【正文】 CDC）轉(zhuǎn)換原理 ? 熱電偶有效值檢波原理圖 ? 圖中，直流電流 I與被測電壓 u(t)的有效值 V的關(guān)系： 電流 I∝ 熱電動勢 ∝ 熱端與冷端的溫差，而熱端溫度∝ u(t)功率 ∝ u(t)的有效值 V的平方，故， 2IV?Ru ( t )冷端T 0加熱絲熱端T熱 偶 Mu A連 接 導 線I1）交流 /直流電壓（ ACDC）轉(zhuǎn)換原理 ? 表頭刻度線性化處理：采用兩對相同的熱電偶，分別稱為 測量熱電偶和平衡熱電偶 ，如下圖。 ? 測量熱偶的熱電動勢 Ex∝V 2，令 Ex=k1V2 ； 平衡熱偶的熱電動勢 Ef∝V o2，及 Ef =k2Vo2 ； 假如兩對熱偶具有相同特性，即 k1=k2=k ， ==〉 則差分放大器輸入電壓 Vi=ExEf=k(V2 Vo2) ， 若放大器增益足夠大，則有 Vi=0， ==〉 Vo=V （即輸出電壓等于 u(t)有效值） ? 有效值電壓表的特點 ? 理論上不存在波形誤差，因此也稱真有效值電壓表（讀數(shù)與波形無關(guān)）。它們都將損失有效值分量。 ? 實際應用中，常采用峰值或均值電壓表測有效值。因此： 當輸入 u(t)為正弦波時， 讀數(shù) α 即為 u(t)的有效值 V（而不是該純正弦波的峰值 Vp）。但可由讀數(shù) α換算出峰值和有效值。 ? 第四步，由 ，再根據(jù)該波形的波峰因數(shù)（查表可得），其有效值 ~V ??~~22pVV ???~ 2ppVV ???任意pV任意2pppVVKK???任意任意任意 任意2）峰值電壓表原理、刻度特性和誤差分析 ? 刻度特性 ? 上述過程可統(tǒng)一推導如下： ? 該式表明： 對任意波形，欲從讀數(shù) α 得到有效值，需將 α 乘以因子 k。 ~ ~ ~ ~ 2,p p p pp p p p pV V K V KV k kK K K K K?? ? ? ? ? ?任意任意任意 任意 任意 任意 任意2）峰值電壓表原理、刻度特性和誤差分析 ? 刻度特性 ? 綜上所述，對于任意波形而言，峰值電壓表的讀數(shù) α 沒有直接意義，由讀數(shù) α 到峰值和有效值需進行換算，換算關(guān)系歸納如下： 式中， α 為峰值電壓表讀數(shù)，為波峰因數(shù)。若將讀數(shù) α 直接作為有效值，產(chǎn)生的誤差。因此： 當輸入 u(t)為正弦波時， 讀數(shù) α 即為 u(t)的有效值 V（而不是該純正弦波的均值 ）。但可由讀數(shù) α 換算出均值和有效值。 ? 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 .1 122FVVVK? ??? ? ? ?~~V~ 0 .9VV ???任意V任意0 .9FFV K V K ?? ? ?任意任意 任意 任意~V3）平均值電壓表原理、刻度特性和誤差分析 ? 刻度特性 ? 上述過程可統(tǒng)一推導如下： ? 上式表明，對任意波形，欲從均值電壓表讀數(shù) α 得到有效值，需將 α 乘以因子 k。 ~~~,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3）平均值電壓表原理、刻度特性和誤差分析 ? 刻度特性 ? 綜上所述，對于任意波形而言，均值電壓表的讀數(shù) α沒有直接意義，由讀數(shù) α 到峰值和有效值需進行換算，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)。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????? ? ? ?? ? ? ???4）實例分析 [例 ] 用具有正弦有效值刻度的峰值電壓表測量一個方波電壓 ， 讀數(shù)為， 問如何從該讀數(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=。 波形誤差為 FV K V??方波~VV??~V ??~VFK 方波1 0 .9 1 0 0 % 1 1 %0 .9??? ? ?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，因此，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 。 ? 1）檢波 放大式電壓表 ? 組成框圖 1）檢波 放大式電壓表 ? a. 組成框圖 。 峰值電壓表 常用這種類型。 ? 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。 ? 放大器 ? 采用橋式直流放大器，它具有較高的增益。 1）檢波 放大式電壓表 ? 放大器 ? 為提高靈敏度，采用高增益、低漂移的直流放大器，如 斬波穩(wěn)零式直流放大器 ，其靈敏度可達幾十微伏。 ? 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 ” 。 ? 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。 ? 峰值電壓表 ? 檢波 放大式。 ? “ 調(diào)制式電壓表 ” ：采用高增益低漂移的調(diào)制式直流放大器，使測量靈敏度大為提高，從 mV級提高到幾十 μV 。 ? 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 。 ? 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。 ? 有效值電壓表 ? 可以 直接讀出有效值 ，非常方便。 ? 較為復雜，價格較貴。設某有效值電壓表帶寬為 10MHz，用該電壓表測量下圖所示方波電壓，計算由電壓表帶寬引起的波形誤差。將方波電壓用付里葉級數(shù)表示為 4 1 1( ) ( s i n s i n 3 s i n 5 . . . )35pu t V t t t? ? ??? ? ? ?VP0T = 1 u Stu (t)4）實例分析 上式表示，方波電壓只含奇數(shù)次諧波分量，其總有效值應為 （基波與各次諧波有效值幾何合成，并由 得） 由圖，該方波基波頻率為 f1=1/T=1MHz，若電壓表帶寬為 10MHz，則該方波就只有基波（ 1MHz）、 3次（ 3MHz）、 5次（ 5MHz）和 9次諧波（ 9MHz）才能通過，而 11次（ 11MHz）以上的諧波將被抑制。 1 0 0 % 3 %VV?? ?? ? ? ?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）。 ? 輸入電路：對輸入電壓衰減 /放大、變換等。 ? 數(shù)字顯示器：顯示模擬電壓的數(shù)字量結(jié)果。 5． 4． 1 DVM的組成原理及主要性能指標 ? 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。 ? 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)。 ? 非完整顯示位 (俗稱半位 )：只能顯示 0和 1（在最高位上）。 ? 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 。 ? 通過對輸入電壓（按 10倍）放大或衰減，可 擴展其他量程 。 ? 分辨力 ? 指 DVM能夠 分辨最小電壓變化量的能力 。 ? 用每個字對應的電壓值來表示，即 V/字 。 ? 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 ” ）。 如上述的 DVM在最小量程 200mV上分辨力為 ，則分辨率為： 分辨率也可直接從顯示位數(shù)得到（與量程無關(guān)），如 3位半的 DVM，可顯示出 1999（共 2022個字），則分辨率為 ? 測量速度 ? 每秒鐘完成的測量次數(shù)。 ? 一般低速高精度的 DVM測量速度在幾次 /秒 ~幾十次 /秒。 ? 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（ Full Scale, FS）； —— 誤差的相對項系數(shù)； ——誤差的固定項系數(shù)。 ? 讀數(shù)誤差： 與當前讀數(shù)有關(guān)。 ? 滿度誤差： 與當前讀數(shù)無關(guān)，只與選用的量程有關(guān)。 n字 ” 的電壓量表示，即 ? 如某臺 3位半 DVM，說明書給出基本量程為 2V， =177。 則在 2V量程上， 1字 =，由 2V=知， =%，即表達式中 “ 1字 ” 的滿度誤差項與“ %”的表示是完全等價的： ? 當被測量（讀數(shù)值）很小時，滿度誤差起主要作用，當被測量較大時，讀數(shù)誤差起主要作用 。 % mV??( % )xV V n?? ? ? ? 字V?%%mV????%?( 0