电基本参数测量

4Vm 1 1 sin 3t sin 5t ] 3 5
[À ý ]½ «² ¨ V x (t )

[sin t
Æ µ Â Ê f , B=10Hz~10MHz µ ª f=1MHZ, Ô î 11 ´ Î Ò Ô É Ï µ Ä Ð ³ ² ¨Í ¨² » ¹ ý
U =A 1 (1 / 3) 2 (1 / 9) 2 ¡ ª ¡ ª 2%
第5章 电基本参数测量
普通直流电压表测量直流电压的误差
用普通万用表测量高输出电阻电路的直流电压
E0 E0 Um U0 RV R0 RV R0 RV I m
读数相对误差：
U 0 E0 R0 E0 R0 RV
低压档时：RV 小，对测量结果影响大
为了满足准确度的要求，常采用直流电子电压表来测量
第5章 电基本参数测量
第5章 电基本参数测量
本章学习要求 掌握测量频率的基本原理
掌握测量相位的基本原理 如何测量电压
第5章 电基本参数测量
§5.３ 电压的测量
重点： 掌握测量电压的方法。 1、直流电压的测量仪器 普通直流电压表 直流电子电压表
直流数字电压表
２、交流电压的测量
３、分贝的测量
４、数字万用表的原理
Vx 0 V12 Vn2
V Vx Vx 0 V Vx 0
第5章 电基本参数测量
有效值检波器
必要性：非正弦、失真正弦． 例如，噪声、失真度 直流热量相等
数学上: Vrms
1 2 v (t )dt T 0
T
第5章 电基本参数测量
转换原理——有效值／直流，关键在于“平方律”
（一）非线性元件 小信号，二极管 V-I特性
Vx (t )
第5章 电基本参数测量
放-检，深度负反馈(温漂、非线性）； Rw1调整量程、 Rw2调零
第5章 电基本参数测量
均值电压表刻度特性
均值电压表是按正弦有效值来刻度的，
V KF V

电压表读数
V 电压表所刻度的正弦电压有效值 V 被测电压平均值
注意：测量非正弦波形时，其读数没有直接意义， 只有把读数除以 KF 才等于被测电压的平均值
峰值电压表是按正弦波有效值来刻度的
V
Vp K p

电压表读数
V 正弦电压有效值 K p 正弦波的波峰因数
注意：测量非正弦波形时，其读数没有直接意义， 只有把读数乘以 才等于被测波形的峰值 K p
第5章 电基本参数测量
举例：
用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为多少？ 被测电压峰值为 方波波峰因数为
第5章 电基本参数测量
4、高输入阻抗： DC：<10V，10~1000M ; 高量程 10M
R
AC：1M//15pF
电网电压
AC
L
C
5、抗干扰能力
220V？
第5章 电基本参数测量
电压测量仪器分类：
1.工作方式分： 模拟式：指针式。简单、价廉，高频精确度不差 峰值电压表、平均值电压表和有效值电压表 数字式：计数显示。A→D
第5章 电基本参数测量
电压测量的重要性
电压是基本物理量之一，电压、电流和功率是表征电信号
能量的三个基本参量，在集总参数电路中，电压是最常用
的参wenku.baidu.com。 V, i, p→v R, L, C, f, ф →v 电压派生量的测量：调幅比，非线性失真度→v 非电量→v
220V？ 电网电压
AC
R
L
C
第5章 电基本参数测量
元件及环境误差
* 波形误差
第5章 电基本参数测量
举例：
分析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？
vx (t ) Vp (sin kn sin(n n ))
先求平均值 被测电压的读数 真正有效值 误差
1 Vx T

T
0
vx (t ) dt
Vx 1.11Vx
方波KF=1 正弦波KF=1.11 三角波KF=1.15 半波SIN KF=1.5
第5章 电基本参数测量
* 换算 Step1 示值V正弦均值
V V / KF ~ 0.9V
Step2 用Vx波形系数KF，计算Vx，rms
Vx,rms KFV 0.9KFV
第5章 电基本参数测量
2.测量方法分 直接 间接
第5章 电基本参数测量
一、直流电压的测量
直流电压的测量仪器 普通直流电压表
直流电子电压表
直流数字电压表
第5章 电基本参数测量
１、普通直流电压表测量直流电压
动圈式高灵敏度电流表串联电阻 测量原理：
设电流表满偏电流 Im，电流表本身内阻Re, 串 联 电 阻 Rn , 此 时 满 度 电压为:
第5章 电基本参数测量
２、直流电子电压表测量直流电压
磁电式表头加跟随器和直流放大器 测量高直流电压时，有高阻值的分压电路
缺点：直流放大器的零漂限制了电压灵敏度的提高
第5章 电基本参数测量
３、直流数字电压表测量直流电压
特点：Ａ/D转换器和数字显示器代替磁电式表头
原理：通过Ａ/D转换器把模拟量转换成数字量在 数字显示器中显示出来。
第5章 电基本参数测量
3. ½ » Á ÷µ ç Ñ ¹ ª í µ Ä ¿ Ì ¶ È £ º
IDC=K¡ ¤Û,( U , U~) ¡ ª ¡ ª È ý Ö ¼ ì ² ¨Æ ÷, Ò Ô U~¿ Ì ¶ È
a. 只有纯正弦波，才准 Vx, Vα =U~ b. 对失真正弦波有误差, Vα ≠U~， c. 对特定波形 Û= 2 V ——峰值检波 ——均值检波 ——有效值检波 再换算
峰值检波
平均值检波 有效值检波
热电转换法
第5章 电基本参数测量
峰值检波器
峰值VP ： 观察时间内的最大值 AC电路中，指不含DC的振幅 不对称时，+Vp、-Vp 峰-峰值Vp-p: |+Vp |+|-Vp |=+Vp-(-Vp)
第5章 电基本参数测量
峰值响应表原理
A 串联检波器
电容C：充电快、而放电慢
f=5Hz 时
L =1/2RCf=33%
f=20Hz时
L =1/2RCf=8.0%
第5章 电基本参数测量
波形误差
对失真正弦波测量。峰值表对凸起部分敏感，波形 误差很大一般不用，一定要用时，要修正。 对有规律非正弦波，可以换算。来减小波形误差
第5章 电基本参数测量
峰值电压表刻度特性（波形换算方法）
R1 (U1 / I m ) Re R2 (U2 U1 ) / I m R3 (U3 U2 ) / I m 单位： / V
问：5V量程和25V量程内阻
U m I m ( Re Rn )
Rv 电压表灵敏度： K v Um 某电压表： / V 为 20k / V
È ô f=5MHz£ ¬ Ô î 3´ Î Ò Ô É Ï µ Ä Ð ³ ² ¨Í ¨² » ¹ ý ¡ ª ¡ ª 11%
第5章 电基本参数测量
(ii）幅度（动态）误差。 如热惯性， 大Kp ， 如： Û/ U~=10，超过响应范围，产生误差。 关于波形误差的几个问题 1. 波形与电压参量 同U~，波形不同，使Û ，U-不同。 2. Û, U-, U~之间的关系： KF=V~/V-≥1 Kp=Vp/V~≥1
U p 2 10 14.1V
Kp 1
U Up Kp 14.1V
Kp
Up U
第5章 电基本参数测量
均值检波器（<10MHz）
1 V = 定义：数学： T0
1. 原理：
T
V(t)dt
V 测量：
1 = T0
T
V(t)dt
全波整流
简化全波整流
1 I0 T

T
0
V 2 Rd rm 2 Rd rm
功率之比的对数 如果
P lg 1 P2
P 1 10 P 2
P lg 1 lg10 1 P2
P dB表示功率比为 10lg 1 P2
电压之比的对数
2 P V 1 1 / R1 2 P2 V2 / R2
１贝尔（Bel）=10dB
2 P V 1 12 P2 V2 P V1 1 10 lg 20 lg P2 V2
条件： RC>>Tmax Tmin>>(Rs+Rd)C
含有较大的直流分量，无隔
直能力
Uc U p
第5章 电基本参数测量
B 并联： 有隔直能力，应用广，如: DYC-5
便于测量含直流分量的交流电压
UR U p
第5章 电基本参数测量
C 倍压式：输出电压高
特点：检-放 。适合于高频测量。 如： DYC-15 20Hz~300MHz
举例：
用平均值电压表测量一个三角波电压，测量值 为1V，试求有效值为多少？
U 1 0.9V 被测电压平均值为 U K F 1.11
三角波波形因数为
K F 1.15
U KF U
U KF U 1.15 0.9 0.94
第5章 电基本参数测量
均值表误差 方法误差 (平均时间) 频率误差（20~10MHz） 非线性刻度误差
第5章 电基本参数测量
频率误差
低频误差
Tmax , RC>>Tmax 难于满足
U 1 L U 2 RCf
f 越高， L 越小
高频误差
与分布参数（Cr，L）及二极管频率有关。f很高时，引起充放电误差 常采用探头式“检-放”、高速二极管
第5章 电基本参数测量
[例] 若放电回路电阻R=30M, C=0.01F, f=5Hz的正弦波
R1 R2
两边取对数
第5章 电基本参数测量
绝对电平
功率电平dBm：以基准量P0=1mW作为零功率电平
Px Px Pw [dBm ] 10lg 10lg P0 1
U KF U 交流电压的波峰因数定义为该电压的峰值与有效值之比 UP KP U
第5章 电基本参数测量
³ £ Ó Ã ² ¨Ð Î KP
½ «² ¨ Õ ý Ï Ò ² ¨ È ý ½ Ç ² ¨
1
2
3
ë ©² ¨ SIN 4
第5章 电基本参数测量
２、交流电压的测量方法
原理：利用交流/直流转换电路将交流电压转换成直流电压， 然后接到直流电压表上进行测量 分类：
U =V /1.11
U~=V
第5章 电基本参数测量
３．分贝的测量
分贝测量 ：与基准值之比的对数——分贝 实质：AC测量，仅读法不同（ dB刻度） 重点： 分贝数学定义
功率/电压分贝、绝对功率/电压电平、VU等概念；
测量方法：宽频电平表、刻度、读数、换算、校准、选频测量
第5章 电基本参数测量
分贝的数学定义
i(t ) k[ E0 vx (t )]2
I kE0 2kE0V0 kV 2 x
I kV x
2
2
1 k[ T

T
0
v x (t )dt ]
2 2 1 2 2
2
当含谐波， I kVx k[V V ]
第5章 电基本参数测量 有效值表误差 理论上无波形误差 ,实际上有： i) 频率：带宽误差。
第5章 电基本参数测量
交流电压的表征（续）
ｃ、有效值：一个交流电压和一个直流电压同时加到 电阻上，如产生的热量相同，则交流电压的有效值等 于直流电压。

T
0
u 2 (t ) U2 dt T R R
1 T 2 U u (t )dt 0 T
ｄ、波形因数、波峰因数（表征同一信号不同值关系） 交流电压的波形因数定义为该电压的有效值与平均值之比
第5章 电基本参数测量
二、交流电压的测量
交流电压的表征 峰值
平均值
有效值
波形因数、波峰因数
交流电压的测量方法
第5章 电基本参数测量
１、交流电压的表征
ａ、峰值：周期性电压一个周期内偏离零电平的最大值
幅值：偏离直流分量的最大值 ｂ、平均值：实际上为被测电压的直流分量
1 T U 0 u (t )dt T 0 T 1 电子测量中全波整流平均值： U u (t ) dt 0 T
U R 2U p
第5章 电基本参数测量
峰值表误差分析
理论误差
频率误差
波形误差
第5章 电基本参数测量
理论误差
原因：电阻电容充放电影响
放电影响，输出 U R <UP (或 2Up)：
相对误差： 绝对误差：
U Rs Rd 2 v 2.2( )3 U R
U U R U p
电压测量要求及仪器分类
测量要求：
1、频率范围：直流, 几Hz~1MHz, 甚至1GHz
2、测量范围：量程V~kV 3、测量准确度：
表示
有效值、峰值
满度值的百分数：%*Vm 读数值的百分数： %*Vx %*Vm + %*Vx
数字、DC表：准确度10–6 模拟、AC： 10–2~10–4
模拟表（线性） 对数、数字（非线性） 较合理