【正文】 1 5 K2 A P 1 0X 24 . 7 K4 . 7 K4 . 7 K+ 1 2 v步 進分 壓器AF E T阻抗變換器均 值 檢 波寬 帶 放 大 器R w 1R w 2T 1T 2 圖 53 DA16型均值電壓表的原理電路 電子測量原理 第 18頁 由于驅(qū)動微安表的電流 I正比于被測電壓平均值，同時 正弦電壓有效值具有普遍意義，因此微安表的刻度按正弦 有效值刻度，也就是說將被測電壓的平均值擴大 刻度。但用于測正弦電壓時，則示值即為被測結(jié) 果。因為 相同的諧波次數(shù)，其各次諧波的幅度不同而相位相同，合 電子測量原理 第 19頁 成的波形各不相同；反之，在相同的各次諧波幅度下，若 相位不同，合成的波形也是各不相同的。 或 180176。 除了波形誤差外，還有直流微安表本身的誤差（等級 決定）、檢波二極管老化或變值以及超過頻率范圍所造成 的誤差等，但主要是波形誤差。方法是：先將測量時從表上得到的示值 除以 ，求得被測電壓的平均值，然后按被測電壓的 Kf 電子測量原理 第 20頁 或 Kp值來求出被測電壓的有效值或峰值。解決辦法用“檢波 ——放大”式，把檢波器置于探頭 內(nèi)，將高頻交流變?yōu)橹绷骱笤俜糯箫@示。 峰值表的檢測電路，有“串聯(lián)式”和“并聯(lián)式”兩種，如 圖 54所示。式 （ 57）說明，充電要快，放電要慢。可見檢波 二極管工作在丙類。并聯(lián)式的優(yōu)點在于，具有隔直作用，測出的 電壓是的交流部分（當中 含有直流分量時），因而實際 中應(yīng)用較多。 （ c）圖實際是倍壓檢波，是并聯(lián)式與串聯(lián)式的組合，構(gòu)成 “峰 ——峰”值電壓表。國產(chǎn) DYC5型高頻電 電子測量原理 第 24頁 壓表就是典型的峰值電壓表。原理框圖見圖 55。如國產(chǎn) HEJ8型超高頻毫伏表就是如此。可見，用于測正弦電壓示值即為測量結(jié)果，而用于測 非正弦電壓時，示值也不具有直接物理意義，也存在波形 誤差。一是充放電時間常數(shù)的 影響，總有，峰值檢波得峰值只是相對的，存在著理論上 的誤差。因為放大器采用射極輸出器有很高的輸入 電子測量原理 第 26頁 阻抗，即有很高的 R值。頻率太低時，式（ 57）中的 第一式 RCTmax 很難滿足而產(chǎn)生誤差，因而下限頻率一 般限制在 20Hz。當 測非正弦波電壓時，就必須進行波形換算。那 么，換算的方法是：先將測量時的示值乘 倍，得到被測 電壓的峰值后，再按被測電壓的 Kf、 Kp值來求其平均值和 電子測量原理 第 27頁 有效值。若用上述峰值電壓表來測量，就難以 滿足充電快和放電慢（即難滿足式（ 57）），理論誤差就 很大，須用脈沖電壓表來測量。 電容 C充電時的電荷： 圖 56 峰值電壓表測脈沖電壓波形 電子測量原理 第 29頁 式中 Ri為被測電源的電阻， R為二極等效導(dǎo) 通電阻。 由式（ 510）可知，占空比越大，理論誤差就越大。圖 57就是這樣一個原理電路。 T T3都是源極跟隨器。電路對 C2充電，因射 隨電路的輸出電阻小，對 C2充電快； C2被充電到一 定程度后，又對 3C充電?？梢?，電路實現(xiàn)了充電快、放電慢，滿足了測脈沖電壓的要求。此 外，還可以通過充放電法用 數(shù)字電壓表來測量，其原理 電路如圖 58所示。 R、 D、 C組成串聯(lián)式峰值檢波器。 R為 幾百歐至一千歐的標準電阻，以取出毫伏級脈沖電壓，通 過開關(guān) K送數(shù)字電壓表（ DVM）進行顯示。降壓的方 法較多，一是電阻分壓，但具有相位誤差和幅值誤差，因 而很少用；二是電容分壓，不存在相位誤差，僅存在幅值 誤差，因而常用；三是采用電壓互感器來降壓，這是用得 很廣的一種方法。 電子測量原理 第 34頁 噪聲電壓測量 在電子電路中，噪聲主要是各種元器件（晶體管、電 阻等）內(nèi)部帶電質(zhì)點運動的不規(guī)則所造成的現(xiàn)象。而電流通 過晶體管 PN結(jié)時，因電荷運動的不連續(xù)而產(chǎn)生的晶體管噪 聲，稱為散粒噪聲。噪聲的存在，嚴重影響系統(tǒng)傳輸微弱信號的能力， 因而對噪聲電壓的測量也是十分有意義的。而噪聲電壓，則不采用 分貝衡量，而是用電平的分貝來衡量，主要用在通信系統(tǒng) 測試中（參見本書第二章關(guān)于電平的分貝測量問題）。 電子測量原理 第 36頁 用均值電壓表測量 噪聲電壓信號是一種隨機的，波形是非周期的，變化 是無規(guī)律的。 用式（ 511）可以求出白噪聲電壓的波形因數(shù) Kf，從 而用均值電壓表進行測量。 若用表分貝刻度測量，則應(yīng)在分貝指示值上加 可（ 因為對 U按分貝計算有 ）。因為噪聲 隨機的峰值可能在某時刻太高，超過放大器的動態(tài)范圍而 被削波，影響準確度。 電子測量原理 第 38頁 用有效值電壓表測量 有效值電壓表能測任意波形電壓而不存在波形誤差， 因而被用來測正弦及非正弦波電壓，如噪聲電壓的測量、 非線性失真度測量中諧波電壓的測量等。 有效值電壓表主要有下述三種原理： 均值檢波的原理見圖 59所示。當設(shè) U為正弦電壓時，二極 管有： 電子測量原理 第 39頁 則： 因正弦一周內(nèi)的平均值為零，則： （ 513） 式中的第一項叫起始電流（靜態(tài)工作電流），在電路上是可以抵消的，則送到直流電流表的電流為： （ 514） 從而實現(xiàn)了有效值檢波（非正弦按付氏級數(shù)分解后有 同樣的結(jié)果）。實際中，二極管只 有起始部分特性是平方律， 范圍小，因而實際電路采用 分段逼近的方法來得到平方 律特性曲線。 圖 59 均值檢波原理 電子測量原理 第 41頁 熱電偶式有效值電壓表的原理見圖 510所示。 AB 加熱的溫度正比于被測電壓 有效值的平方，熱電偶熱端 C溫度高 于冷端 D、 E而產(chǎn)生熱電勢。于是 電路中產(chǎn)生一個與被測電壓有效值的平方成正比的電流， 驅(qū)動微安表偏轉(zhuǎn)。 電子測量原理 第 42頁 圖 511是利用熱電偶原理制成的 DA24型有效值電壓表的 簡化組成框圖。 圖 511 DA24型有效值電壓表原理電路 設(shè)衰減放大后的總傳輸系數(shù)為 1，則 M輸出電勢為： （ 515） 而 M輸出熱電勢： 電子測量原理 第 43頁 放大器增益足夠大時有： ΔE=ExEf≈0 所以，有 Ex=Ef，將式（ 515）、（ 516）代入得： （ 517） 式（ 517）表明輸出直流電壓 Uo與輸入電壓有效值 U呈線 性關(guān)系，實現(xiàn)了線性化。熱電偶式有效值 電壓表的缺點是，具有熱慣性，穩(wěn)定后才能讀數(shù)，同時易 受溫度影響。 電子測量原理 第 44頁 由模擬計算電路來實現(xiàn)有效值電壓的測量，利用計算 電路直接完成下列運算： 圖 512 計算型有效值電壓表原理框圖 圖 512 計算型有效值電壓表原理框圖 據(jù)此原理已做成集成電路，如 AD637KRmsdc型號的 集成塊。它將連續(xù)的模擬量變換 成離散的數(shù)字量，然后進行編碼、顯示或打印等。 盡管數(shù)字電壓表從上世紀五十年代初問世來時間不長 ，由于電子技術(shù)的發(fā)展，至今已全部集成化或智能化。 %）、分辨率高（可達 1μV）、數(shù)字顯示 電子測量原理 第 46頁 （不存在視覺誤差）、測量速度高（無指針的機械慣性） 、輸入阻抗高（可達 1010Ω）、易實現(xiàn)自動化等。 數(shù)字電壓表的主要內(nèi)容可歸結(jié)為電壓測量的數(shù)字化方 法。不同的 A/D變換 器，就有不同特性的數(shù)字電壓表。其中又分反饋比較式 和無反饋比較式，具有閉環(huán)負反饋系統(tǒng)的逐次比較式是常 電子測量原理 第 47頁 用的類型。首先將模擬 電壓通過積分器變成時間