3.2.1 电压表组成与典型应用电路-1

复习总结：任务3-1电压测量与仪器概述

任务3-1电压测量与仪器概述

任务3-2电压表组成与典型应用电路（重难点）任务3-3电压测量实务任务3电压测量与仪器任务3-2电压表组成与典型应用电路新课引入：思考与讨论量程切换原理电压表如何实现对不同量程电压的精确测量？从毫伏级到千伏级，其内部是如何实现切换的？交直流信号转换为什么交流电压表也能测量直流电压？其内部进行了怎样的信号转换机制？宽频带测量精度在测量不同频率的交流信号时，如何保证电压表的测量精度不受频率变化的影响？任务3-2电压表组成与典型应用电路学习重点知识概要:电压表的一般组成掌握电压表的一般组成，理解各部分功能与协同工作机制分压器原理与补偿深入解析分压器的工作原理，重点掌握其频率补偿方法均值检波器技术探究均值检波器的工作原理，学习关键的线性补偿技术任务3-2电压表组成与典型应用电路3-2-1电压表组成常用毫伏表主要有低频毫伏表和高频毫伏表任务3-2-1电压表组成输入信号由S1切换“A输入”或“B输入”状态。1V以上的输入经高阻分压器分压后进入阻抗变换器。1V以下量程不经高阻分压器分压进入阻抗变换器。在10mV以下量程，放大器Ⅰ对输入信号进行放大；在30mV以上量程，信号均由低阻分压器Ⅰ分压。任务3-2-1电压表组成低阻分压器Ⅱ衰减量分别为0dB、–10dB、–20dB、–30dB。将放大器Ⅰ、低阻分压器Ⅰ、低阻分压器Ⅱ的三组信号组合起来使用，构成仪表的12挡量程。任务3-2-1电压表组成量程由2刀12位波段开关控制。高阻分压器由继电器S4变换，放大器Ⅰ和低阻分压器Ⅰ由开关S5控制。10mV以下各挡，低阻分压器Ⅰ断开、放大器Ⅰ接通；30mV以上各挡，放大器Ⅰ不工作，信号经过低阻分压器Ⅰ进入低阻分压器Ⅱ。低阻分压器Ⅱ由四刀模拟开关变换。任务3-2电压表组成与典型应用电路3-2-2典型应用电路1.分压器与调制器1）分压器即步进分压器（步进衰减器或可变量程衰减器），用于变换量程任务3-2-2典型应用电路1.分压器与调制器1）分压器为了提高电压表输入阻抗，应选用大的分压电阻，但分压电阻越大其分布电容（即寄生电容）越大，会使电压表频率范围变窄，故选用阻容分压器（即补偿式分压器）。C1、C2为补偿电容，分压电阻等的分布电容与C1、C2等效后的电容为

，满足

时，分压比（uo/ui）为R2/(R1+R2)与分布电容无关==具有平坦的幅频特性，对频率范围不产生影响，频率范围变宽。任务3-2-2典型应用电路1.分压器与调制器1）分压器阻容分压器中，补偿电容增大了表的输入电容，为此采用带源极跟随器（或射极跟随器）的分压器。任务3-2-2典型应用电路1.分压器与调制器2）调制器直流电压经过调制器调制后变为固定频率（一般为50Hz）交流电压，然后经交流放大器放大，再经解调器变为直流电压，最后得到放大的直流电压。任务3-2-2典型应用电路1.分压器与调制器2）调制器任务3-2-2典型应用电路课堂小结：任务3-2-2典型应用电路2.交直流变换器1）均值检波器（1）分类与工作原理均值检波器即整流器，利用检波二极管控制电容C的充放电将交流电压变为直流电压。较常用的是图（a）、（b）桥式、半桥式均值检波器，以及图（d）带有隔直电容的半波均值检波器。图（c）为半波均值检波器。任务3-2-2典型应用电路1）均值检波器（1）分类与工作原理均值检波器的输出（或通过电流表的电流）始终与输入交流电压的平均值成正比，故称为均值检波器。桥式、半桥式均值检波器的输出等于输入交流电压平均值，是半波均值检波器输出的两倍，用作电压表检波器时前两者的灵敏度要比后两者灵敏度高。任务3-2-2典型应用电路（2）线性补偿因为检波二极管伏安特性具有非线性，即在对大电压检波时的导通电阻Rd很小、对小电压检波时Rd很大，所以电流表（即电压表表头）刻度之间的间距会随着输入电压由小变大而随之变大，称之为刻度非线性。任务3-2-2典型应用电路（2）线性补偿①电阻补偿：如图（b），用两个电阻替代图（a）中的两个二极管。虽然会降低电流表灵敏度，但会提高其刻度线性度。任务3-2-2典型应用电路（2）线性补偿②简单线性补偿：在电流表两端并联二极管，利用二极管内阻动态变化来进行线性补偿，但会降低电流表灵敏度。当输入电压较小时，VD3导通程度弱分流减小，使通过电流表的电流有所增加；当输入电压较大时，VD3导通程度好分流增大，使通过电流表的电流相对减小，从而起到线性补偿的作用。另外，当检波器输出电压特别大时，VD3深度导通大幅分流，避免过多电流流入电流表，起到保护电流表使之不因过载而损坏。任务3-2-2典型应用电路（2）线性补偿②简单线性补偿：利用VD1的非线性通过改变R2、VD1支路的分流大小来进行线性补偿、保护电流表。电压频率过低（例如，2～10Hz）时，闭合开关S使C3与C2并联可以改善滤波性能，从而减少表针晃动；S称为低频滤波切换开关，C3称为低频补偿电容。任务3-2-2典型应用电路（2）线性补偿③放大器级间负反馈线性补偿：利用VD1、VD2内阻的动态变化来改变放大器级间负反馈的大小而进行线性补偿。利用放大器级间负反馈进行线性补偿=>线性补偿效果更好、范围更大。任务3-2-2典型应用电路（2）线性补偿③放大器级间负反馈线性补偿

信号幅度较小时：晶体管（VT1、VT2）的非线性失真较弱，VD1、VD2的正向电流ID小，二极管电阻rD大。由于rD大，VD1、VD2对反馈回路的“分流/分压作用”弱，负反馈量较小，这样既保证基本的线性放大，又避免反馈过强导致增益过低。

信号幅度较大时：晶体管非线性失真↑（因IC随UBE的变化偏离线性），VT2集电极信号幅度增大→二极管正向电流ID↑、rD↓→rD↑→二极管对反馈回路的“分流/分压作用”↑→负反馈量自动↑==>更有效地抑制晶体管的非线性失真，迫使放大级的输入/输出特性回归线性。任务3-2-2典型应用电路（2）线性补偿④闭环负反馈线性补偿当输入电压较小时，检波二极管VD1、VD2动态电阻变大使输出电流偏小，→至VT1的负反馈信号↓→使放大器增益上；当输入电压变大时，VD1、VD2动态电阻↓→负反馈信号↑→放大器增益↓→实现线性补偿。该方法由放大器至均值检波器，再由均值检波器反馈至放大器，形成闭环负反馈，其线性补偿范围宽、线性好任务3-2-2典型应用电路课堂小结：任务3-2电压表组成与典型应用电路课后思考题：阻容分压器实现频率补偿的核心条件是什么？为何普通电阻分压器需要频率补偿？均值检波器为何需要线性补偿？常见的线性补偿方法有哪两种，核心原理是什么？任务3-2电压表组成与典型应用电路课后思考题参考答案：一、1.阻容分压器频率补偿核心条件：上下臂时间常数相等，即R1C1=R2C2，此时分压比与频率无关，实现全频带平坦补偿。2.普通电阻分压器需频率补偿的原因：电阻存在分布电容，高频下分布电容容抗不可忽略，会导致分压比随频率改变，造成高频测量误差大幅增大，因此需接入补偿电容，匹配时间常数以消除频率影响。二、1.均值检波器需线性补偿的原因：均值检波依靠二极管实现，二极管存在正向死区电压，小