第4章模拟测量方法

第4章模拟测量方法4.1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①峰值表，②均值表，③有效值电压表④外差式电压表(2)数字式电压表3.2交流电压的测量4.2.1交流电压的表征1.峰值UP2.平均值(4.2.1)3.有效值(4.2.2)波形系数(4.2.3)(4.2.4)波峰系数说明：所有交流电压不管是峰值表、均值表都是按正弦电压定度的。4.2.2交流电压的测量方法1.峰值电压表(结构特点：先检波，后放大。）峰值表的组成结构及各部分个作用⑴峰值检波器：①定义：检波器输出与被测信号的峰值成正比。②作用：把交流变为直流。⑵分压器：扩展量程。⑶直流放大器：放大直流信号。⑷微安表：指示测量结果。2.平均值电压表：（结构特点：先放大，后检波。）均值表的组成结构及各部分个作用：⑴分压器：扩展量程。⑵直流放大器：放大直流信号。⑶均值检波器：①定义：检波器输出与被测信号的平均值成正比。②作用：把交流变为直流。⑷微安表：指示测量结果。3.有效值电压表(1)热电转换法(2)公式法

4.外差式电压表：类似收音机一样组成结构的电压表叫外差式电压表。⑴输入回路：接收信号⑵本机振荡器：产生本机高频正弦信号。⑶混频器：把不同频率的信号被测信号，都要变成同一个固定频率的信号⑷中频放大器：为窄带选频放大器，放大固定中频信号⑸均值检波器，⑹微安表。4.2.3平均值电压的测量1.平均值检波器的工作原理2.利用平均值电压表测正弦信号其测量值就是正弦信号的有效值；3.当用平均值电压表非正弦电压时，其读数无实际物理意义；但读数与被测信号的平均值有关系,要想求得被测信号的平均值、有效值、与峰值必须换算。用均值表测非正弦信号的换算方法：①先用上式求出正弦信号的平均值；②再用示值相等，平均值也相等的原则a式求出其平均值。③再用波形因数和非正弦波的平均值用b式求出其有效值。④用波峰因数、非正弦波的有效值和b式求出其峰值。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,有效值再用波峰系数和有效值求出其峰值。再用三角波的波峰系数和有效值求出其峰值。3.误差分析4.平均值检波器电压表4.2.4有效值电压的测量1.有效值电压表原理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~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？⑴对于方波，⑵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器件噪声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)测试仪器本身也会由于许多原因而产生误差。(4)由电压表读出的失真度应扣除仪器本身的失真度。(5)若采用峰值或平均值电压表，则会引入一定误差(6)陷波滤波器(7)其它3.6功率的测量3.6.1音频与较高频信号功率的测量在较高频率时，可采用吸收型功率表测量功率。基本的量热式功率表，被测信号把电阻器加热，使其温度上升。测热计电桥热电偶功率表二极管功率表3.6.2误差分析3.6.3功率表实例——射频功率表3.7Q值的测量3.7.1Q表的工作原理被测线圈振荡波形图3.7.2用