【正文】 ? 基于微處理器的智能化 DVM稱為數(shù)字多用表（ DMM， Digital MultiMeter）。 ? 通過(guò) ACDC變換電路，也可測(cè)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 。 邏輯控制電路：在統(tǒng)一時(shí)鐘作用下，完成內(nèi)部電路的協(xié)調(diào)有序工作。核心部件是 A/D轉(zhuǎn)換器（ Analog to Digital Converter，簡(jiǎn)稱 ADC），實(shí)現(xiàn)模擬電壓到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。 ? 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(shí) 鐘發(fā) 生 器模 擬 部 分 數(shù) 字 部 分Vx第 66頁(yè) 1） DVM的組成 組成框圖包括模擬和數(shù)字兩部分。否則，需用 進(jìn)行修正。 電壓電平： 步進(jìn)衰減器讀數(shù)＋表頭讀數(shù) 。 較為復(fù)雜，價(jià)格較貴。 3）有效值電壓表 可以直接讀出有效值，非常方便。 均值響應(yīng)、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(chǎng)合。 需注意：測(cè)量波峰因數(shù)大的非正弦波時(shí)，由于削波可能產(chǎn)生誤差。峰值響應(yīng)、頻率范圍較寬（達(dá) 1000MHz）但靈敏度低（ mV級(jí)）。 當(dāng) Zi≠600 Ω時(shí)，則應(yīng)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(yè) 4 電壓表的使用 了解不同電壓表的性能特點(diǎn)，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合加以選用。此時(shí)表頭的 功率電平刻度與電壓電平刻度一致 （實(shí)際表頭的功率電平刻度就是按 600Ω“零刻度基準(zhǔn)阻抗 ” 定度的）。 第 61頁(yè) 功率電平的測(cè)量：實(shí)際上是對(duì)阻抗兩端電壓電平的測(cè)量。 表頭讀數(shù)只能表示輸入無(wú)衰減且交流放大器增益為1時(shí)被測(cè)電壓的分貝值。 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(biāo) 準(zhǔn) 電 平震 蕩 器“ 輸 入 阻 抗 ”選 擇“ 電 平 校 準(zhǔn) ”d B第 60頁(yè) 寬頻電平表刻度特性及 dB值的讀出 : 電壓電平測(cè)量： 表頭標(biāo)定時(shí)選擇輸入阻抗 600Ω，則對(duì)應(yīng)的 0dB電壓為 （有效值）。 寬帶放大器上還有 “ 電平校準(zhǔn) ” 旋鈕，用于調(diào)節(jié)放大器增益。 輸入衰減器可用標(biāo)準(zhǔn)電平振蕩器校準(zhǔn)。在均值電壓表（放大 檢波式）基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。 對(duì)于任意被測(cè)電壓 Vx，其電壓電平定義為 和 Vx(v)∽Pv （ dBv）之間可換算或查表。 [ ] 1 0 l g [ ]w m xP d B P m W?第 57頁(yè) 對(duì)于電壓電平：以 600Ω電阻上吸收 P0=1mW的基準(zhǔn)功率時(shí)電壓的有效值為參考基準(zhǔn)量 V0。 若 P2= P0（基準(zhǔn)量），并取 P0=1mW； P1=被測(cè)功率，用 Px表示，其分貝值用 dBm表示（下標(biāo) m指示以mW為單位表示被測(cè)功率絕對(duì)值）。 通信系統(tǒng)中，也常用分貝表示電平或功率。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。一般上限為 10MHz。均值電壓表常用這種方式。 國(guó)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 53頁(yè) 三 主要指標(biāo)： 檢波 放大式電壓表常稱為 “ 高頻毫伏表 ” 或 “ 超高頻毫伏表 ” 。 二 放大器 采用橋式直流放大器，它具有較高的增益。 檢波二極管的 正向壓降 限制了其測(cè)量小信號(hào)電壓的能力（即靈敏度限制） ,同時(shí)，檢波二極管的 反向擊穿電壓 對(duì)電壓測(cè)量的上限有所限制。 峰值電壓表 常用這種類型。 模擬電壓表的兩個(gè)重要指標(biāo)： 帶寬和靈敏度 (分辨力 ) 第 51頁(yè) 1）檢波 放大式電壓表 ? a. 組成框圖 。 波形誤差為 FV K V??方波~VV??~V ??~VFK 方波1 10 0% 11 %??? ? ?第 50頁(yè) 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(shí)現(xiàn)交流電壓測(cè)量（ ACDC變換）的核心部件，同時(shí)，為了測(cè)量小信號(hào)電壓， 放大器 也是電壓表中不可缺少的部件。若將讀數(shù) α 直接作為有效值，產(chǎn)生的誤差 ???? ????? ????（任意波）均值V（任意波）有效值V0 .9 1 0 .9 1 .1 1 10 .9 0 .9FFF F FKKK K K????? ? ? ?? ? ? ???第 48頁(yè) 4）實(shí)例分析 [例 1] 用具有正弦有效值刻度的峰值電壓表測(cè)量一個(gè)方波電壓 ， 讀數(shù)為 ， 問(wèn)如何從該讀數(shù)得到方波電壓的有效值 ？ [解 ] 根據(jù)上述峰值電壓表的刻度特性 ， 由讀數(shù) α =， 第一步 ,假設(shè)電壓表有一正弦波輸入 ,其有效值 =； 第二步 ,該正弦波的峰值 =； 第三步 ,將方波電壓引入電壓表輸入 ,其峰值 Vp=； 第四步 ， 查表可知 ， 方波的波峰因數(shù) Kp=1， 則該方波的有效值為： V=Vp/Kp=。 ~~~,F F FFVV K V K V K kK ?? ? ? ?任意任意 任意 任意 任意~0 . 91 . 1 1FF FFKKkKK???任意 任意任意第 47頁(yè) ? 綜上所述，對(duì)于任意波形而言，均值電壓表的讀數(shù) α 沒(méi)有直接意義，由讀數(shù) α 到峰值和有效值需進(jìn)行換算，換算關(guān)系歸納如下： 式中， α 為均值電壓表讀數(shù)， KF為波形因數(shù)。 ? 第四步，由 ，再根據(jù)該波形的波形因數(shù)（查表可得），其有效值 ~V ??~~~0. 91. 1122FVVVK? ??? ? ? ?~~V~ 0 . 9VV ???任意V任意0 . 9FFV K V K ?? ? ?任意任意 任意 任意~V第 46頁(yè) ? 上述過(guò)程可統(tǒng)一推導(dǎo)如下： ? 上式表明，對(duì)任意波形，欲從均值電壓表讀數(shù)α 得到有效值，需將 α 乘以因子 k。但可由讀數(shù) α 換算出均值和有效值。因此： 當(dāng)輸入 u(t)為正弦波時(shí)， 讀數(shù) α 即為 u(t)的有效值 V（而不是該純正弦波的均值 ）。 ? 波形誤差。（若式中的任意波為正弦波，則 k=1，讀數(shù) α 即為正弦波的有效值）。 峰 值 檢 波表 頭 ( 讀 數(shù) = α )V pu (t)α第 41頁(yè) ? 刻度特性 ? 由讀數(shù) α 換算出峰值和有效值的換算步驟如下： ? 第一步，把讀數(shù) α 想象為有效值等于 α 的純正弦波輸入時(shí)的讀數(shù)，即 ? 第二步，將 V~轉(zhuǎn)換為該純正弦波的峰值 ? 第三步，假設(shè)峰值等于 Vp~的被測(cè)波形（任意波）輸入 ，即 注： “ 對(duì)于峰值電壓表，（任意波形的）峰值相等，則讀數(shù)相等 ” 。 對(duì)于非正弦波的任意波形，讀數(shù) α 沒(méi)有直接意義（既不等于其峰值 Vp也不等于其有效值 V）。 2212( . . . )k V k V V? ? ? ? ?第 40頁(yè) 二、峰值電壓表原理、刻度特性和誤差分析 ? 原理 ? 峰值響應(yīng)，即： u(t)?峰值檢波 ?放大 ?驅(qū)動(dòng)表頭 ? 刻度特性 ? 表頭刻度按（純） 正弦波有效值刻度 。 3 缺點(diǎn)：受環(huán)境溫度影響較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴。 對(duì)非正弦波，可視為由基波和各次諧波構(gòu)成，若其有效值分別為 V1,V2,V …… ，則讀數(shù) 2 但實(shí)際有效值電壓表，下面兩種情況使讀數(shù)偏?。? 對(duì)于波峰因數(shù)較大的交流電壓波形，由于電路飽和使電壓表可能出現(xiàn) “ 削波 ” ；高于電壓表 有效帶寬 的波形分量將被抑制。 Ru ( t )冷端T 0加熱絲熱端T測(cè) 量 熱 偶電 流 表平 衡 熱 偶+VoExEfVi熱端T連 接 導(dǎo) 線差 分 放 大 器Ex=k1U2 ； Ef =k2Uo2 ； 假如兩對(duì)熱偶 具有相同特性， 即 k1=k2=k ， ==〉 則差放輸入電壓 Vi=ExEf=k(U2Uo2) 放大器增益足夠大 則有 Vi=0,=〉 Uo=U 即輸出電壓等于 u(t)有效值 U，從而實(shí)現(xiàn)了有效值電壓表的線性化刻度，有效值電壓表的讀數(shù)為被測(cè)電壓的有效值。 第 37頁(yè) 直流電流 I與被測(cè)電壓 u(t)的有效值 V的關(guān)系： 電流 I∝ 熱電動(dòng)勢(shì) ∝ 熱端與冷端的溫差，而 熱端溫度 ∝ u(t)功率 ∝ u(t)的有效值 U的平方， 故， I和 U的關(guān)系為非線性，不利于檢波。 ? 熱電偶有效值檢波原理： 若通過(guò)被測(cè)交流電壓對(duì)熱電偶的熱端進(jìn)行加熱，則熱電動(dòng)勢(shì)將反映該交流電壓的有效值，從而實(shí)現(xiàn)了有效值檢波。 冷 端T 0熱 端T第 36頁(yè) ? 熱電偶： 將兩種不同金屬進(jìn)行特別封裝并標(biāo)定后，稱為一對(duì)熱電偶（簡(jiǎn)稱熱偶）。 2 ()ut0T? Au ( t ) V r m s第 35頁(yè) 方法 3： 利用熱電偶有效值檢波 ? 熱電效應(yīng)：兩種不同導(dǎo)體的兩端相互連接在一起，組成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩節(jié)點(diǎn)處溫度不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，從而形成電流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為 熱電動(dòng)勢(shì) 。 201 ()TV u t d tT? ?第 34頁(yè) 方法 2： 利用模擬運(yùn)算的集成電路檢波 ? 原理圖 ? 通過(guò)多級(jí)運(yùn)算器級(jí)連實(shí)現(xiàn) 模擬乘法器（平方） —〉 積分 —〉 開(kāi)方 —〉 比例運(yùn)算。 小信號(hào)時(shí)二極管正向伏安特性曲線可近似為平 方關(guān)系 。 ? 于是， I0的平均值 與 u(t)的平均值 成正比。 ? 如圖，整流電路輸出直流電流 I0，其平均值與被測(cè)輸入電壓 u(t)的平均值成正比（與 u(t)的波形無(wú)關(guān)）。 從波形圖可以看出，峰值檢波電路的輸出存在較小的波動(dòng)，其 平均值略小于實(shí)際峰值 。 DVpC RLu ( t)CD RLu ( t) Vpa bVPu ( t)tc二極管峰值檢波電路 ( , , ) 第 30頁(yè) 二極管峰值檢波電路工作原理 通過(guò)二極管 正向快速充電 達(dá)到輸入電壓的峰值，而二極管 反向截止時(shí) “ 保持 ” 該峰值。有二極管串聯(lián)和并聯(lián)兩種形式。由不同的檢波電路實(shí)現(xiàn)。 T? T??第 28頁(yè) 5． 3． 2 交流 /直流轉(zhuǎn)換器的響應(yīng)特性及誤差分析 模擬電壓表的交流電壓測(cè)量原理： 交流電壓 〉 直流電壓（有效值、峰值和平均值） 〉 直流電流驅(qū)動(dòng)表頭 〉 指示。有效值反映了交流電壓的功率，是表征交流電壓的重要參量。 ? 交流電壓測(cè)量中，平均值通常指經(jīng)過(guò)全波或半波整流后的波形（一般若無(wú)特指，均為全波整流）： ? 對(duì)理想的正弦交流電壓 u(t)=Vpsin(ωt)，若 ω=2π/T 01 ()TU u t d tT? ?01 ()TU u t dtT? ?~2 ppU V V???第 24頁(yè) 3 有效值 ? 定義：交流電壓 u(t)在一個(gè)周期 T內(nèi)，通過(guò)某純電阻負(fù)載 R所產(chǎn)生的熱量，與一個(gè)直流電壓 V在同一負(fù)載上產(chǎn)生的熱量相等時(shí)，則該直流電壓 V的數(shù)值就表示了交流電壓 u(t)的有效值。 注：以直流分量為參考的最大電壓幅值則稱為振幅，（通常用 Um表示）。 RC ???1第 22頁(yè) 5． 3 交流電壓的測(cè)量 5． 3． 1 表征交流電壓的基本參量 ? 峰值、平均值、有效值、波峰因數(shù)和波形因數(shù)。 準(zhǔn)確度： 若直流電壓標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確度為 105，則得到的高頻電壓標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確度可達(dá) 103 。 由兩次電橋平衡 的功率關(guān)系，有： 高頻電壓 有效值為： 22022RF VVV ??第 21頁(yè) 對(duì)上述電路的要求 1 兩個(gè)測(cè)熱電阻的一致性好 (阻值和溫度特性相同 )； 2 檢流計(jì)要非常靈敏 (特別是測(cè)量小的高頻電壓時(shí) )； 3 隔直電容 C應(yīng)保證滿足： ，使交流功率在電容 C上的損耗可以忽略。