电子测量第3章模拟测量方法

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(3.2.1)3.有效值(3.2.2)波形系数(3.2.3)(3.2.4)波峰系数2.平均值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）的平均值；再按平均值相等示值也相等的原则，用波形系数换算出被测的非正弦波电压有效值。平均值电压表的指针偏转角α与被测电压的平均值成正比，但仪表盘的刻度是按正弦波电压有效值刻度的，故电压表的在加正弦交流电压时的指示值为——定度系数如果被测的是正弦波，又采用全波检波电路，若已知正弦波电压有效值电压为1V，则全波检波后的平均电压为，故若被测的非正弦波电压，则再利用波形系数KF救出被测电压的有效值，即非正弦波电压的有效值表：（略）例3.2.1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3.误差分析测量非正弦波电压时会存在波形误差，假设以平均值表的示值直接作为被测电压的有效值时，则示值绝对误差：示值相对误差：4.平均值检波器电压表3.2.4有效值电压的测量1.有效值电压表原理电压有效值的定义：二极管的伏安特性：对于周期对称的电压，有若设法抵消的影响，则送到电流表的电流为另一种有效值转换的方法是利用热电偶来实现的。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转换器原理框图经积分器后的输出电压为单片半导体加热式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.峰值表原理要求：2.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3.波形换算方法刻度盘上的指示值为：——定度系数若被测的是正弦波时，有正弦波的波峰系数为若被测的是非正弦波时，有Ux的有效值对于三角波，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，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Q1=Q2理论误差代入Up后得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：①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②在脉冲发生器的输出端用一个外加的50Ω电阻器和50Ω电缆相连接，而在示波器输入端电缆终端未得到匹配3.3噪声电压的测量3.3.1噪声的基本特性3.3.2用平均值表测量噪声电压3.3.3器件和放大器噪声的测量1.等效输入噪声Uni的测量(1)正弦信号法(2)噪声发生器法(3)两种测量方法的比较(4)测量噪声时需要考虑的问题①带宽的影响②平均值和波形系数③测量时间的影响④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)正弦信号法(2)噪声发生器法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)测试原理电压噪声电流噪声(2)运算放大器Uni的实用测量电路(3)输入噪声电流I-和I+的测量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(2)电压电平dBV4.音量单位(VU)3.4.2分贝值的测量分贝刻度3.5失真度的测量3.5.1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3.5.2失真度测量仪基本工作原理3.5.3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C=103,RT=10K3.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3.5.4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，γ≈

γ’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)测试仪器本身