【文章內(nèi)容簡介】 步 ， 假設電壓表有一正弦波輸入 ， 其有效值 =； 第二步 ， 該正弦波的均值 = =； 第三步 ， 將方波電壓引入電壓表輸入 ， 其均值 ； 第四步 ， 查表可知 ， 方波的波形因數(shù) =1， 則該方波的有效值為 : 。 波形誤差為 FV K V??方波~VV??~V ??~VFK 方波1 10 0% 11 %??? ? ?第 50頁 5． 3． 3 模擬式交流電壓表 ? 模擬電壓表組成方案 檢波器 是實現(xiàn)交流電壓測量（ ACDC變換）的核心部件，同時，為了測量小信號電壓， 放大器 也是電壓表中不可缺少的部件。 組成方案有兩種類型： 一種是先檢波后放大，稱為 檢波 放大式 ； 一種是先放大后檢波，稱為 放大 檢波式 。 模擬電壓表的兩個重要指標： 帶寬和靈敏度 (分辨力 ) 第 51頁 1）檢波 放大式電壓表 ? a. 組成框圖 。 ? 檢波器決定電壓表的頻率范圍、輸入阻抗和分辨力。 峰值電壓表 常用這種類型。 峰 值檢 波 器步 進分 壓 器直 流放 大 器u A步 進分 壓 器斬 波 穩(wěn) 零 式放 大 器u A( a )峰 值 檢 波 器( 探 頭 內(nèi) )( b )第 52頁 一 檢波器 為提高頻率范圍， 采用超高頻二極管檢波 ，其頻率范圍可從 直流到幾百兆赫 ，并具有較高的輸入阻抗。 檢波二極管的 正向壓降 限制了其測量小信號電壓的能力（即靈敏度限制） ,同時，檢波二極管的 反向擊穿電壓 對電壓測量的上限有所限制。 為減小高頻信號在傳輸過程中的損失，通常將峰值 檢波器直接設計在探頭中 。 二 放大器 采用橋式直流放大器，它具有較高的增益。直流放大器的零點漂移也將影響電壓表的靈敏度。 第 53頁 三 主要指標： 檢波 放大式電壓表常稱為 “ 高頻毫伏表 ” 或 “ 超高頻毫伏表 ” 。如國產(chǎn) DA36型超高頻毫伏表，頻率范圍為 10kHz～ 1000MHz，電壓范圍（不加分壓器） 1mV～ 10V。 國產(chǎn) HFJ8型高頻毫伏表 （調(diào)制式），最低量程為 3mV，最高工作頻率 300MHz。 第 54頁 2）放大 檢波式電壓表 組成框圖 特點：先放大再檢波，因此靈敏度很高。均值電壓表常用這種方式。 放大器：為寬帶交流放大器，決定了電壓表的頻率范圍。一般上限為 10MHz。常稱為 “ 寬頻毫伏表 ” 或 “ 視頻毫伏表 ” 。這種電壓表具有較高靈敏度，但仍受寬帶交流放大器內(nèi)部噪聲限制。 步 進分 壓 器寬 帶 交 流放 大 器均 值檢 波 器 u A第 55頁 3）分貝測量及寬頻電平表 分貝 聲學中，分貝是表示音量強弱的一個單位。 通信系統(tǒng)中，也常用分貝表示電平或功率。 當用分貝表示功率時，定義為： 當用分貝表示電壓時， 由功率與電壓的關(guān)系： 和 當 R1=R2時，有 1210 lg [ ]P dBP2111VPR?2222VPR?1220 lg [ ]V dBV第 56頁 對上式，分貝是一個用對數(shù)表示的相對量值（記作 dB），如果相對于一個確定的參考基準量，此時的分貝值則表示了一個 絕對電平 。 若 P2= P0（基準量），并取 P0=1mW； P1=被測功率，用 Px表示，其分貝值用 dBm表示（下標 m指示以mW為單位表示被測功率絕對值）。 則功率電平： 顯然，當 Px=P0=1mW為 0dBm時，若 Px1mW，分貝值為正，若 Px1mW，分貝值為負。 [ ] 1 0 l g [ ]w m xP d B P m W?第 57頁 對于電壓電平：以 600Ω電阻上吸收 P0=1mW的基準功率時電壓的有效值為參考基準量 V0。 由于 因此，取基準量 V0=，其分貝值用 dB或 dBV表示（下標 V指示以 V為單位表示被測電壓絕對值）。 對于任意被測電壓 Vx，其電壓電平定義為 和 Vx(v)∽Pv （ dBv）之間可換算或查表。 20 .7 7 51600 mW??[][ ] 20 l gVVP dB ?[ ] ~ [ ]x x mP m W P d B第 58頁 寬頻電平表 具有分貝讀數(shù)的電壓表稱為 “ 寬頻電平表 ” 。在均值電壓表（放大 檢波式）基礎上設計的。 組成框圖： 輸 入衰 減 器寬 帶 交 流放 大 器均 值檢 波 器u Ad B “ 輸 入 電 平 ”選 擇標 準 電 平震 蕩 器“ 輸 入 阻 抗 ”選 擇“ 電 平 校 準 ”d B第 59頁 輸入衰減器上用 dB表示 “ 輸入電平 ” 選擇，衰減步進為 10dB，相當于衰減 倍 ,（ ）。 輸入衰減器可用標準電平振蕩器校準。 可根據(jù)測量時的阻抗匹配原則選擇 “ 輸入阻抗 ”（一般有 75Ω/150Ω/600Ω/高阻共 4檔）。 寬帶放大器上還有 “ 電平校準 ” 旋鈕，用于調(diào)節(jié)放大器增益。 表頭刻度為 dB，可以是 dBV（測量電壓電平）或 dBm（測量功率電平）兩者之一，也可以是兩者兼容。 1 0 3 .1 6 2? 12 0 lg 1 010 dB??輸 入衰 減 器寬 帶 交 流放 大 器均 值檢 波 器u Ad B “ 輸 入 電 平 ”選 擇標 準 電 平震 蕩 器“ 輸 入 阻 抗 ”選 擇“ 電 平 校 準 ”d B第 60頁 寬頻電平表刻度特性及 dB值的讀出 : 電壓電平測量： 表頭標定時選擇輸入阻抗 600Ω，則對應的 0dB電壓為 （有效值）。通常 0dB約在表頭指針滿刻度的 2/3左右， 0dB的左邊為 dB（ ） , 0dB的右邊為 +dB（ ）。 表頭讀數(shù)只能表示輸入無衰減且交流放大器增益為1時被測電壓的分貝值。 當引入衰減和放大后，被測電壓的 dB值應為： 衰減器讀數(shù)＋表頭讀數(shù)。 第 61頁 功率電平的測量：實際上是對阻抗兩端電壓電平的測量。 “ 零刻度基準阻抗 ” ：與 1mW基準功率對應的阻抗 Z0 ，取為 600Ω。此時表頭的 功率電平刻度與電壓電平刻度一致 （實際表頭的功率電平刻度就是按 600Ω“零刻度基準阻抗 ” 定度的）。 若選擇輸入阻抗 Zi＝ 600Ω，就可直接從表頭讀出功率電平值。 當 Zi≠600 Ω時，則應根據(jù)讀出的電壓電平換算出功率電平，其換算公式為： 0[ ] [ ] 10 l gW m ViZP dB P dBZ??第 62頁 4 電壓表的使用 了解不同電壓表的性能特點，根據(jù)應用場合加以選用。 1）峰值電壓表特點： 檢波 放大式。峰值響應、頻率范圍較寬（達 1000MHz）但靈敏度低（ mV級）。 讀數(shù)的換算：根據(jù)波峰因數(shù)，將讀數(shù)換算成有效值（或峰值）。 需注意：測量波峰因數(shù)大的非正弦波時，由于削波可能產(chǎn)生誤差。 第 63頁 2）均值電壓表 放大 檢波式。 均值響應、靈敏度比峰值表有所提高但頻率范圍較?。?10MHz），主要用于低頻和視頻場合。 讀數(shù)的換算：根據(jù)波形因數(shù)，將讀數(shù)換算成有效值（或均值）。 3）有效值電壓表 可以直接讀出有效值，非常方便。 由于削波和帶寬限制，將可能損失一部分被測信號的有效值，帶來負的測量誤差。 較為復雜，價格較貴。 第 64頁 4）寬頻電平表 以分貝表示的功率電平和電壓電平。 電壓電平： 步進衰減器讀數(shù)＋表頭讀數(shù) 。 功率電平：當輸入阻抗等于表頭標定時采用的零刻度基準阻抗 600Ω時，功率電平與電壓電平具有相同的表頭刻度。否則，需用 進行修正。 010 lgiZZ第 65頁 5． 4 直流電壓的數(shù)字化測量及 A/D轉(zhuǎn)換原理 5． 4． 1 DVM的組成原理及主要性能指標 1） DVM的組成 ? 數(shù)字電壓表（ Digital Voltage Meter，簡稱 DVM）。 ? 組成框圖 輸 入 電 路 A / D 轉(zhuǎn) 換 器數(shù) 字顯 示 器邏 輯 控 制電 路時 鐘發(fā) 生 器模 擬 部 分 數(shù) 字 部 分Vx第 66頁 1） DVM的組成 組成框圖包括模擬和數(shù)字兩部分。 輸入電路：對輸入電壓衰減 /放大、變換等。核心部件是 A/D轉(zhuǎn)換器（ Analog to Digital Converter，簡稱 ADC），實現(xiàn)模擬電壓到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。 數(shù)字顯示器：顯示模擬電壓的數(shù)字量結(jié)果。 邏輯控制電路：在統(tǒng)一時鐘作用下，完成內(nèi)部電路的協(xié)調(diào)有序工作。 第 67頁 ? 應用 ? 直流或慢變化電壓 信號的測量（通常采用高精度低速 A/D轉(zhuǎn)換器）。 ? 通過 ACDC變換電路，也可測量交流電壓的有效值、平均值、峰值，構(gòu)成 交流數(shù)字電壓表 。 ? 通過電流 電壓、阻抗 電壓等變換，實現(xiàn)電流、阻抗等測量，進一步擴展其功能。 ? 基于微處理器的智能化 DVM稱為數(shù)字多用表（ DMM， Digital MultiMeter）。 ? DMM功能更全，性能更高，一般具有一定的數(shù)據(jù)處理能力（平均、方差計算等）和通信接口 (如GPIB)。 第 68頁 ? 2）主要性能指標 ? 顯示位數(shù) ? 完整顯示位 ：能夠顯示 0~9的數(shù)字。 ? 非完整顯示位 (俗稱半位 )：在最高位上只能顯示0和 1。 如 4位 DVM，具有 4位完整顯示位，其最大顯示數(shù)字為9999 。 而 位（ 4位半） DVM，具有 4位完整顯示位， 1位非完整顯示位，其最大顯示數(shù)字為 19999 。 142第 69頁 ? 量程 ? 基本量程 ：無衰減或放大時的輸入電壓范圍，由 A/D轉(zhuǎn)換器動態(tài)范圍確定。 ? 通過對輸入電壓（按 10倍）放大或衰減，可擴展其他量程 。 如基本量程為 10V的 DVM，可擴展出 、1V、 10V、 100V、 1000V等五檔量程； 基本量程為 2V或 20V的 DVM，可擴展出200mV、 2V、 20V、 200V、 1000V等五檔量程。 第 70頁 ? 分辨力 ? 指 DVM能夠 分辨最小電壓變化量的能力 。反映了 DVM靈敏度。 ? 用每個字對應的電壓值來表示，即 V/字。 ? 不同的量程上能分辨的最小電壓變化的能力不同，顯然， 在最小量程上具有最高分辨力 。 例如， 3位半的 DVM，在 200mV最小量程上，可以測量的最大輸入電壓為 ，其分辨力為 （即當輸入電壓變化 ，顯示的末尾數(shù)字將變化 “ 1個字 ” ）。 第 71頁 用百分數(shù)表示分辨率：與量程無關(guān)，比 較直觀。 如上述的 DVM在最小量程 200mV上分辨 力為 ，則分辨率為： ? 測量速度 每秒鐘完成的測量次數(shù)。它主要取決于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。 一般低速高精度的 DVM測量速度在幾次 /秒 ~幾十次 /秒。 0. 1m V 10 0% 0. 05 %20 0m V ??第 72頁 ? 測量精度 取決于 DVM的固有誤差和使用時的附加誤差 (溫度等 )。 固有誤差表達式： 示值（讀數(shù)）相對誤差為： 式中 ,Vx:被測電壓的讀數(shù)； Vm:該量程的滿度值； ：誤差的相對項系數(shù)； ：誤差的固定項系數(shù)。 固有誤差由兩部分構(gòu)成：讀數(shù)誤差和滿度誤差。 讀數(shù)誤差： 與當前讀數(shù)有關(guān)。主要包括 DVM的刻度系數(shù)誤差和非線性誤差。 滿度誤差： 與當前讀數(shù)無關(guān)，只與選用的量程有關(guān)。 ( % % )xmV V V??? ? ? ?( % % )mxxVV