电压测量练习题

1、电压测量一、埴空题1、用一只0.5级50V的电压表测長亘流电压，产生的绝对误差 J犬。答案：0.252、用峰值电压表测長某一电压，若读数为IV,则该电压的峰值为伏。咨案：1-413、采用某电压表（正弦有效值刻度）测長峰這相等（Vp=5V）的正弦波、方波、三角波， 发现读数相同，则该表为一检波方式，镁数o答案： 峰值3.53V4、峰值电压表的基本组成形式为式。答案：检波一放大7、某数宇电压表的最大计数容長为19999,通常称该表为位教宇电压表；若其最小長程为0.2V,则其分辨力为 o咨案：（或四位半），10心9.四位半的DVM测長15V的稳压电源电压为15.125V,B四位有效教宇时其值为答案：

2、15.12V二、判断题：2、数宇电压表的固有i吴差由两项组成，其中仅与被测电压大小有关的误差叫读教误差，与 选用旻程有关的误差叫满度误差。（）75、有效值电压表适应于非正弦波的电压测星，其电压刻度与被测电压波形无关。（）X6、双斜式DVM中，其平均特性可以抑制共模干扰影响。（）x/7、双积分式DVM中变换结果与积分器积分元件RC有关，但其积分器线性不好也不会引起 测星误差。（）X8、对于双积分式DVM,对输入信号积分的时间只有尊于工频（50Hz）的周期时，才能抑 制工频干扰。（）X9、一台四位半的DVM,墓本長程为2V,则其具有超星程能力。（）X四位半的DVM显示为19999,若基本長程为2V

3、,则不能再超过此值。三、选择题：K交流电压的波峰因素Kp定义为=(C )A:峰值/平均值B:有效值/平均值C：峰值/有效值D：平均值/峰值2、波形因素为o ( B)A：平均值与有效值之比B:有效值与平均值之比C：峰值与平均值之比D:峰值与有效值之比5、交流电压V(t)的有效值的表达式为.6、一台5位DVM,其基本長程为10V,则其刻度系数(即每个字代表的电压值)为mv/宇。(B )A:0.01B:0.1C：1P:107、一台5位半DVM,其墓本長程为2V,则其刻度系教(即每个宇代表的电压值)为nV/宇。(A )A:0.01B:0.1C：1P:109、根据dB及dBm的定义，当负载阻抗为时，dB

4、=dBtn。( D )A:752B:150QC：300QD:6OO210、在双斜式积分DVM中，积分过程可简述为。(B )A:对被测信号定斜率正向积分，对墓准电压定时反向积分B:对被测信号定时正向积分，对墓准电压定斜率反向积分C:对被测信号定时正向积分，对基准电压定时反向积分D:对被测信号定斜率正向积分，对基准电压定斜率反向积分11、一台4亍 位DVM,因有误差为土(0.01%读数+1宇)，则在2V呈程上的满度误差为(C )oA:lmVB: 2mV C： 0.1 mV D: 土 0.2mV基本呈程为10.000V的四位斜坡电压式DVM中，若斜坡电压的斜率为10V/4()ms,问时钟频 率应为多

5、少？当被测宜流电压Ux=9.256V时，门控时间及累计脉冲数各为多少？ 设一台荃于单斜A/D转换器的4位DVM,基本長程为10V,斜波发生器的斜率为 10V/100ms,试计算时钟信号频率。若计数值N=5123,则被测电压值是多少？ P203 解4位DVM即具有4位数宇显示，亦即计数器的最大值为9999。满長程10V (即A/D转换器允许输入的黒大电压为10V),又，斜波发生器的斜率为1 ov/100ms,则在满長程10V时，所霁的A/D转换时间即门控时间为100ms。即在100ms內计数器的脉冲 计数个数为10000 (最大计数值为9999) o于是，时钟信号频率为10000100ms= 1

6、00kHz苦计数值*5123,则门控时间为5123100kHz=51.23ms又由斜率 k= 10V/100ms，即可得被测电压为Vx=kT=10V/l00ms X 51.23ms = 5.123V显然，计数值即表示了被测电压的数值，而显示的小数点位直与选用的長程有关。双斜积分式DVM基准电压Vr=10V,第一次积分时间Tl = 100ms,时钟频率R)=100kHz,问: (1)该DVM为多少位的电压表？ (2)该DVM的分辨力为多少？ (3) DVM显示出T2 时间内的计数值N2=5600，问被测电压解：(1)M = ioowj xioow= loooo ,故 dvm 为四位icy分辨力弘

7、Toooo? 72 = 5600时,冬=563/字灯加Q字= 560QF；5-23甲、乙两台DVM,显示的最大值为：甲9999 ;乙19999 ；问：它们各是几位的数 宇电压表？乙的景小误差为0.2V,其分輔力是多少？工作误差为 V = (0.02%Vr+/i字)，分别用不了和2oV長程，测長的电压，求绝对误差和相对误差？下面给出四种数宇电压表的最大计数容長 wordl9(1) 9999 ;(2) 19999 ;(3) 5999;(4)19999。试说明它们分别是几位的数宇电压表？其中第种的最小误差为0.2V,问它的分辩力是多 少？4丄3-3丄解4位；(2)2位；4位(也可以说4位)；2位位，

8、其中第二种的最小長程为0.2V,它的分辨率是10pV。 数宇电压表的固有误差AU= (0.001%读数+ 0.002%满度)，求用2V長程测旻1.8V 和0.18V电压时产生的绝对误差和相对误差。解：用2V長程档，测1.8V电压的误差为AV= (0.001 %Vx + 0.002%Vm)= (0.001 %X 1.8 + 0.002%X2.0) =5.8X10-5V = 32.2x10-相对误差=1別/用2V呈程档，测0.18V电压的误差为V= (0.001 %Vx + 0.002%Vm)= (0.001%X0.18+0.002%X2.0) =4.18X10-5V相对误差例一台3位半的DVM给

9、出的精度为：土（0.1%镁数+1宇）,如用该DVM的020V DC 的基本長程分别测長5.00V和15.00V的电源电压，试计算DVM测長的固有误差。解首先，计算出“1宇”对应的满度误差。在020V長程上，3位半的DVM对应的刻度系数为0.01V/宇，因而满度误差“1宇” 相当于O.OlVo当Vx=5.00V时，固有误差和相对误差分别为：AVx = （0.1 % X 5.00V+0.01= 0.015Vx!00% = 转换为直流电流一 驱动表 指 7K o模拟式电压表是指针式的，用磁电式电流表作为指示器，并在电流表表盘上以电压(或dB) 刻度。根据功能分为：宜流电压表 交流电压表、脉冲电压表和

10、多用途电压表；根据使用频 率范围分为：超低频电压表，低频(音频)电压表、高频电压表超高频电压表和选频电压表。 根据测長目的的不同，可以选用不同特性的检波器，有峰值检波、平均值检波与有效值检波 三种。有效值、峰值和平均值电压表，电平表等。.数宇化直流电压测長方法数宇式电压表首先将模拟長通过模/数(A/D)变换器变成数宇長，然后用电于计数器 计教，并以十进制数宇显示被测电压值。模拟直流电压-A/D转换器-数宇長-数宇显示(直观)。数宇电压表(DVM),数宇多用表(DMM)。(3).交流电压的数字化测豊交流电压(有效值、峰值和平均宣)一直流电压-A/D转换器-数宇長一数宇显示。DVM (DMM)的扩

11、展功能。.墓于采样的交流电压测星方法1 N如根据伙),交流电压-A/P转换器-瞬时采样值u (k)-计算。N为u(t)的一个周期内的采样点数可计算得到有效值。.示波测量方法 交流电压一模拟或数宇示波器一显示波形-i 卖出结果。5表征交流电压的基本参長有那些？简述各参長的意义。交流电压可以用峰值、平均值、有效值、波形系数及波峰系数来表征。峰值以零电平为参考的杲大电压幅值(用Vp表示)。以直流分長为参考的最大电庄 幅值则称为振幅，通常用U和表示平均值交流电压测長中，平均宣通常指经过全波或半波整流后的波形(一般若无特指,91均为全波整流)，数学上定义为：u =-, T为u(t)的周期。相当于交流电压

12、u(t)的直流分長。对理想的正弦交流电压u(t)= Vk Sin(cot),若co=2k/T2j a24U = 2x Asin=cos曲= 0.637AT JTeo1 n有效值交流电压u(t)在一个周期T内,通过某纯电阻负载R所产生的热長，与一个直 流电压V在同一负载上产生的热長相等时，则该直流电压V的数值就表示了交流电压u(t) 的有效值。_ 1对理想的正弦交流电压 U(t)= Vp sin(cot),若 co=2k/T =-Vr=0.707 Vp波峰因数一 值与有效值的比值，用Kp表示。心=令=y对理想的正弦交流电压妒V严細，若卡T,有K产寸逅=近“V 有效值波形因数一有效這与平均值的比值

13、，用心表示。K严厂和丽 对理想的正弦交流电压u（t）= Vp sin（wt）,若g=2k/T，有Kr = = g并J =訂J心6.如何由峰值电压表和平均值电压表的读数换算得到被测电压的有效值。峰值电压表的增益可以做得很高，而且噪声和零点漂移都很小，灵敏度可高达几+pV,故常称超高频毫伏表。峰值响应，即：U（t）a峰值检波入放大入驱动表头原理：由二极管峰這检波电路完成。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。有二极管串联和并联两种形式。从波形图可以看出，峰宣检 波电路的输出存在较小的波动，其平均值略小于实际峰值。表头刻度按（纯）正弦波有效值刻度。因此：当输入

14、U（t）为正弦波时，读数0（即为u（t）的有效值V （而不是该纯正弦波的峰值Vp）。对于非正弦波的任意波形，读数cc没有直接意义（既不等于其峰值Vp也不等于其有效值V）。但可由读数仅换算出峰值和有效值。刻度特性V峰值电压表是按正弦有效值来刻度的，即 = V =-式中a 电压表读数；V- 正弦电压有效值；KP一一正弦波的波峰因数。由读数仪换算出峰值和有效值的换算步骤如下：第一步，把读数匕想象为有效值等于0C的纯正弦波输入时的读数，即一 = 第二步，将V转换为该纯正弦波的峰值，即=V.= v2a第三步，假设峰值等于V厂的被测波形（任意波）输入,即W 任超=Vp = V2a注：对于峰值电压表，（任意

15、波形的）峰值相等，则读数相等” o 第四步，由再根据该波形的波I峰因数（査表可得），其有效值匕任总K “任通(5-17a)上述过程可统一推导如下:(5b)K VK匕=亠竺=k =P任总 ：.W.EN八卩任色八P任懋该式表明：对任意波形，欲从读教G得到有效值，雲将0C乘以因于嘉（若式中的任意波为 正弦波，则k=l, ia即为正弦波的有效值）。综上所述，对于任意波形而言，峰值电压表的i卖数虫没有直接意义，由读数oc到峰值和有 效值需进行换算，换算关系归纳如下：（任意波）峰值Vp =近a = 1.41a （任意波）有效值V = =兰空 K”式中，“为峰值电压表读数，K为波峰因数。苦将读数鼻直接作为有

16、效值，产生的误差为迈aa _ lKnK厂迈Ktyv = L近a x/2近上式称为峰值电压表的波形误差，它反映了读数值与实际有效值之间的差异。例用具有正弦有效值刻度的峰值电压表测長一个方波电压，读敌为1.OV,问如何从该读 数得到方波电压的有效值？解根据上述峰值电压表的刻度特性，由读数a=l.ov,第一步，假设电压表有一正弦波输入，其有效值=1-OV；第二步，该正弦波的峰值=1.4V;第三步，将方波电压引入电压表输入，其峰值Vp=1.4V；第四步，査表可知，方波的波峰因数Kp=l,则该方波的有效值为：V=Vp/Kp=1.4Vo 平均值检波 放大一检波式电于电压表，即先放大后检波，在均值电压表中，

17、检波 对被测电平的平均值产生响应，一般都采用二极管全波或桥式整流作为检波器，一般所谓“宽 频毫伏表”基本上属于这种类型。典型的频率范围为20Hz-10MHz,故又视为“视频毫伏 表”。波形误差为:1-14一 xl00%-29%1.4由二极管桥式整流（全波整流和半波整流）电路完成。整流电阳输出直流电流S其平均值 与被测输入电压U（t）的平均值成正比（与u（t）的波形无关）。于是，1“的平均值石与u（t）的平 均值丽成正比。刻度特性和波形误差：均值电压表的表头偏转正比于被测电压的平均值平均值在数学上定义为 v =lj1 01 T对于纯粹的交流电压来说，比如正弦波电压，v =0o V=-jv（t）d

18、tT o均值电压表虽然是均宣响应，但是，仍以正弦有效值刻度。定义一个信号电压的有效值与平 均值之比为波形因数，即由i卖数oc换算出均值和有效值的换算步骤如下: 第一步，把读数0C想象为有效值等于0C的纯正弦波输入时的读数，即v- =a第二步，由3计算该纯正弦波均值V a2?2第三步，假设均值等于穴的被测波形（任意波）输入，即 V =V_=0.9a 注：“对于均值电压表，（任意波形的）均值相等，则读数相等”。第四步，由卩任厂 再根据该波形的波形因数（査表可得），其有效值(5-20a)=心任童V任恿=心任慰x0.9a上述过程可统一推导如下： 沧=心任总存恿=K,.任 = K迪才=畑，恰-二音 =0

19、.9心任恿 上式表明，对任意波形，欲从均值电压表读数a得到有效值，雷将（X乘以因于嘉（若式中 综上所述，对于任意波形而言，均值电压表的读教0C没有直接意义，由读数（X到峰值和有 效值需进行换算，换算关系归纳如下：（任意波）均值G = 0.9a任意波）有效=x0.9a“（5-21）式中，a为均值电压表读数，Kf为波形因数。若将读数7直接作为有效值，产生的误差为（均值电压表的波形误差）-心山 _ 1-心09 _ 1.11Kf x 0.9aKh. x 0.9 KF例用具有正弦有效值刻度的均值电压表测長一个方波电压，读教为1.0V,问该方波电压 的有效值为多少？解根据上述均值电压表的刻度特性，由读数a

20、=L（）V,第一步，假设电压表有一正弦波输入，其有效值=1.0V；第二步，该正弦波的均值V=O.9a=O.9V;第三步，将方波电压引入电压表输入，其均值V = jZ-=0.9V；第四步，査表可知，方波的波形因数“尸方波=i,则该方波的有效值为：1-0 9/ =xl00%ll%波形误差为：98.简述双积分式AD转换原理&特点。基本原理：通过两次积分过程（“对被测电压的定时积分和对参考电压的定值积分”）的比 较，得到被测电压值。包括积分器、过零比较器、计数器&逻辑控制电路。数字输出（a）场型框图1积分 !波形 0复寧tl:10D1111F J J计数器 输入1（b）腆分波形图图5-15双枳分式AD

21、C的原理框图双积分式ADC特点：一次测長包括3个连续过程，所雷时间为T+ T,+ T2,其中，T。、Ti是固定的，T2则 与被测电压必有关，必愈大T2愈大。一般转换时间在几十ms几百ms,（转换速度为几次 /秒几十次/秒），其速度是较低的，常用于高精度慢速测長的场台。1）积分器的R、C元件对A/D转换结果不会产生影响，因而对元件参数的精度和稳定性要 求不高。2）参考电压乂的精度和稳定性对A/D转换结果有影响，一般需采用精密基准电压源。 例如，一个16bit的A/D转换器,其分辨1LSB=1/216=1/65536*15X1O-6,那么，要求基 准电压源的稳定性（主要为温度漂移）优于15ppm

22、（即百万分之15）。3）比较器要求具有较高的电压分辨力（灵敏度）和时间分辨力（响应带宽）。如一个6位的A/D捷换器,若满度时积分器输出电压为1OVJIJ ADC的1 LSB=10V/106=10uV, 则要求比较器的灵敏度优于10uV。响应带宽则决定了比较器及时响应积分器输出信号快速 （斜率较陡山肖）过零时的能力。4）积分器响应的是输入电压的平均宣，因而具有较好的抗干扰能力。如输入电压vx = Vx + V,n,则T,阶段结束时积分器的输出为1 f/2T T,-V（im = （V + %” lt = _ - 匕 _ -!-心”RC JRCRCDVM的最大干扰来自于电网50Hz工频电压（周期为2

23、0ms）,因此，只要选择T,时间为20ms 的整倍数，则干扰信号的平均值为零。苦采用有正弦波有效宣刻度的平均电压值表分别测長三种波形（正弦波、方波、三角波）交 流电压进行测昱，指示值均为IV,问各种波形有效值分别是多少？（波形因教分别为正弦波 1.11,方波1,三角波1-15）设上题中，若采用有正弦波有效值刻度的峰值电压值表，三种波形（正弦波、方波、三角波） 的有效值分别是多少？（波峰因数分别为正弦波1.414,方波1,三角波1.73） 试述电压测長的基本原理、方法和分类。被测电压按对象可以分为直流电压和交流电压，按技术可以分为模拟测星和数宇测長，测旻 方法不同，所用的测長仪器有所不同。基本呈

24、程为W.000V的四位斜坡电压式DVM中，若斜坡电压的斜率为10V/40ms,问时钟频 率应为多少？当被测直流电压Ux=9.256V时，门控时间及累计脉冲数各为多少？基本呈程为10.000V的四位斜坡电压式DVM中，若斜坡电压的斜率为10V/40ms,问时钟频 率应为多少？当被测直流电压Vx = 9.256V时，门控时间及累计脉冲数各为多少？答案：时钟脉冲频率为:1000个脉冲= 250依40/7/5若被测电压VX=9.256V门控时间T = 1 40/715 = 37.024”3 Jr10V累计脉冲数N=37.024ms X 250kHz=9256个脉冲设一台基于单斜A/D转换器的4位DVM

25、,基本長程为10V,斜波发生器的斜率为10V/looms,试计算时钟信号频率。若计数值N=5123,则被测电压值是多少？ P203若斜坡电压的斜率为10V/50ms,要求4位数字读出，则时钟脉 冲频率应为f =弓犁=200kHz.50ms若被测电压VX=9.163V门控时间T= 45.815ms累计脉冲数=45.85ms X200kHz=9163个脉冲通过确定小数点位,可显示 出 9.163V.用斜坡电压技术所能达到的测畳准确度，取决于斜坡电压的线性及其绝对斜率稳 定性，以及时间测量的准确度。此外，比较器的稳定性也是影响测谋差的重要 因素。双斜积分式DVM墓准电压Vr=10V,第一次积分时间T

26、l = 100ms,时钟频率R）=100kHz,问：（1）该为多少位的电压表？ （2）该的分辨力为多少？ （3） DVNI显示出T2时间内的计教值N2=5600,问被测电压V歼？双斜积分式DVM基准电压Vr=10V,第一次积分时间Tl=100ms,时 钟频率fD=100kHz，问：该DVM为多少位的电压表？ （2）该 DVM的分辨力为多少？ （3） DVM显示出T2时间内的计数值 N2=5600，问被测电压Vx=?解：(1) M = = 100 OO= 10000 故 MN 为四位V 10V i=-=-= lmV /宁(2)分辨力甌1皿叩字 AZ2 = 5600时，=5600/字乂 1加字= 5.6tKI