波形因数

6、和非正弦波的平均值用b式式求出其有效值。求出其有效值。用波峰因数、非正弦波的有效值和用波峰因数、非正弦波的有效值和b式求式求出其峰值。出其峰值。例例4.2.1用平均值表（全波式）分别测量方波及三角波用平均值表（全波式）分别测量方波及三角波电压，电压表均指在电压，电压表均指在10V位置，问被测电压的有效值分位置，问被测电压的有效值分别是多少？别是多少？对于方波，先将示值（对于方波，先将示值（10V）折算成正弦波的平均值）折算成正弦波的平均值再用波形系数换算成有效值。再用波形系数换算成有效值。对于三角波，因示值与方波相同，表明它的平均值对于三角波，因示值与方波相同，表明它的平均值也是也是9V,有效

7、值有效值再用波峰系数和有效值求出其峰值。再用波峰系数和有效值求出其峰值。再用三角波的波峰系数和有效值求出其峰值。再用三角波的波峰系数和有效值求出其峰值。3.误差分析误差分析4.平均值检波器电压表平均值检波器电压表4.2.4 有效值电压的测量有效值电压的测量1.有效值电压表原理有效值电压表原理另一种有效值转换的方法是利用热电偶来实现的。另一种有效值转换的方法是利用热电偶来实现的。热电偶式有效值电压表原理框图热电偶式有效值电压表原理框图利用模拟运算电路实现有效值电压的测量利用模拟运算电路实现有效值电压的测量隐含计算式隐含计算式RMS转换器原理框图转换器原理框图直流反馈计算式直流反馈计算式RMS转换

8、器原理框图转换器原理框图单片半导体加热式单片半导体加热式RMS转换器转换器2.有效值检波器电压表有效值检波器电压表AD536型型RMS转换器原理框图转换器原理框图AD536型型RMS转换器的连接图转换器的连接图3.2.5 峰值电压的测量峰值电压的测量1.峰值表原理峰值表原理2.误差分析误差分析(1)理论误差理论误差绝对误差绝对误差相对误差相对误差(2)频率误差频率误差(3)波形误差波形误差3.波形换算方法波形换算方法例例3.2.3用峰值表分别测量方波及三角波电压，电用峰值表分别测量方波及三角波电压，电压表均指在压表均指在5V位置，问被测电压有效值是多少？位置，问被测电压有效值是多少？对于方波，

9、对于方波，对于三角波，对于三角波，4.高精度峰值检波器高精度峰值检波器3.2.6 脉冲电压的测量脉冲电压的测量1.脉冲电压表的原理脉冲电压表的原理电容器电容器C充电时充电时放电时放电时电路平衡时电路平衡时Q1=Q2理论误差理论误差代入代入Up后得后得脉冲保持电路及波形图脉冲保持电路及波形图2.高压脉冲幅值的测量高压脉冲幅值的测量单脉冲电压正峰值保持电路单脉冲电压正峰值保持电路3.尖脉冲峰值电压的测量尖脉冲峰值电压的测量4.用示波法测量脉冲电压用示波法测量脉冲电压5.测量脉冲电压应注意以下几点：测量脉冲电压应注意以下几点：(1)测量脉冲幅度宜用交流耦合方式，并需注意极性测量脉冲幅度宜用交流耦合方

10、式，并需注意极性(2)观测方波信号时应选用频带较宽的示波器观测方波信号时应选用频带较宽的示波器6.脉冲测量时电缆的终端匹配问题脉冲测量时电缆的终端匹配问题在实际测量过程中，容易产生以下两点错误：在实际测量过程中，容易产生以下两点错误：在示波器一端，除了示波器的输入阻抗之外，电缆的在示波器一端，除了示波器的输入阻抗之外，电缆的终端未得到匹配终端未得到匹配在脉冲发生器的输出端用一个外加的在脉冲发生器的输出端用一个外加的50 电阻器电阻器和和50电缆相连接，而在示波器输入端电缆终端未电缆相连接，而在示波器输入端电缆终端未得到匹配得到匹配3.3 噪声电压的测量噪声电压的测量3.3.1 噪声的基本特性噪

11、声的基本特性3.3.2 用平均值表测量噪声电压用平均值表测量噪声电压3.3.3 器件噪声和放大器噪声的测量器件噪声和放大器噪声的测量1.等效输入噪声等效输入噪声Uni的测量的测量(1)正弦信号法正弦信号法(2)噪声发生器法噪声发生器法(3)两种测量方法的比较两种测量方法的比较(4)测量噪声时需要考虑的问题测量噪声时需要考虑的问题带宽的影响带宽的影响平均值和波形系数平均值和波形系数测量时间的影响测量时间的影响由于白噪声呈高斯正态分布，为避免噪声波峰被削由于白噪声呈高斯正态分布，为避免噪声波峰被削掉，测量过程中表头示值不得超过满刻度值的一半。掉，测量过程中表头示值不得超过满刻度值的一半。3.噪声带

12、宽的测量噪声带宽的测量(1)正弦信号法正弦信号法(2)噪声发生器法噪声发生器法3.信噪比的测试信噪比的测试4.噪声系数的测量噪声系数的测量(1)利用噪声发生器测量噪声系数利用噪声发生器测量噪声系数(2)正弦信号法正弦信号法5.集成运算放大器噪声参数的测量集成运算放大器噪声参数的测量(1)测试原理测试原理电压噪声电压噪声电流噪声电流噪声(2)运算放大器运算放大器Uni的实用测量电路的实用测量电路(3)输入噪声电流输入噪声电流I-和和I+的测量的测量3.4 分贝的测量分贝的测量3.4.1 数学定义数学定义1.功率之比的对数功率之比的对数分贝分贝(Db)2.电压比的对数电压比的对数3.绝对电平绝对电

13、平(1)功率电平功率电平dBm(2)电压电平电压电平dBV4.音量单位音量单位(VU)3.4.2 分贝值的测量分贝值的测量分贝刻度分贝刻度3.5 失真度的测量失真度的测量3.5.1 非线性失真的定义非线性失真的定义全部谐波电压的有效值与基波电压的有效值之比全部谐波电压的有效值与基波电压的有效值之比3.5.2 失真度测量仪基本工作原理失真度测量仪基本工作原理3.5.3 有源陷波电路有源陷波电路1. 双双T形电路构成的无源陷波器形电路构成的无源陷波器2.双双T形有源陷波器形有源陷波器例设计一个双例设计一个双T形陷波器，要求在形陷波器，要求在1000Hz时陷波，且时陷波，且陷波器的陷波器的3dB带宽

14、为带宽为50Hz。取取C=103,RT=10K3. 由由RC文氏电桥组成的陷波器文氏电桥组成的陷波器电桥的元件参数关系为电桥的元件参数关系为R1=2R2,C1=C2=C,R3=R4=R采用由文氏电桥组成的有源陷波电路采用由文氏电桥组成的有源陷波电路3.5.4 失真度测量仪举例失真度测量仪举例1.基本工作原理基本工作原理仪器指示的失真度仪器指示的失真度当失真度小于当失真度小于10%时，时， 当失真度大于当失真度大于10%时，应按下式加以计算修正时，应按下式加以计算修正2.失真度测量的误差分析失真度测量的误差分析(1)仪器指示的失真度与理论失真度的偏差仪器指示的失真度与理论失真度的偏差(2)失真仪

15、中的基波抑制网络很难做到将基波分量全失真仪中的基波抑制网络很难做到将基波分量全 部滤除，也很难做到对二次以上的谐波一点不衰部滤除，也很难做到对二次以上的谐波一点不衰 减，这也会造成一定的测量误差。减，这也会造成一定的测量误差。(3) 测试仪器本身也会由于许多原因而产生误差。测试仪器本身也会由于许多原因而产生误差。(4) 由电压表读出的失真度应扣除仪器本身的失真度。由电压表读出的失真度应扣除仪器本身的失真度。(5) 若采用峰值或平均值电压表，则会引入一定误差若采用峰值或平均值电压表，则会引入一定误差(6) 陷波滤波器陷波滤波器(7) 其它其它3.6 功率的测量功率的测量3.6.1 音频与较高频信号功率的测量音频与较高频信号功率的测量在较高频率时，可采用吸收型功率表测量功率。在较高频率时，可采用吸收型功率表测量功率。基本的量热式功率表，被测信号把电阻器加热，使其基本的量热式功率表，被测信号把电阻器加热，使其温度上升。温度上升。测热计电桥测热计电桥热电偶功率表热电偶功率表二极管功率表二极管功率表3.6.2 误差分析误差分析3.6.3 功率表实例功率表实例射频功率表射频功率表3.7 Q值的测量值的测量3.7.1 Q表的工作原理表的工作原理被测线圈振荡波形图被测线圈振荡波形图3.7.2 用虚、实部分分离法