电子测量技术 教学课件 作者 孟凤果 第5章.ppt

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1、4.1概述4.2模拟式电子电压表4.3数字电子电压表4.4电子电压表的使用方法第4章电压测量技术4.1概述4.1.1电子电路中电压的特点4.1.2交流电压的基本参数4.1.3电子电压表的分类4.1概述电压测量是电子电路测量的一个重要内容。电子设备的许多工作特性，诸如增益、衰减、灵敏度、频率特性、调幅度等都可视为电压的派生量；而电子设备的各种控制信号、反馈信号、告警信号等，往往也是直接表现为电压量；总之，电压测量是许多电参量测量的基础。本章将讨论模拟式和数字式两种电子电压表。1．频率范围宽2．电压范围广3

2、．等效电阻高4．波形多种多样另外，被测的电压中往往是交流与直流并存，甚至还串入一些噪声干扰等不需要测量的成份。电子电路中的电压具有如下特点：4.1.1电子电路中电压的特点4.1.2交流电压的基本参数描述交流电压的基本参数有：峰值、平均值和有效值。1．峰值任一个交变电压在所观察的时间内或一个周期性信号在一个周期内偏离零电平的最大电压瞬时值称为峰值，通常，用Up表示。如果电压波形是双极性的，且不对称，则正峰值Up+和负峰值Up-是不同的，如图4-1（a）所示。图4-1（a）交流电压的峰值不对称4-1(b)交

3、流电压的峰值对称任一个交变电压在所观察的时间内或一个周期性信号在一个周期内偏离直流分量U0的最大值称为幅值或振幅，用Um表示，正、负幅值不等时分别用Um+和Um-表示，如图4-1（b）所示，图中U0=0，且正、负幅值相等。注意：峰值与振幅值的区别。峰值是从零参考电平起计算的，振幅值则是以直流分量为参考电平计算，对于正弦交流信号而言，当不含直流分量时，其振幅等于峰值，且正负峰值相等。2．平均值任何一个周期性信号u(t)，在一周期内电压的平均大小称为平均值，通常，用表示。平均值的数学表达式为：在交流电压测量

4、中，平均值指检波之后的平均值，故又可分为半波平均值及全波平均值3．有效值任何一个交流电压，通过某纯电阻所产生的热量与一个直流电压在同样情况下产生的热量相同时，该直流电压的数值即为交流电压的有效值，通常，用表示。有效值的数学表达式为4.波形因数和波峰因数为了表征同一信号的峰值、有效值及平均值的关系，引入了波形因数和波峰因数。波形因数：交流电压的有效值与平均值之比，通常，用KF表示，即波峰因数：交流电压峰值与有效值之比，通常，用Kp表示，即表4-1列出了几种典型交流信号的各参数值。4.1.3电子电压表的分类

5、电子电压表的类型很多，一般按测量结果的显示方式将它们分为模拟式电子电压表和数字式电子电压表。1．模拟式电子电表模拟式电子电压表，一般是用磁电式电流表头作为指示器。在模拟式电子电压表中，大都采用整流的方法将交流信号转换成直流信号，然后通过直流表头指示读数，这种方法称为检波法；另外还有热电偶转换法和公式转换法等。根据电子电压表电路组成方式的不同，模拟式电子电压表又有不同类型，下面介绍几种典型的类型。⑴放大-检波式放大-检波式电子电压表，是先将被测信号进行放大，再进行检波，然后通过直流表头指示读数，如图4-2

6、所示。图4-2检波-放大式电子电压表的原理框图特点：放大电路一般采用多级宽带交流放大器，灵敏度很高，可测几十~几百微伏左右的电压，频率上限可达10MHz；交直流转换器常采用平均值检波器。这种类型的电子电压表常称为“毫伏表”。⑵检波-放大式检波放大式电子电压表对被测交流电压采取了先检波后放大的方法，故频率范围、输入阻抗等都主要取决于检波器。如果应用超高频检波二极管检波，则频率范围可达20Hz~1GHz。因此，这类电压表也称为“超高频电子电压表”。原理框图如4-3所示。图4-3放大-检波式电子电压表原理框图

7、检波-放大式电子电压表的交直流转换器采用了峰值检波器。⑶热电转换式和公式法热电转换式通过热电偶将交流电有效值转换成直流电压值，这种方法的优点是没有波形误差，但是有热惯性,频带不宽。公式法是利用有效值公式：数字式电压表首先利用模/数（A/D）转换原理，将被测的模拟量电压转换成相应的数字量，用数字式直接显示被测电压的量值。2．数字式电压表最基本、最常见的数字电压表是直流数字电压表（DVM），在其输入端配以不同的转换器或传感器就可测量交流电压、电流、电阻等电量。它是多种数字测量仪器的基本组成部分。典型的数字式

8、电压表的组成框图如图4-4所示。图4-4直流数字电压表的组成1.2.1电力二极管的工作原理二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要特征。PN结的反向击穿（两种形式)雪崩击穿齐纳击穿均可能导致热击穿(永久性击穿）电力二极管与信息电子电路中的普通二极管的区别由于电力二极管正向导通时要流过很大的电流，其电流密度较大，因而额外载流子的注入水平较高，而且其引线和焊接电阻的压降等都有明显的影响；再加上其承受的电流变化率di/dt较大，因而其引线