电子仪器测量 第5章电压测量课件.ppt

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1、第五章电压测量本章要点：·电压测量的重要性，对电压测量的要求和分类·模拟式直流、交流电压的测量以及高频、脉冲、噪声电压的测量·数字电压表组成原理、工作特性和分类·积分式和比较式A/D转换器及数字多用表的组成原理与特点·数字电压表的误差与干扰5.1概述5.1.1电压测量的重要性电压是电子测量的一个主要参数。电参量的基础：U=IRI=U/RR=U/IP=IU=U2/R=I2R电压的派生量，例如，调幅度，波形的非线性失真系数等等。在非电量测量中，大多数物理量（如温度、压力、振动、速度等）的传感器大多是电压作输出的。因此，电压测量是其它许多电参量、非电参数测量的基础。5.1.2对电压测量的

2、基本要求1.应有足够宽的电压测量范围nV→μV→mV→V→→kV2.应有足够宽的频率范围交流电压的频率范围约从几Hz到几百MHz，甚至达GHz量级。目前，模拟电压表可测量的频率范围要比数字表高得多。例如，92C型模拟射频电压表频率上限达1.2GHz，而DP100型数字多用表只能达25MHz。3.应有足够小的测量不确定度即可达10-6微伏量级4.应有足够高的输入阻抗5.应具有高的抗干扰能力5.1.3电压测量仪器的分类1.模拟式电压表指针式电压表：用磁电式电流表作为指示器模拟示波器：刻度比较2.数字式电压表经A/D将模拟信号转换为数字信号各有千秋模拟表----驾驶台仪表多，一目了然；高

3、频电压表数字表----精度高，输入阻抗高，便于与计算机联接5.2模拟式直流电压的测量5.2.1三用表中的直流电流、电压测量1.表头：三用表中直流电流、电压通常由磁电式高灵敏度直流电流表作指示。直流电流表俗称表头，图5.1给出了动圈式电流表头结构的双视图。其工作原理是利用载流导体与磁场之间的作用来产生转动力矩，使导体框架转动而带动指针偏转，其偏转角度正比于通过线圈的被测电流。图5.1动圈式仪表的结构双视图游丝SNNSPPPPSK永久磁铁标尺指针软心铁K吸靴可动线圈K轴轴承游丝S指针游丝S可动线圈K轴承I=Kθ式中K由设计决定的恒量，它与线圈匝数、线圈面积、磁场强度及游丝扭转力矩有关。

4、K值表示电流表偏转单位角度时所需通过的电流，K值越小，电流表越灵敏。这样就可以从指针所指角度位置来测电流。2．电流表量程扩展允许通过的最大电流值称为量程Im，如50μA、100μA。1mA等。由于电流线圈匝数很多，其内阻较大。设现有一表头，Im=50μA，r=3kΩ.现要测量500μA电流怎么办？要并联分流电阻RS以扩展量程。因两路端电压相等图5.2表头等效电路Im-+rB图5.3电流量程扩展50μA+Rs3KImIIsA-（5.1）式中n称电流量程扩大倍数，也称分流系数。3.直流电压测量用电流表头能否直接测量电压？能测，但测量的电压范围很小。现以图5.4，在指针指示满刻度时，它两

5、端的电压是：U图5.4用表头直接测电压50μAr3KIm1.5V即它所能测量的最大电压为0.15V。为了能测量较高的电压，需串联倍压电阻RP来扩展量程。（5.2）RPrIm图5.5给出了三用表直流电压档量程扩展的原理电路图。图中除最小量程U0=Im×r外，又增加了U1、U2、U3三个量程。根据所需扩展的量程，不难算出3个倍压电阻值：图5.5直流电压表电路ReR1R2R3U3U0U1U22.5v10v50v250v电压灵敏度“Ω/V”通常把电压表内阻RV与量程Um之比定义为电压表的电压灵敏度(每伏欧姆数Ω/V)：（5.4）“Ω/V”数越大，表明为使指针偏转同样角度所需驱动电流越小。“

6、Ω/V”数一般标明在磁电式电压表表盘上，可依据它推算出不同量程时的电压表内阻，即（5.5）例如某电压表的“Ω／V”数为20kΩ／V，则5V量程和25V量程时电压表内阻分别为100kΩ和500kΩ。5.2.2直流电子电压表直流电子电压表通常是由磁电式表头加装跟随器（以提高输入阻抗）和直流放大器（以提高测量灵敏度）构成，当需要测量高直流电压时，输入端接入由高阻值电阻构成的分压电路。电子电压表组成框图如图5.7所示。图5.7电子电压表框图＋－R0U1KU2U3R1R3R2UxFET源极跟随器放大器RvμAUx＋－＋－ΔU＋－AI0IIFRFUf＋－μAUi分压器及跟随器FET图5.8集成

7、运放电压表原理5.3交流电压的测量5.3.1交流电压的表征交流电压可以用峰值、平均值、有效值、波形系数以及波峰系数来表征。数学定义：均方根值物理定义：能量等效tUUPUPtU峰值平均值直接平均为零；半波均值全波均值tU有效值U图5.9交流电压的峰值u(t)u(t)tt00U0U0Um+（a）（b）－＋＋＋＋＋＋＋－－Up+Up_Um-UPPUm-Um+－峰峰值峰值t00全波平均值t0正半波平均值t负半波平均值通常，在未特别注明时，平均值即指全波平均值而言。3.有效值若