第5章 电子电压表

1、 第5章 电压测量仪器 5.1 5.1 概述概述( ( 电压电压测量仪器测量仪器的特点）的特点） 5.2 5.2 数字式电压数字式电压表表 5.3 5.3 模拟式模拟式电子电压表电子电压表 5.4 5.4 脉冲电压的测量脉冲电压的测量 习题五习题五5.1 5.1 概述（概述（电压电压测量仪器测量仪器的特点的特点） 电压是电路中表征电信号能量的三个基本参数(电压、电流、功率)之一，电压测量是电子测量中的基本内容。在电子电路中，电路的工作状态如谐振、平衡、截止、饱和以及工作点的动态范围，通常都以电压形式表现出来。电子设备的控制信号、反馈信号及其它信息，主要表现为电压量。在非电量的测量中，也多利用各

2、类传感器件装置，将非电参数转换成电压参数。 l. 频率范围 电子电路中电压信号的频率范围相当广: 直流、交流（几赫兹-几百兆赫兹） HFJ-8D:5Hz-1GHz;1mv-10v 2测量范围 十几微伏-几百伏3信号波形 电子电路中待测电压的波形，除正弦波外，还包括失真的正弦波以及各种非正弦波(如脉冲电压等) 。4高输入阻抗 电阻大于10MHz；电容小于50PF5测量精度 交流电压测量精度：10-210-4 直流数字电压表测量精度：10-6 10-7图5-1 电压表输入阻抗等效电路Ri尽量大，Ci尽量小6干扰电压测量易受外界干扰影响，当信号电压较小时，干扰往往成为影响测量精度的主要因素，相应要求

3、高灵敏度电压表(如数字式电压表、高频毫伏表等)必须具有较高的抗干扰能力，测量时也要特别注意采取相应措施(例如正确的接线方式，必要的电磁屏蔽)，以减少外界干扰的影响。5.2 5.2 数字式电压表数字式电压表5.2.15.2.1数字式电压表数字式电压表(DVM)(DVM)的组成原理的组成原理图5.2 数字电压表组成框图 1直流数字式电压表 直流数字电压表的组成如图5.2所示。图中模拟部分包括输入电路(如阻抗变换，放大电路、量程控制)和AD变换器，AD完成模拟量到数字量的转换。数字部分完成逻辑控制，译码(比如将二进制数字转换成十进制数字)和显示等功能。 2数字多用表(DMM) 在数字直流电压表前端配

4、接相应的转换器： 交流直流转换器(ACDC)； 电流电压转换电路(I/V) ； 电阻电压转换电路( V)， 构成数字多用表，如图5.3所示。图5.3 数字式多用表组成框图(1)线性ACDC变换器平均值ACDC和有效值ACDC。有效值ACDC可以采用热偶变换式和模拟计算式。平均值ACDC通常利用负反馈原理以克服检波二极管的非线性，以实现线性ACDC转换。图5.4是线性平均值检波器的原理，其中图a为运算放大器构成的负反馈放大器。这里用它说明图b半波线性检波的原理。设运放的开环增益为k，并假设其输入阻抗足够高，则： ioxiiokuuRuuRuu12xouRkRkRu122)1 ( 解得： 一般k1

5、(通常k在105-108之间)，因此上式简化为：xouRRu12 图5.4 线性检波原理 图5.5 线性平均值ACDC框图 (2)IV变换器xsIRRRU)1 (120 xxIRU0(3) V变换器xssRRUU01.逐次比较AD 主要电路单元 比较器、控制器、逐次逼近寄存器SAR 、缓冲寄存器、译码器和模数(DA)转换器。比较器:模拟输入电压Ux、反馈电压U0分别作用在比较器输入端，若U0 Ux ，Qc0(低电平)， 若U0 Ux，则Qc 1(高电平) 控制器：节拍脉冲发生器，根据Qc值控制SAR各位 的输出状态。5.2.2 A/D5.2.2 A/D转换器转换器逐次逼近寄存器SAR：一组双稳

6、触发器，如果是n位AD，则SAR中就有n个双稳触发器，各位的输出由控制器控制，并送往缓冲寄存器锁存和送往DA变换成模拟量U0。数模转换器DA：将二进制数字量转换成模拟量。图5.6 逐次逼近式数字电压表原理框图 2逐次比较AD工作原理 逐次比较AD的工作原理非常类似于天平称质量过程(因而逐次比较也叫称量法)。它利用对分搜索原理，依次按二进制递减规律减小，从数字码的最高位(1MB或MSB，相当于满度值FS的一半)开始，逐次比较到低位，使U0逐次逼近Ux。图5.7 三位逐次比较流程图图5.8 3比特逐次比较AD工作波形图5.3 5.3 模拟式电子电压表模拟式电子电压表 1 1、检波、检波放大式（峰值

7、电子电压表）放大式（峰值电子电压表） 在直流放大器前面接上检波器，就构成了如图5-9所示的检波放大式电压表。这种电压表的频率范围和输入阻抗主要取决于检波器。采用超高频检波二极管并在电表结构工艺上仔细设计，可使这种电压表的频率范围从几频率范围从几十十HzHz到几百到几百MHzMHz，输入阻抗也较大。 一般将这种电压表称为“高频毫伏表”(“高频电压表”)或“超高频毫伏表”(“超高频电压表”)，如国产DA36型超高频毫伏表，其测量频率范围为10kHzl000MHz。电压范围1mV10V(不加分压器)。输入阻抗分别为：100kHz时，3V量程，输入阻抗100k ；50MHz时，3V量程，输入阻抗50k

8、 ，输入电容C1)， uC2经反馈电阻Rf加至电容C1上作补偿电压。适当选择时常数R2C2，使脉冲休止期C2上放电很少。随着输入脉冲增多，uC2逐渐增大，当 时， 不再增加，由后面的直流电压表测出 。pCUU22CUpCUU2图5-23 补偿式脉冲电压表 3高压脉冲电压表 在雷达发射机等设备的测试中，会碰到高达万伏的高压脉冲，除利用电容分压法使用示 波器测试外，还可以使用高压脉冲电压表进行测量，图5-20是用充放电法测高压脉冲的原理。 图中D为高压硅堆，经限流电阻R1和电容C1构成峰值检波器。R2与微安表可用来直接指示被测脉冲峰值。R3为标准电阻，阻值远小于R2，其上电压为毫伏级，C2是旁路电

9、容，该电压可送直流电压表(数字电压表)显示。开关K在测量时闭合，测量后断开，以保护电压表。 当正向脉冲输入时，D导通，C1充电。脉冲休止期D截止，C1放电，由电表读取脉冲电压峰值。图5-24 用充放电法测高压脉冲表7.6l 国内外模拟电压表性能对照表习题： 1 1电子电压表与万用表交流档的主要区别是什么？ （1）工作频率高（万用表1000HZ） （2）灵敏度高 2 2电子电压表有几种电路形式，各适用测什么信号？ （1）放大检波式 f上限5-10M （2）检波放大式 超高频 上限1GHZ （3）外差式 频率范围宽，灵敏度高 （4）热电耦交换式噪声测量3 3放大放大检波式，使用何种检波器，表盘读数是什么值？（1）平均值检波器（2）表盘读数是有效值（3）读数VVKVaF11. 12VVKF2正弦时1.11 4、检波一放大式电子电压表使用何种检波器？表盘读数是什么值？（1）峰值检波器（2）读有效值（3）读数 全波整流时 KVVa/22/VVK2K 5、画出放大一检波式电子电压表方框图 阻抗变换衰减宽带放大检波表头指示 6、画出检波一放大式电子电压表方框图 检波衰减调制选频放大解调表头指示 同步 7、用电子电压表测量电路中某点电压时的接线顺序。测量完成后的撤离顺序。 按线顺序，先按地线、后按信号线 撤离时， 先撤信号线、后撤地线 8、利用峰值电压表测量正弦、方波和三角