电子测量技术第4章模拟测量方法讲解课件

1、第3章 模拟测量方法3.1 电压测量概述1.电压测量的基本要求 要求：(1) 应有足够宽的频率范围 (2) 应有足够宽的电压测量范围 (3) 应有足够高的测量准确度 (4) 应有足够高的输入阻抗 (5) 应有足够高的抗干扰能力2.电压测量仪器的分类 (1)模拟式电压表 (2)数字式电压表3.2 交流电压的测量3.2.1 交流电压的表征1. 峰值UP 2.平均值3.有效值波形系数：该电压的有效值与其平均值之比。波峰系数：该电压的峰值与其有效值之比。3.2.2 交流电压的测量方法1.峰值电压表2. 平均值电压表3.有效值电压表 (1)热电转换法 (2)公式法4.外差式电压表3.2.3 平均值电压的

2、测量1.平均值检波器的工作原理 检波电路输出的直流电压正比于输入交流电压绝对值的平均值。2.波形换算方法 当测量任意波形电压时，将从电压表刻度盘上取得的示值先除以定度系数，折算成正弦波电压（取绝对值）的平均值；再按平均值相等示值也相等的原则，用波形系数(见表4.2.1)换算出被测的非正弦波电压有效值。例4.2.1 用平均值表(全波式)分别测量方波及三角波电压，电压表均指在10V位置，问被测电压的有效值分别是多少？对于方波，先将示值(10V)折算成正弦波的平均值再用波形系数换算成有效值:对于三角波，因示值与方波相同，表明它的平均值也是9V,有效值:例4.2.2 被测电压为脉冲波，周期T=64s，

3、脉宽tw=12s，用全波平均值表测量，电压表示值U为6V。求其有效值Uxrms等于多少？3.误差分析(1) 以平均值表的示值直接作为被测电压有效值时：(2) 失真正弦波的波形误差： 误差不仅决定于谐波幅度，而且还随谐波初相角的变化而周期性变化，当为0或180时，误差最大。 由二次谐波产生的误差比三次谐波的小，而且U为负值，即读数偏低。 三次谐波所引起的波形误差比二次谐波大得多(即奇次谐波比偶次谐波影响大，U可正可负)。4.平均值检波器电压表3.2.4 有效值电压的测量1.有效值电压表原理 若设法在电路中抵消起始电流的影响，则送到直流电流表的电流为：优点：可测量任意周期性波形电压的有效值，同谐波

4、与基波之间的相角无关，不会产生波形误差。缺点：当用正弦博电压有效值刻度时，表盘刻度是非线性的。DY-2型有效值电压表的平方律特性曲线另一种有效值转换的方法是利用热电偶来实现的。 热电偶M的热端C点的温度高于冷端D，E的温度，产生热电势，有直流电流I流过微安表，热端温度正比于被测电压有效值的平方。热电偶式有效值电压表原理框图利用模拟运算电路实现有效值电压的测量隐含计算式RMS转换器原理框图直流反馈计算式RMS转换器原理框图单片半导体加热式RMS转换器2.有效值检波器电压表AD536型RMS转换器原理框图AD536型RMS转换器的连接图3.2.5 峰值电压的测量1.峰值表原理（先检波、再放大）2.

5、误差分析(1) 理论误差 绝对误差相对误差(2) 频率误差(3) 波形误差：峰值检波器对于波形的凸起部分敏感，如果信号失真度较大，会造成较大的波形误差。3. 波形换算方法 将示值除以定度系数后等于峰值，再用波峰系数换算成有效值。例3.2.3 用峰值表分别测量方波及三角波电压，电压表均指在5V位置，问被测电压有效值是多少？对于方波，对于三角波，4.高精度峰值检波器3.2.6 脉冲电压的测量1. 脉冲电压表的原理电容器C充电时：放电时：电路平衡时Q1Q2理论误差：脉冲周期与脉冲宽度之比较大。代入Up后得：【例4.2.4】R=1500，R=20M,T=10ms,tw=10s, 求T。改进措施：峰值检

6、波器的负载电阻R尽量取得大些，或用源极(或射极)跟随器代替电阻R，或利用脉冲电压保持电路来实现。脉冲保持电路及波形图2.高压脉冲幅值的测量单脉冲电压正峰值保持电路3.尖脉冲峰值电压的测量4.用示波法测量脉冲电压5.测量脉冲电压应注意以下几点：(1)测量脉冲幅度宜用交流耦合方式，并需注意极性(2)观测方波信号时应选用频带较宽的示波器6.脉冲测量时电缆的终端匹配问题 在实际测量过程中，容易产生以下两点错误： 在示波器一端,除了示波器的输入阻抗之外,电缆的终端未得到匹配。 在脉冲发生器的输出端用一个外加的50电阻器和50电缆相连接，而在示波器输入端电缆终端未得到匹配。4.3 噪声电压的测量4.3.1

7、 噪声的基本特性4.3.2 用平均值表测量噪声电压噪声电压一般指噪声电压的有效值。将平均值电压表的指示值乘以1.13就是噪声电压的有效值。4.3.3 器件和放大器噪声的测量放大器“噪声量”的表示形式是放大器的等效输入噪声电压(电流)1.等效输入噪声Uni的测量(1) 正弦信号法（低频）(2) 噪声发生器法（高频）(3)两种测量方法的比较(4)测量噪声时需要考虑的问题 带宽的影响(电压表3dB带宽为被测系统噪声带宽的8-10倍)； 平均值和波形系数； 测量时间的影响(增加时间)； 由于白噪声呈高斯正态分布，为避免噪声波峰被削掉，测量过程中表头示值不得超过满刻度值的一半。3.噪声带宽的测量(1)正

8、弦信号法(测幅频特性曲线,然后求A2(f)下的面积)(2) 噪声发生器法(将噪声发生器接到被测电路的输入端,测量总的输出噪声电压Uno)3.信噪比的测试4.噪声系数的测量(1)利用噪声发生器测量噪声系数(2)正弦信号法5.集成运算放大器噪声参数的测量(1) 测试原理电压噪声(采用低信号源电阻和高增益电路测量)：电流噪声(高信号源电阻和高增益电路)：(2)运算放大器Uni的实用测量电路(3) 输入噪声电流 和 的测量(电阻R)3.4 分贝的测量3.4.1 数学定义1.功率之比的对数分贝(dB)2.电压比的对数3. 绝对电平(1) 功率电平dBm(以1mW作为0功率电平)(2) 电压电平dBV(以

9、0.775V作为0电压电平)4. 音量单位(VU)3.4.2 分贝值的测量 本质上是交流电压测量,但刻度以dB表示。基准功率：阻抗600,产生1mW功率为基准,相当于加0.775V电压。分贝刻度4.5 失真度的测量4.5.1 非线性失真的定义全部谐波电压的有效值与基波电压的有效值之比。4.5.2 失真度测量仪基本工作原理4.5.3 有源陷波电路1. 双T形电路构成的无源陷波器2.双T形有源陷波器例：设计一个双T形陷波器，要求在1000Hz时陷波，且陷波器的3dB带宽为50Hz。取C0.01F，RT10k3. 由RC文氏电桥组成的陷波器电桥的元件参数关系为R1=2R2，C1=C2=C，R3=R4=R采用由文氏电桥组成的有源陷波电路4.5.4 失真度测量仪举例1.基本工作原理仪器指示的失真度当失真度小于10%时，当失真度大于10%时，应按下式加以计算修正2.失真度测量的误差分析(1) 仪器指示的失真度与理论失真度的偏差;(2) 失真仪中