电子测量技术课件：第3章 模拟测量方法

1、3.1 概述3.11 电压测量的意义、特点 1）电压测量的重要性阐述电压测量的意义、重要性及应用。2）电压测量的特点从电压测量的频率、范围、要求等方面阐述其特点，这些特点也反映了电子测量的主要特点。 1）电压测量的重要性电压测量是电测量与非电测量的基础； 电测量中，许多电量的测量可以转化为电压测量：表征电信号能量的三个基本参数：电压、电流、功率其中：电流、功率电压，再进行测量电路工作状态：饱和与截止，线性度、失真度电压表征 非电测量中，物理量电压信号，再进行测量如：温度、压力、振动、（加）速度2）电压测量的特点1.频率范围广：零频（直流）109Hz低频：1MHz以下；高频（射频）：1MHz以上

2、。2.测量范围宽微弱信号:心电医学信号、地震波等,纳伏级（10-9V）； 超高压信号：电力系统中，数百千伏。3.电压波形的多样化电压信号波形是被测量信息的载体。各种波形：纯正弦波、失真的正弦波，方波，三角波，梯形波；随机噪声。2）电压测量的特点4.阻抗匹配在多级系统中，输出级阻抗对下一输入级有影响。直流测量中，输入阻抗与被测信号源等效内阻形成分压，使测量结果偏小。 如：采用电压表与电流表测量电阻， 当测量小电阻时，应采用电压表并联方案； 当测量大电阻时，应采用电流表串联方案。交流测量中，输入阻抗的不匹配引起信号反射。2）电压测量的特点3.测量精度的要求差异很大10-1至10-9。6.测量速度的

3、要求差异很大静态测量：直流（慢变化信号）,几次/秒; 动态测量：高速瞬变信号,数亿次/秒（几百MHz）精度与速度存在矛盾，应根据需要而定。7.抗干扰性能工业现场测试中，存在较大的干扰。3.1.2 电压测量的方法和分类2. 电压测量方法的分类按对象：直流电压测量；交流电压测量 按技术：模拟测量；数字测量1）交流电压的模拟测量方法表征交流电压的三个基本参量：有效值、峰值和平均值。以有效值测量为主。方法：交流电压（有效值、峰值和平均值）-直流电流-驱动表头-指示有效值、峰值和平均值电压表，电平表等。3.12 电压测量的方法和分类2）数字化直流电压测量方法模拟直流电压-A/D转换器-数字量-数字显示（

4、直观）数字电压表（DVM），数字多用表（DMM）。3）交流电压的数字化测量交流电压（有效值、峰值和平均值）-直流电压-A/D转换器-数字量-数字显示DVM（DMM）的扩展功能。3.12 电压测量的方法和分类4）基于采样的交流电压测量方法交流电压-A/D转换器-瞬时采样值u(k) -计算，如有效值式中，N为u(t)的一个周期内的采样点数。5）示波测量方法交流电压-模拟或数字示波器-显示波形-读出结果3.1.3 电压标准 3.1.3 直流电压标准电压和电阻是电磁学中的两个基本量。电压基准和电阻基准其他电磁量基准。电压标准有：标准电池（实物基准， 10-6）；齐纳管电压标准 （固态标准， 10-6）

5、；约瑟夫森量子电压基准 （量子化自然基准，10-10）。电阻标准有：精密线绕电阻（实物标准）；霍尔电阻基准（量子化自然基准，10-9）。3.1.3 直流电压标准1. 标准电池原理：利用化学反应产生稳定可靠的电动势 （1.01860V）。有饱和型和不饱和型两种类型。饱和型特点：电动势非常稳定（年稳定性可小于0.5V，相当于510-7），但温度系数较大（约40V/）。用于计量部门恒温条件下的电压标准器。不饱和型特点：温度系数很小（约4V/），但稳定性较差。用于一般工作量具，如实验室中常用的便携式电位差计。1. 标准电池使用中应注意：1）不能倾倒；不能震动、冲击（不易运输）。2）温度修正（特别是对饱

6、和型）。“温度电动势”修正公式 ：式中，Et、E20分别为t（使用时的温度）和20（出厂检定时温度）时标准电池的电动势 。3）标准电池存在内阻，仪表输入电阻应较大。2. 齐纳管电压标准 原理利用齐纳二极管的稳压特性制作的电子式电压标准（也称为固态电压标准）。齐纳管的稳压特性仍然存在受温度漂移的影响，采用高稳定电源和内部恒温控制电路可使其温度系数非常小 。将齐纳管与恒温控制电路集成在一起的精密电压基准源，如LM199/299/399、REF系列。2. 齐纳管电压标准为克服输出电压的波动，还可将多个精密电压基准源并联，得到它们的平均值。2. 齐纳管电压标准上图中，假设运放是理想的，则流入运放同相端

7、电流I+=0，即若R1=R2=R3=R4，则而输出电压2. 齐纳管电压标准齐纳管电压标准器整机输出电压有：10V、1V和1.0186V。10V输出便于检定和传递到高电压，且运输、保存和使用方便。如WUK7000系列直流电压参考标准：10V输出的年稳定性可达0.510-6 ；1V和1.018V输出的年稳定性可达到210-6，温度系数为0.0510-6。 3.1.3 交流电压标准原理由直流电压标准建立。因而，需经过交流-直流变换。测热电阻桥式高频电压标准基本原理：将高频电压通过一电阻（称为测热电阻，如热敏电阻），该电阻由于吸收高频电压功率，其阻值将发生变化，再将一标准直流电压同样施加于该电阻，若引

8、起的阻值变化相等，则高频电压的有效值就等于该直流电压。 双测热电阻电桥的原理图双测热电阻电桥的原理图双测热电阻电桥的原理如图：标准电阻（如R=200）组成三个桥臂，两个完全相同的测热电阻RT（如RT=100）组成一个桥臂。测量过程1.电桥置于“DC”（直流）。 调节直流电压源到V0，使电桥平衡，则测热电阻2RT= R。2.置于“RF”（射频，即高频电压，设有效值为VRF）。 此时，测热电阻上同时施加有交流和直流功率，两测热电阻RT对交流为并联，对直流为串联。再次调节直流电压源到V1，使电桥平衡。双测热电阻电桥的原理测量过程由两次电桥平衡关系，有即高频电压有效值为：双测热电阻电桥的原理对上述电路

9、的要求两个测热电阻的一致性好（阻值和温度特性相同）；检流计要非常灵敏（特别是测量小的高频电压时）；隔直电容C应保证满足： ，使交流功率在电容C上的损耗可以忽略。测热电阻电桥的缺点测热电阻对环境温度敏感，操作较复杂；一般不能直接读数（需换算）。准确度：若直流电压标准准确度为10-5，则得到的高频电压标准准确度可达10-3 。应用：对模拟电压表检定。3.2 交流电压的测量 3.21 表征交流电压的基本参量峰值、平均值、有效值、波峰因数和波形因数。峰值以零电平为参考的最大电压幅值（用Vp表示 ）。注：以直流分量为参考的最大电压幅值则称为振幅，（通常用Um表示）。3.21 表征交流电压的基本参量平均值

10、（均值）数学上定义为： 相当于交流电压u(t)的直流分量。交流电压测量中，平均值通常指经过全波或半波整流后的波形（一般若无特指，均为全波整流）： 对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(t)，若=2/T 3.21 表征交流电压的基本参量有效值定义：交流电压u(t)在一个周期T内，通过某纯电阻负载R所产生的热量，与一个直流电压V在同一负载上产生的热量相等时，则该直流电压V的数值就表示了交流电压u(t)的有效值。表达式：直流电压V在T内电阻R上产生的热量Q_=I2RT= 交流电压u(t) 在T内电阻R上产生的热量Q=由Q_= Q得，有效值3.21 表征交流电压的基本参量有效值意义：有效值在数学上

11、即为均方根值。有效值反映了交流电压的功率，是表征交流电压的重要参量。对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(t)，若=2/T 波峰因数和波形因数波峰因数定义：峰值与有效值的比值，用Kp表示，3.21 表征交流电压的基本参量波峰因数和波形因数对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(t)，若=2/T波形因数定义：有效值与平均值的比值，用KF表示，对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(t)，若=2/T3.21 表征交流电压的基本参量波峰因数和波形因数常见波形的波峰因数和波形因数可查表得到：如正弦波：Kp=1.41，KF=1.11； 方波： Kp=1， KF=1； 三角波：Kp=1.73，KF

12、=1.15； 锯齿波：Kp=1.73，KF=1.15； 脉冲波：Kp= ，KF= ， 为脉冲宽度，T为周期 白噪声：Kp=3（较大），KF=1.25。3.22 交流/直流转换器的响应特性及误差分析 1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理 模拟电压表的交流电压测量原理： 交流电压-直流电流（有效值、峰值和平均值） -驱动表头-指示。 交流电压-有效值、峰值和平均值的转换，称为 AC-DC转换。由不同的检波电路实现。峰值检波原理由二极管峰值检波电路完成。有二极管串联和并联两种形式。如下图。1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理二极管峰值检波电路（a.串联式,b.并联式,c.波形）1）交流/直流

13、电压（AC-DC）转换原理二极管峰值检波电路工作原理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。为此，要求： 式中，Rs和rd分别为等效信号源u(t)的内阻和二极管正向导通电阻，C为充电电容（并联式检波电路中C还起到隔直流的作用），RL为等效负载电阻，Tmin和Tmax为u(t)的最小和最大周期。从波形图可以看出，峰值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。1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理平均值检波原理 由二极管桥式整流（全波整流和半波整流）电路完成。如图，整流电路输出直流电流I0，其平均值与被测输入电压u(t)的平均值成正比（与u(t)的

14、波形无关）。（电容C用于滤除整流后的交流成分，避免指针摆动）1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理平均值检波原理以全波整流电路为例，I0的平均值为 式中，T为u(t)的周期，rd和rm分别为检波二极管的正向导通电阻和电流表内阻，可视为常数（它反映了检波器的灵敏度 ）。于是，I0的平均值 与u(t)的平均值 成正比。 1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理有效值检波原理利用二极管平方律伏安特性检波 根据 为得到有效值,首先需对u(t)平方 小信号时二极管正向伏安特性曲线可近似为平方关系。缺点：精度低且动态范围小。 因此，实际应用中，采用分段逼近平方律的二极管伏安特性曲线图的电路。1）交流/直

15、流电压（AC-DC）转换原理利用模拟运算的集成电路检波 原理图通过多级运算器级连实现模拟乘法器（平方）积分开方比例运算。 单片集成TRMS/DC电路，如AD536AK等。1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理利用热电偶有效值检波热电效应：两种不同导体的两端相互连接在一起，组成一个闭合回路，当两节点处温度不同时，回路中将产生电动势，从而形成电流，这一现象称为热电效应，所产生的电动势称为热电动势。热电效应原理图当热端T和冷端T0存在温差时（即TT0），则存在热电动势，且热电动势的大小与温差T=T-T0成正比。1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理利用热电偶有效值检波热电偶： 将两种不同金属进行

16、特别封装并标定后，称为一对热电偶（简称热偶）。热电偶温度测量原理： 若冷端温度为恒定的参考温度，则通过热电动势就可得到热端（被测温度点）的温度。热电偶有效值检波原理：若通过被测交流电压对热电偶的热端进行加热，则热电动势将反映该交流电压的有效值，从而实现了有效值检波。如下图。1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理热电偶有效值检波原理图图中，直流电流I与被测电压u(t)的有效值V的关系： 电流I热电动势热端与冷端的温差，而热端温度u(t)功率u(t)的有效值V的平方，故， 1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理表头刻度线性化处理：采用两对相同的热电偶，分别称为测量热电偶和平衡热电偶，如下图。1

17、）交流/直流电压（AC-DC）转换原理上图中，通过平衡热偶形成一个电压负反馈系统。测量热偶的热电动势ExV2，令Ex=k1V2 ；平衡热偶的热电动势EfVo2，及Ef =k2Vo2 ；假如两对热偶具有相同特性，即k1=k2=k ，=则差分放大器输入电压Vi=Ex-Ef=k(V2- Vo2) ，若放大器增益足够大，则有Vi=0，=Vo=V （即输出电压等于u(t)有效值）有效值电压表的特点理论上不存在波形误差，因此也称真有效值电压表（读数与波形无关）。1）交流/直流电压（AC-DC）转换原理有效值电压表的特点比如，对非正弦波，可视为由基波和各次谐波构成，若其有效值分别为V1、V2、V3、，则读数

18、但实际有效值电压表，下面两种情况使读数偏小：对于波峰因数较大的交流电压波形，由于电路饱和使电压表可能出现“削波” ；高于电压表有效带宽的波形分量将被抑制。它们都将损失有效值分量。缺点：受环境温度影响较大，结构复杂，价格较贵。实际应用中，常采用峰值或均值电压表测有效值。2）峰值电压表原理、刻度特性和误差分析 原理峰值响应，即：u(t)峰值检波放大驱动表头刻度特性表头刻度按（纯）正弦波有效值刻度。因此：当输入u(t)为正弦波时，读数即为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）。但可由读数换算出峰值和有效值。2

19、）峰值电压表原理、刻度特性和误差分析刻度特性由读数换算出峰值和有效值的换算步骤如下： 第一步，把读数想象为有效值等于的纯正弦波输入时的读数，即第二步，将V转换为该纯正弦波的峰值第三步，假设峰值等于Vp的被测波形（任意波）输入 ，即注：“对于峰值电压表，（任意波形的）峰值相等，则读数相等” 。第四步，由 ，再根据该波形的波峰因数（查表可得），其有效值2）峰值电压表原理、刻度特性和误差分析刻度特性上述过程可统一推导如下：该式表明：对任意波形，欲从读数得到有效值，需将乘以因子k。（若式中的任意波为正弦波，则k=1，读数即为正弦波的有效值）。2）峰值电压表原理、刻度特性和误差分析刻度特性综上所述，对于

20、任意波形而言，峰值电压表的读数没有直接意义，由读数到峰值和有效值需进行换算，换算关系归纳如下：式中，为峰值电压表读数，KP为波峰因数。 波形误差。若将读数直接作为有效值，产生的误差。3）平均值电压表原理、刻度特性和误差分析 原理均值响应，即：u(t) 放大均值检波驱动表头刻度特性表头刻度按（纯）正弦波有效值刻度。因此：当输入u(t)为正弦波时，读数即为u(t)的有效值V（而不是该纯正弦波的均值）。对于非正弦波的任意波形，读数没有直接意义（既不等于其均值也不等于其有效值V）。但可由读数换算出均值和有效值。3）平均值电压表原理、刻度特性和误差分析刻度特性由读数换算出均值和有效值的换算步骤如下： 第

21、一步，把读数想象为有效值等于的纯正弦波输入时的读数，即第二步，由 计算该纯正弦波均值第三步，假设均值等于 的被测波形（任意波）输入 ，即注：“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 ，再根据该波形的波形因数（查表可得），其有效值3）平均值电压表原理、刻度特性和误差分析刻度特性上述过程可统一推导如下：上式表明，对任意波形，欲从均值电压表读数得到有效值，需将乘以因子k。（若式中的任意波为正弦波，则k=1，读数即为正弦波的有效值）。 3）平均值电压表原理、刻度特性和误差分析刻度特性综上所述，对于任意波形而言，均值电压表的读数没有直接意义，由读数到均值和有效值需进行换算，换

22、算关系归纳如下：式中，为均值电压表读数，KF为波形因数。波形误差。若将读数直接作为有效值，产生的误差4）实例分析 例 用具有正弦有效值刻度的峰值电压表测量一个方波电压，读数为1.0V，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=1.0V，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，查表可知，方波的波峰因数Kp=1，则该方波的有效值为：V=Vp/Kp=1.4V。波形误差为：(可见若不换算，波形误差是很大的)4）实例分析例 用具有正弦有效值刻度的均值电压表测

23、量一个方波电压，读数为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=1.0V，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 =0.9=0.9V；第三步，将方波电压引入电压表输入，其均值 0.9V；第四步，查表可知，方波的波形因数 =1，则该方波的有效值为: 0.9V。波形误差为4）实例分析例 有效值电压表的有限带宽对测量非正弦电压时的波形误差。设某有效值电压表带宽为10MHz，用该电压表测量下图所示方波电压，计算由电压表带宽引起的波形误差。解 为求解电压表带宽引起的波形误差，需要对输入电压表的方波电压的谐波成分进行分析。将方波

24、电压用付里叶级数表示为4）实例分析上式表示，方波电压只含奇数次谐波分量，其总有效值应为（基波与各次谐波有效值几何合成，并由 得）由图，该方波基波频率为f1=1/T=1MHz，若电压表带宽为10MHz，则该方波就只有基波（1MHz）、3次（3MHz）、5次（5MHz） 、7次（7MHz）和9次谐波（9MHz）才能通过，而11次（11MHz）以上的谐波将被抑制。此时，读数值为 4）实例分析若将上式的读数值作为实际有效值，所产生的波形误差为：结论：有效值电压表其有限带宽对测量非正弦电压时的波形误差总是负值（读数结果偏小），显然，电压表带宽愈宽（可通过的波形谐波频率愈高），相应的波形误差愈小。 3.2

25、3 模拟式交流电压表模拟电压表组成方案检波器是实现交流电压测量（AC-DC变换）的核心部件，同时，为了测量小信号电压，放大器也是电压表中不可缺少的部件，因此，组成方案有两种类型：一种是先检波后放大，称为检波-放大式；一种是先放大后检波，称为放大-检波式。 模拟电压表的两个重要指标：带宽和灵敏度(分辨力)。1）检波-放大式电压表组成框图1）检波-放大式电压表a. 组成框图; b.提高灵敏度措施检波器决定电压表的频率范围、输入阻抗和分辨力。 峰值电压表常用这种类型。 3.23 模拟式交流电压表2）放大-检波式电压表组成框图先放大再检波，因此灵敏度很高。均值电压表常用这种方式。放大器宽带交流放大器决

26、定了电压表的频率范围。一般上限为10MHz。常称为“宽频毫伏表”或“视频毫伏表” 。灵敏度仍受宽带交流放大器内部噪声限制。3.4 分贝的测量1 分贝测量及宽频电平表分贝声学中，分贝是表示音量强弱的一个单位。通信系统中，也常用分贝表示电平或功率。当用分贝表示功率时，定义为：当用分贝表示电压时，由功率与电压的关系： 和当R1=R2时，有3.4 分贝测量分贝可见，分贝是一个用对数表示的相对量值（记作dB），如果相对于一个确定的参考基准量，此时的分贝值则表示了一个绝对电平。若P2= P0（基准量），并取P0=1mW；P1=被测功率，用Px表示，其分贝值用dBm表示（下标m指示以mW为单位表示被测功率绝

27、对值）。则功率电平：显然，当Px=P0=1mW为0dBm时，若Px1mW，分贝值为正，若Px1mW，分贝值为负。3.4 分贝测量分贝电压电平：以600电阻上吸收P0=1mW的基准功率时电压的有效值为参考基准量V0。由于因此，取基准量V0=0.775V，其分贝值用dB或dBV表示（下标V指示以V为单位表示被测电压绝对值）。 对于任意被测电压Vx，其电压电平定义为 和 之间可换算或查表。3.4.2 分贝值的测量实质：交流电压的测量，表盘以dB来刻度。分贝刻度的特点刻度线中间位置有一个0dB点，以基准功率（电压）来确定。在基准阻抗600欧姆上加交流电压，使其产生1mW的功率为基准，相当于加上电压U0

28、；3.4.2 分贝值的测量1.5V刻度线上的0.775处定为0dB用30V量程时，被测分贝值=分贝指示值+26dB被测分贝值=分贝指示值+量程对应附加dB值3.4 分贝测量宽频电平表具有分贝读数的电压表称为“宽频电平表” 。组成框图：在均值电压表（放大-检波式）基础上设计的。电压表的使用了解不同电压表的性能特点，根据应用场合加以选用。峰值电压表检波-放大式。峰值响应、频率范围较宽（达1000MHz）但灵敏度低（mV级）。“调制式电压表”：采用高增益低漂移的调制式直流放大器，使测量灵敏度大为提高，从mV级提高到几十V 。读数的换算：根据波峰因数，将读数换算成有效值（或峰值）。需注意：测量波峰因数

29、大的非正弦波时，由于削波可能产生误差。 电压表的使用均值电压表放大-检波式。均值响应、灵敏度比峰值表有所提高但频率范围较小（10MHz），主要用于低频和视频场合。读数的换算：根据波形因数，将读数换算成有效值（或均值）。有效值电压表可以直接读出有效值，非常方便。由于削波和带宽限制，将可能损失一部分被测信号的有效值，带来负的测量误差。 较为复杂，价格较贵。电压表的使用宽频电平表以分贝表示的功率电平和电压电平。电压电平：步进衰减器读数表头读数。功率电平：当输入阻抗等于表头标定时采用的零刻度基准阻抗600时，功率电平与电压电平具有相同的表头刻度。否则，需用 进行修正。选频电平表外差式接收原理。内部放大

30、器对窄带中频放大，增益很高，使测量灵敏度得到大幅提高。适合测量小信号。1 绝对电平(1)功率电平dBm(2)电压电平dBV2 音量单位(VU)693.5 失真度的测量失真的意义：理想的正弦波的失真为零， 正弦波经过放大器后，由于放大器的调试不合适，或输入信号过大，会产生非线性失真，即输出中产生了其他频率分量，其他的频率分量叫谐波。 各种波形可由不同频率的正弦波叠加而成。其中最低频率成分叫基波，其他叫谐波。 输出信号失真的大小由失真度测量仪测量。703.5.1 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上式测量需两个滤波器，为简化测量仪器，采用以下方法测量：71耳朵可分辨音乐0.

31、7%失真，可分辨话音（3-5）%失真当失真度小于10%时，简化测量结果，可以代替真正失真度。当失真度大于10%时，简化测量结果，要经过下式修正，才能得到真正失真度 。723.5.2 失真度测量仪基本工作原理开关置1: 测量总的电压有效值U；开关置2：调节基波抑制网络的参数，使网络的谐振频率与被测信号的基波频率相同，滤除基波，测得谐波电压的总有效值Uh测量非线性失真的常用方法：基波抑制法733.5.3 有源陷波电路1. 双T形电路构成的无源陷波器是基波频率例设计一个双T形陷波器，要求在1000Hz时陷波，且陷波器的3dB带宽为50Hz。取C=103,RT=10K752.双T形有源陷波器由于A3的

32、正反馈作用,使带宽变窄,Q值提高。763. 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=RUAD=1/3Ui UBD=1/3Ui对于基波U0=0，对于基波77采用由文氏电桥组成的有源陷波电路RP1调节反馈量，改变Q值，达到良好选频作用。783.5.4 失真度测量仪举例1.基本工作原理陷波网络的调节包括,频率调节、相位粗调节、相位细调节。显示波形以李沙育图形表示失真主要由几次谐波形成。仪器指示的失真度：79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真正失真度的偏差(相对误差)(2)

33、失真仪中的基波抑制网络很难做到将基波分量全 部滤除，也很难做到对二次以上的谐波一点不衰 减，这也会造成一定的测量误差。3.5 失真度测量仪的应用失真度测量仪型号多样，但其基本使用方法和应用是雷同的，本节以BS-1为例介绍其应用。BS-1失真度测量仪是全晶体管化高灵敏度的音频测量仪器，可测各种频率的谐波失真度、以及检查相位失真的测量仪器，还可作为单独的平衡式或不平衡式音频电压表使用。 可测失真度范围为0.03%100%，准确度 5%(满刻度)。最低电压可测100uV3.5 BS1型失真度测量仪面板BS-1失真度测量仪的使用方法：1；准备工作：被测信号接入不平衡端，开关K3在电压位2：在分压器开关

34、K2置于100%位置下，改变衰减器，使电压表指在明显位置3：改变开关K3，由“电压”改为“校准”，调节“校准控制”电位器，使指针指示满刻度4：开关K3放到“失真位”5：将被测信号源频率开关放到被测的频段上6：反复调节“调谐”，“相位”“微调”，使电压表指示最小，相应的改变分压器开关位置，读出电压表指示，既为失真度的百分数。3.5 BS-1失真度测量仪的使用方法：失真度测量仪的基本组成与原理1342ki不平衡输入平衡输入接示波管示波管电路电桥电路平衡输入变压器稳压电源电压表电路1234K2Y轴输入测量选择开关测量选择开关3.5 失真度测量仪原理方框图失真度测量的定义SZ-3型失真度测量仪的失真度

35、定义：非线性谐波失真度的定义：其中，V1、 V2、 V3、 Vn分别为基波、二次谐波、三次谐波及n次谐波的有效值。结合SZ-3型失真度测量仪的不同状态介绍其基本原理：1、分贝测量：当测量选择开关K1置于第1档(即分贝档)位置时，测量仪接成一台平衡式电压表，可以用来测量平衡电路输出的音频信号电压。被测信号由平衡输入接线柱输入，经平衡输入变压器后直接加到电压表电路。使电压表作出相应的指示(此时可作出分贝指示数)。2、电压测量：当测量选择开关K1置于第2档(即电压档)位置时，测量仪作为一台不平衡电压表，可测量一般设备的音频电压的大小。被测信号由不平衡输入插孔输入后直接加到电压表电路，使电压表作出相应

36、的电压指示。3、当测量选择开关K1置于第3档(即校准档)位置时，测量仪处于失真度测量前的校准状态。此时电桥电路不起滤波作用(由于电桥电路中的文氏电桥并联臂被短路，基波全部通过)。被测信号由不平衡插孔接入电桥电路，全部信号通过电桥电路，电压表指示值是被测信号的总的有效值，调节“校准控制”电位器，使电桥电路输出一个定值(10mV)的校准信号，直接加入电压表电路，使电压表在100%(即1V)档时，指示在满度值位置。此值即为：例如：指示值为0.1V，则与标准值1V相比为10%，所以失真度为10%；指示值为0.01V ，则与标准值1V相比为1%，所以失真度为1%。4、当测量选择开关K1置于第4档(即失真

37、度档)位置时，测量仪进行失真度测量，此时，文氏电桥正常工作，桥路能将被测信号中的基波分量过滤(调节其调谐元件使电压表指示最小，即表示基波已滤除)，此时电表指示值即为被测信号中的高次谐波分量的总有效值，即 也就是失真度值。883.7 Q表与阻抗测量值意义衡量电感器、电容器、谐振回路的性能。谐振回路谐振一周期内储存磁能或电能的最大值与一周期内消耗能量之比。对串联等效模型的电感器89 对并联等效模型的电容器电容器的指标：电容量、工作电压和D值，电容器损耗因数：衡量电容质量，D值小,电容质量好。90值测量方法对被测线圈加以激励振荡，由于存在损耗，是衰减式振荡。当振幅从100%下降到4.3%的振荡周期数

38、为Q值。电容器质量检查方法:用指针式万用表的电阻档测量电容器,表针的摆动大小可估计电容量的大小,测量电阻值大小可估计电容器的损耗因数大小。电阻值大，损耗因数小。容量大于5100PF的电容，采用RX1K档，容量小于5100PF的电容，采用RX10K档，913.7 Q值的测量3.7.1 Q表的工作原理92被测线圈振荡波形图93LCR阻抗测量方法阻抗测量仪测量电容器电容量和损耗因数，测量电感器电感量和品质因数。通过阻抗电压变换器把阻抗变成电压。通过乘法器，把阻抗的实部和虚部分离。943.7.2 用虚、实部分分离法测量阻抗1. 测量原理当US=1V, UO=0.1GXRS, 则 GX=10UO/RS

39、(实部)当US=1V, UO” =0.1CXRS, 则 CX=10UO”/ RS (虚部)95集成模拟乘法器通用性强的非线性器件，用于模拟计算、调幅、解调、混频、鉴相等电路。uo=Kuxuy两输入信号同频同相时，输出为两数相乘，两输入信号同频相位差90度时，输出为0。96阻抗的虚、实部分离电路原理框图当开关置1时，乘法器输出阻抗的实部UO，当开关置2时，乘法器输出阻抗的虚部UO”。972. 阻抗测量电路Thursday, July 28, 202298输出电压与量程及被测参数的关系表993.6 功率的测量手机电磁辐射测量，是电磁辐射功率测量，SAR，比吸收率，指单位质量生物体所吸收的电磁功率，

40、（日本、韩国2W/千克，美国等国1.6W/千克），国内无统一标准，出口手机才检测。音频范围内的功率测量：较高频率范围内的功率测量：吸收型功率表(用于以下)100测热式功率表（500MHZ-40GHZ) 101测热式热敏电阻功率表102热电偶功率表将热电偶与吸收高频输入信号功率的电阻性元件相接触,使热电偶加热,由热电效应产生的电流使动圈式表头偏转。1033.3 噪声电压的测量3.3.1 噪声的基本特性噪声来源:电阻热噪声,PN结的电荷运动不连续产生散粒噪声。白噪声电压的分布概率密度函数1043.3 噪声电压测量噪声是由于元器件内部带电粒子运动不规则所造成的现象，严重影响系统传输微弱信号能力。1.

41、平均值电压表测量噪声电压. KF=1.25 ：波形因数；Ua：指示值；由于噪声有时峰值很高，为避免噪声波峰被削掉，测量中，表头示值不得超过满刻度的一半1053.3.3 放大器噪声的测量1062. 放大器的噪声放大器等效输入噪声电压Uni正弦信号法测量Uni1071.等效输入噪声Uni的测量(1)正弦信号法(2)噪声发生器法Uno2是噪声发生器工作时,输出电压,Uno1是噪声发生器不工作时,输出电压。1083.信噪比的测试信号发生器工作，窄带电压表测量信号电压，信号发生器不工作，有效值电压表测量噪声电压。1094.噪声系数的测量(1)利用噪声发生器测量噪声系数110集成运算放大器噪声参数的测量采

42、用等效输入噪声电压或电流的形式表示运算放大器的噪声，把放大器的全部噪声折算为输入的噪声。电压噪声测量111电流噪声测量加入滤波器,是为了使噪声带宽合乎标准,如1KHZ。112作业用全波平均值表测量正弦波、方波和三角波的交流电压时（三种波形的周期相同），指示值均为1V，问各种波形的峰值、平均值和有效值分别是多少？用某失真度仪测量功放的输出信号失真，在频率为20Hz，400Hz及1kHz时失真度仪的指示值分别为26.5%，22.5%和19.8%。求各信号的失真度为多少？简述基波抑制法测量失真度的原理。113习题讲评，2.6题：用MF-20型晶体管万用表的直流6V及30V两个量程分别测量下图中电路的

43、开路电压U（电压灵敏度及准确度分别为20kOhm/V及2.5级）。1）接入仪表后，考虑仪表本身准确度及仪表内阻对被测电路的影响，用两个量程测量时的最大绝对误差分别是多少？哪一个大？2）用两个量程进行测量时引起的相对误差分别是多少？哪一个大？测量存在绝对误差=仪表误差+电压表内阻引起误差电压表内阻=电压灵敏度X满量程值(1)6V量程时，测量值4V，仪表引起误差0.15V，最大绝对误差：4-5+（ 0.15V ）=1.15V相对误差：(2)30V量程时，测量值4.76V，仪表引起误差0.75V，最大绝对误差：4.76-5+（ 0.75V ）=0.99V相对误差：所以,最大绝对误差/相对误差都是6V

44、量程时大。4.4 电压测量的干扰及抑制技术干扰是对有用被测信号的扰动，特别是当被测信号较小（或微弱）时，干扰的影响显得更为严重。因此，必须提高电压测量的抗干扰能力，特别是对于高分辨力高精度的数字电压表更为重要。 4.41 干扰的来源及分类分类：串摸干扰和共摸干扰。串摸干扰是指干扰信号以串联叠加的形式对被测信号产生的干扰；共摸干扰是指干扰信号同时作用于DVM的两个测量输入端（称为高端H和低端L）。4.41 干扰的来源及分类串模干扰起因及特性：可能来自于被测信号源本身（例如，直流稳压电源输出就存在纹波干扰）；也可能从测量引线感应进来的工频（50Hz）或高频干扰(如雷电或无线电发射引起的空中电磁干扰

45、)。就干扰源的频率来说，可从直流、低频到超高频；干扰信号的波形可以是周期性的或非周期性的，可以是正弦波或非正弦波（如瞬间的尖峰脉冲干扰），甚至完全是随机的。 各种干扰信号中，50Hz的工频干扰是最主要的干扰源。4.41 干扰的来源及分类共模干扰起因及特性：被测电压本身就存在共模电压（被测电压是一个浮置电压）。如测量一个直流电桥的输出。当被测电压与DVM相距较远，被测电压与DVM的参考地电位不相等，将引起测量时的共模干扰。共模干扰电压也分直流电压和交流电压两类。共模干扰电压可能很大，如上百伏甚至上千伏。4.42 串模干扰的抑制抑制原理及基本方法直流串模干扰：由于串模干扰是叠加在被测信号上，则很难

46、从硬件上予以抑制，通常可采用软件校准和数据处理的方法来处理。周期性串模干扰：可采用滤波的方法抑制（从被测信号中滤除掉干扰信号）。另外，采用积分式A/D转换器的DVM，由于积分对输入信号的平均作用，因此，具有较好的抑制干扰的作用。尖峰脉冲的干扰：由于干扰强度大持续时间短，一般首先应在信号输入端加入限幅，再采用模拟硬件滤波器或软件数字滤波。4.42 串模干扰的抑制串模干扰的误差分析以积分式DVM为例。设在被测电压Vx上叠加有平均值为零的串模干扰信号un，即对输入电压定时(T1)积分结束时，积分器的输出为：可见，干扰电压以其平均值对测量结果产生误差。其平均值为：4.42 串模干扰的抑制为使 =0，由 =0，=由 =0，=因此，只要满足上面两个条件之一，就可使 =0它们是串模干扰抑制的理论依据。串模抑制比（NMR，Normal Mode Ratio）。用于定量表示DVM抑制串模干扰的能力。 的最大值为： (Un为干扰信号的幅度)4.42 串模干扰的抑制定义NMR：则，可见，NMR与干扰信号周期（频率）有关（如下图，图中给出了积分时间T1=10ms和T1=100ms的两组曲线）。当满足T1=kTn（k为正整数）时，NMR=(干扰被完全抑制)；当T