电子测量 第六章

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1、第3节交流电压测量6.3.1交流电压表征和测量方法表征交流电压的基本参量：峰值、平均值、有效值、波峰因数和波形因数。（1）峰值以零电平为参考的最大电压幅值（用Up表示）。注：以直流分量为参考的最大电压幅值则称为振幅，（通常用Um表示）。1.交流电压的表征UpUm1.交流电压的表征（续）数学上定义为：相当于交流电压u(t)的直流分量。交流电压测量中，平均值通常指经过全波或半波整流后的波形（一般若无特指，均为全波整流）：对理想的正弦交流电压u(t)=Upsin(ωt)，若ω=2π/T，则：（2）平均值（均值）1.交流

2、电压的表征（续）（3）有效值定义：交流电压u(t)在一个周期T内，通过某纯电阻负载R所产生的热量，与一个直流电压U在同一负载上产生的热量相等时，则该直流电压U的数值就表示了交流电压u(t)的有效值。直流电压U在T内电阻R上产生的热量:交流电压u(t)在T内电阻R上产生的热量:有效值：1.交流电压的表征（续）（3）有效值（续）意义：有效值在数学上即为均方根值。有效值反映了交流电压的功率，是表征交流电压的重要参量。对理想的正弦交流电压u(t)=Upsin(ωt)，若ω=2π/T1.交流电压的表征（续）（4）波峰因数与

3、波形因数波峰因数定义：峰值与有效值的比值，用Kp表示：对理想的正弦交流电压u(t)=Upsin(ωt)，若ω=2π/T,则：1.交流电压的表征（续）（4）波峰因数与波形因数波形因数定义：有效值与平均值的比值，用KF表示，对理想的正弦交流电压u(t)=Upsin(ωt)，若ω=2π/T,则：常见波形的波峰因数和波形因数可查表得到：如:正弦波：Kp=1.41，KF=1.11；方波：Kp=1，KF=1；三角波：Kp=1.73，KF=1.15；锯齿波：Kp=1.73，KF=1.15；脉冲波：Kp=，KF=，τ为脉冲宽度，

4、T为周期白噪声：Kp=3（较大），KF=1.25。1.交流电压的表征（续）（4）波峰因数与波形因数2.交流电压的测量方法1）交流电压测量原理交流电压→直流电压（有效值、峰值和平均值）→驱动表头→指示。2）不同的检波电路交流电压→有效值、峰值和平均值的转换，称为AC/DC转换。由不同的检波电路实现。注意：虽然电压量可用不同的值来表征，也可用不同的方法测量，但电压表一般都用正弦波的有效值来定度。各种波形的相关参数必须根据电压表的读数及所用检波方法进行波形换算后得到。2.交流电压的测量方法2）不同的检波电路二极管峰值检

5、波电路u(t)RLUpu(t)RLUpCC二极管峰值检波电路工作原理:通过二极管正向快速充电达到输入电压的峰值，而二极管反向截止时“保持”该峰值。为此，要求：式中，Rs和rd分别为等效信号源u(t)的内阻和二极管正向导通电阻，C为充电电容（并联式检波电路中C还起到隔直流的作用），RL为等效负载电阻，Tmin和Tmax为u(t)的最小和最大周期。检波二极管采用特殊的高频二极管，使得峰值电压表的最高使用频率可达几百MHz，峰值电压表也称为高频毫伏表2.交流电压的测量方法2）不同的检波电路二极管峰值检波电路u(t)RL

6、Upu(t)RLUpCCUpUp从波形图可以看出，峰值检波电路的输出存在较小的波动，其平均值略小于实际峰值。开路式（串连式）闭路式（并连式）2.交流电压的测量方法2）不同的检波电路检波－放大式峰值电压表注意：峰值电压表是用正弦波的有效值Ua来刻度的，峰值检波器输出Up与电压表指示值Ua满足：Ka为定度系数，如要读取峰值Up，需根据：进行计算:峰值检波可变量程分压器直流放大器µA峰值检波可变量程分压器直流放大器µA模拟电压表组成方案：检波器是实现交流电压测量（AC-DC变换）的核心部件，同时，为了测量小信号电压，放

7、大器也是电压表中不可缺少的部件，因此，组成方案有两种类型：一种是先检波后放大，称为检波-放大式；一种是先放大后检波，称为放大-检波式。模拟电压表的两个重要指标：带宽和灵敏度。2.交流电压的测量方法检波器决定电压表的频率范围、输入阻抗和分辨力。峰值电压表常用这种类型。2.交流电压的测量方法峰值检波器步进分压器直流放大器1）检波-放大式电压表组成框图检波器为提高频率范围，采用超高频二极管检波，其频率范围可从直流到几百兆赫，并具有较高的输入阻抗。检波二极管的正向压降限制了其测量小信号电压的能力（即灵敏度限制），同时，检

8、波二极管的反向击穿电压对电压测量的上限有所限制。为减小高频信号在传输过程中的损失，通常将峰值检波器直接设计在探头中。放大器采用桥式直流放大器，它具有较高的增益。直流放大器的零点漂移也将影响电压表的灵敏度。2.交流电压的测量方法放大器为提高灵敏度，采用高增益、低漂移的直流放大器，如斩波稳零式直流放大器，其灵敏度可达几十微伏。——称之为“调制式电压表”，如国产HFJ-8型高频