电子测量4第2部分.

1、 数字式电压表（DVM）利用模拟数字（A/D）转换器，将模拟的被测电压量转换成数字量，然后利用十进制数字显示方式显示被测量数值。数字多用表（DMM）的框图5.13所示。 AC-DC 变换器 I-DC 变换器 -DC 变换器 数字电压表 KVDCVACI图5.13 数字多用表的框图 测量范围包括显示的位数、量程的范围和是否具有超量程能力等。 位数是指能显示09共十个完整数码的显示器的位数。其中1/2位，指的是最高位只能取“1”或“0”，不能将09十个数码全部显示的位。 DVM的量程范围包括基本量程和扩展量程。基本量程是测量误差最小的量程，它不经过衰减和放大器；扩展量程是采用输入衰减器和放大器来完

2、成的，它的测量精度比基本量程的测量精度降低。 1/2位和基本量程结合起来，说明DVM是否具有超量程能力。 分辨率是指DVM能够显示的被测电压的最小变化值，即显示器末位跳动一个数字所需的电压值。在不同的量程上DVM的分辨率是不同的，在最小量程上，DVM具有最高分辨率。 测量速率是指每秒钟对被测电压的测量次数，或一次测量全过程所需的时间。 输入特性包括输入阻抗和零电流两个指标。 直流测量时，DVM输入阻抗用 R i表示。量程不同，R i也有差别，一般在10M1000M之间。 交流测量时，DVM输入阻抗用 R i和输入电容 C i的并联值表示，一般 C i在几十至几百皮法之间。 n 采用共模抑制比和

3、串模抑制比来表示DVM的抗干扰能力。一般共模干扰抑制比为（80150）dB；串模抑制比为（5090）dB。n 在DVM中抑制串模干扰的措施有两种，一是在DVM的输入端设置滤波器；二是从A/D转换原理上采用双积分电路可消除干扰。n 在DVM中抑制共模干扰主要采用输出端浮置的办法。 DVM的固有测量误差主要是读数误差和满度误差，通常用测量的绝对误差表示。 U（U x + % Um） （5-15）式中 误差的相对项系数； 误差的固定项系数； U x 被测电压读数； U m 该量程的满度值。 工作误差指在额定条件下的误差，通常也以绝对值形式给出。 数字电压表的组成如图5.14所示。 输入电路 A/D变

4、换器 计数器 显示器 逻辑控制 电路 时钟信号 发生电路 被测信号数字部分模拟部分图5.14 数字电压表的组成框图 如图5.15所示，逐次逼近比较式A/D转换器由电压比较器、D/A转换器、逐次逼近寄存器（SAR）、逻辑控制电路和输出缓冲器等部分组成。 D/A 转换器 逐次逼近寄存器 SAR 输出缓冲器 逻辑控制电路 + - A (MSB)(LSB)并行数字输出基准电压Vref模拟输入u x钟脉冲起始脉冲图5.15 逐次逼近比较式A/D转换框图 逐次逼近比较式A/D变换是属于直接式A/D变换。其基本原理是用被测电压和一个可变的已知的电压（基准电压）进行比较，直至比较结果相等。达到测出被测电压值的

5、目的。 （1）测量速度快。 （2）测量精度取决于标准电阻和基准电压源的精度，还与D/A转换器的位数有关。 （3）由于测量值对应于瞬时值，而不是平均值，所以抗串模干扰能力差。主主门门计计数数器器逻逻辑辑控控制制电电路路数数字字输输出出时时钟钟S1S2CRVx-VrVr积积分分器器比比较较器器-+-+S S1 1 S S2 2Vot0t1复复零零t2t3VoVomT1T2N1N2t积积分分波波形形计计数数器器输输入入a.b.清清零零T0f0T011T0模拟式电压表模拟直流电压表模拟交流电压表电子电压表放大检波检波放大峰值平均值有效值数字式多用表逐次逼近比较式双积分式电压测量的基本要求电压测量的基本

6、要求要求：要求：(1)(1)应有足够宽的频率范围应有足够宽的频率范围 (2)(2)应有足够宽的电压测量范围应有足够宽的电压测量范围 (3)(3)应有足够高的测量准确度应有足够高的测量准确度 (4)(4)应有足够高的输入阻抗应有足够高的输入阻抗 (5)(5)应有足够高的抗干扰能力应有足够高的抗干扰能力 模拟式万用表的直流电压档由表头串联分压电阻组成，其输入电阻一般不太大，而且各量程档的内阻不同，在用模拟式万用表测量直流电压时，一定要注意表的内阻对被测电路的影响，否则将可能产生较大的测量误差。 为了减小由于模拟式万用表内阻不够大而引起的测量误差，可用如图5.20所示的零示法。 V k50VE9Es

7、图5.20 零示法测量直流压 交流电压表测量时将交流电压经过检波器转换成直流电压后再进行测量。 模拟式万用表测量交流电压的频率范围较小，一般只能测量频率在1kHz以下的交流电压。 不同型号表有不同的频率范围 用示波器法测量交流电压与电压表法相比具有如下优点： （1）速度快。 （2）能测量各种波形的电压。 （3）能测量瞬时电压。 （4）能同时测量直流电压和交流电压。5.5.3 分贝的测量分贝的测量一、一、 数学定义数学定义1.功率之比的对数功率之比的对数分贝分贝(dB)2.电压比的对数电压比的对数3.绝对电平绝对电平(1)功率电平dBm(2)电压电平电压电平dBV以600电阻上消耗1mW的功率作

8、为基准功率)(1lg10lg100mXXPdBmWPPPL)(775.0lg20VXUdBULXUPRLL600lg104.相对电平相对电平(1)相对相对功率电平dBm(2)电压电平电压电平dBV)(lg10dBPPLBAP)()(lg20dBLLdBUULUBUABAU)(lg10lg1000dBLLPPPPPPLPBPABABAP 电平的测量实际上也是电压的测量。 电平量程的扩大实质上也是电压量程的扩大，电压量程扩大N倍时，电平增加20lgN。NNUULxxUlg20775. 0lg20775. 0lg20(5-22) 0dB刻度相当于电压等于0.775V。当U x0.775V时，测量所得

9、dB 值为正；当U x0.775V时，测量所得dB 值为负。二、电平与电压的关系二、电平与电压的关系三、三、 分贝的测量方法和刻度分贝的测量方法和刻度四、四、 分贝值的测量分贝值的测量 线性失真又称为频率失真，是由于器件内部电抗效应和外部电抗元件的存在，使得电路对同一信号中不同的频率分量的传输系数不同或相位移不同而引起的。 线性失真一般采用频率特性来描述。 非线性失真是由于器件的非线性引起的。两种失真的区别在于非线性失真使得电路的输出信号中产生了不同于输入信号的新的频率成分；线性失真则不会产生新的频率成分。非线性失真一般用非线性失真系数来描述。 非线性失真系数，也称为失真度，可以衡量非线性失真

10、的大小。定义为%100UUUU122322n (5-24) 式中 失真度； U1 基波分量电压的有效值； U2、U3、Un 各次谐波分量的电压有效值。 常先求非线性失真系数0，再算出失真度。0定义为被测信号中各次谐波电压有效值与被测信号电压有效值之比的百分数。%1002232221223220UUUUUUUnn(5-25) 可以证明， 与 的关系为 02001 (5-26) 如图5.21所示。 被 测 设 备 失 真 度 测 量 仪 正 弦 信 号 发 生 器 图5.21失真度测量仪器的连接 一个简单的失真度测试仪如图5.22所示。失真度测试仪由输入电路、带阻滤波器和电压表组成。 输 入电 路

11、 带 阻 滤 波 器 电 压 表 标 准 电 位 器 1 2 被 测 信 号 图5.22简单的失真度仪测试仪 用失真度测量仪测量非线性失真系数时应注意以下几点：测量时，应最大限度地滤出基波成分。因此要反复调节带阻滤波电路中的调谐、微调和相位旋钮。测量电路的非线性失真系数时，应在被测电路的通频带范围内选择多个频率测试点进行多次测试；最后取其中最大的一个非线性失真系数值作为被测电路的非线性失真系数。 如果测试用信号源输出信号的非线性失真系数不可忽略，则被测电路的实际非线性失真系数可近似等于被测电路输出信号的非线性失真系数减去其输入信号的非线性失真系数。测量时，可用示波器进行监视，可以判断有无失真和有