第3章-模拟测量方法课件.ppt

电子测量技术3.1 3.1 电压测量概述电压测量概述1 电压测量的意义电压测量的意义电压测量是电测量与非电测量的基础；电压测量是电测量与非电测量的基础； 电测量中，许多电量的测量可以转化为电压测量：电测量中，许多电量的测量可以转化为电压测量： 表征电信号能量的三个基本参数：电压、电流、功率表征电信号能量的三个基本参数：电压、电流、功率其中：其中：电流、功率电流、功率 电压电压，再进行测量，再进行测量电路工作状态：电路工作状态：饱和与截止，线性度、失真度饱和与截止，线性度、失真度 电压电压表征表征非电测量中，非电测量中，物理量物理量 电压电压信号，再进行测量信号，再进行测量如：温度、压力、振动、（加）速度如：温度、压力、振动、（加）速度电子测量技术3.1 3.1 电压测量概述电压测量概述2 电压测量的特点电压测量的特点应有足够宽的频率范围应有足够宽的频率范围 被测电压的频率可从直流（零频）到数百兆赫，低频被测电压的频率可从直流（零频）到数百兆赫，低频1MHZ1MHZ以下，高频（射频）以下，高频（射频）1MHZ1MHZ以上以上应有足够宽的电压测量范围应有足够宽的电压测量范围 微弱信号：心电医学信号、地震波信号纳伏级，超高压信微弱信号：心电医学信号、地震波信号纳伏级，超高压信号：电力系统中，数百千伏号：电力系统中，数百千伏电子测量技术应有足够高的测量准确度应有足够高的测量准确度 电压测量仪器的准确度可用三种方式表示电压测量仪器的准确度可用三种方式表示 1满度值的百分数，用于具有线性刻度的模拟电压表中满度值的百分数，用于具有线性刻度的模拟电压表中 2读数值的百分数，用于具有对数刻度的电压表读数值的百分数，用于具有对数刻度的电压表 3两者之和，用在线性刻度电压表中的一种比较严格的准两者之和，用在线性刻度电压表中的一种比较严格的准确度表征确度表征应有足够高的输入阻抗应有足够高的输入阻抗 电压表的输入阻抗是被测电路的额外负载，为减小测量电压表的输入阻抗是被测电路的额外负载，为减小测量仪表在接入时对被测电路的分压影响，希望仪器具有较仪表在接入时对被测电路的分压影响，希望仪器具有较高输入阻抗高输入阻抗应有足够高的抗干扰能力应有足够高的抗干扰能力 工业现场测试中，有较大的干扰工业现场测试中，有较大的干扰3.1 3.1 电压测量概述电压测量概述电子测量技术3.1 3.1 电压测量概述电压测量概述3 电压测量的方法和分类电压测量的方法和分类电压测量方法的分类电压测量方法的分类u按对象：直流电压测量；交流电压测量按对象：直流电压测量；交流电压测量u按技术：模拟测量；数字测量按技术：模拟测量；数字测量电压测量仪器的分类电压测量仪器的分类u模拟式电压表；数字式电压表模拟式电压表；数字式电压表电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量1 表征交流电压的基本参量表征交流电压的基本参量峰值、平均值、有效值、波峰系数和波形系数峰值、平均值、有效值、波峰系数和波形系数。u峰值峰值以零电平为参考的最大电以零电平为参考的最大电压幅值（用压幅值（用U Up p表示）。表示）。注：以直流分量为参考的最大注：以直流分量为参考的最大电压幅值则称为振幅，（通常电压幅值则称为振幅，（通常用用U Um m表示）。表示）。电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量u平均值（均值）平均值（均值）数学上定义为：数学上定义为： 相当于交流电压相当于交流电压u(t)的的直流分量直流分量。交流电压测量中，平均值通常指经过全波或半波整流后交流电压测量中，平均值通常指经过全波或半波整流后的波形（一般若无特指，均为全波整流）：的波形（一般若无特指，均为全波整流）： 对理想的正弦交流电压对理想的正弦交流电压u(t)=Upsin(t)，若，若=2/T 01( )TUu t dtT01( )TUu t dtT20.637ppUUU电子测量技术定义：交流电压定义：交流电压u(t)u(t)在一个周期在一个周期T T内，通过某纯电阻负载内，通过某纯电阻负载R R所产生的热量，与一个直流电压所产生的热量，与一个直流电压V V在同一负载上产生的在同一负载上产生的热量相等时，则该直流电压热量相等时，则该直流电压V V的数值就表示了交流电压的数值就表示了交流电压u(t)u(t)的有效值。的有效值。表达式：表达式：3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量201( )TUu t dtTu有效值有效值意义：有效值在数学上即为意义：有效值在数学上即为均方根值均方根值。有效值反映了交。有效值反映了交流电压的功率，是表征交流电压的重要参量。流电压的功率，是表征交流电压的重要参量。对理想的正弦交流电压对理想的正弦交流电压u(t)=Upsin(t)u(t)=Upsin(t)，若，若=2/T=2/T10.7072ppUUU电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量u波峰系数和波形系数波峰系数和波形系数波峰系数定义：峰值与有效值的比值，用波峰系数定义：峰值与有效值的比值，用KP表示，表示，ppUKU峰值有效值波形系数定义：有效值与平均值的比值，用波形系数定义：有效值与平均值的比值，用KF 表示，表示，FUKU有效值平均值电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量对理想的正弦交流电压对理想的正弦交流电压u(t)=Upsin(t)，若，若=2/T对理想的正弦交流电压对理想的正弦交流电压u(t)=Upsin(t)，若，若=2/T21.41/2pppUKU(1/2)1.112/2 2pFpUKU（）电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量 常见波形的波峰系数和波形系数可查表得到：常见波形的波峰系数和波形系数可查表得到：如如正弦波：正弦波：Kp=1.41，KF=1.11； 方波：方波： Kp=1， KF=1； 三角波：三角波：Kp=1.73，KF=1.15； 锯齿波：锯齿波：Kp=1.73，KF=1.15； 脉冲波：脉冲波：Kp= ，KF= ， 为脉冲宽度，为脉冲宽度，T为周期为周期 白噪声：白噪声：Kp=3（较大），（较大），KF=1.25。TT电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量2 交流电压的测量方法交流电压的测量方法 模拟电压表模拟电压表 检波器是实现交流电压测量（检波器是实现交流电压测量（AC-DC变换）的核变换）的核心部件，同时，为了测量小信号电压，放大器也心部件，同时，为了测量小信号电压，放大器也是电压表中不可缺少的部件，因此，组成方案有是电压表中不可缺少的部件，因此，组成方案有两种类型：两种类型：一种是先检波后放大，称为检波一种是先检波后放大，称为检波-放大式；放大式；一种是先放大后检波，称为放大一种是先放大后检波，称为放大-检波式。检波式。 模拟电压表的两个重要指标：带宽和灵敏度模拟电压表的两个重要指标：带宽和灵敏度(分辨力分辨力)。电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量检波器检波器 决定电压表的频率范围、输入阻抗和分辨力。决定电压表的频率范围、输入阻抗和分辨力。峰值电压表峰值电压表常用这种类型。常用这种类型。 检波检波- -放大式电压表放大式电压表a. a. 组成框图组成框图; b.; b.提高灵敏度措施提高灵敏度措施电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量l检波器检波器为提高频率范围，采用超高频二极管检波，其频率为提高频率范围，采用超高频二极管检波，其频率范围可从直流到几百兆赫，并具有较高的输入阻抗。范围可从直流到几百兆赫，并具有较高的输入阻抗。检波二极管的检波二极管的正向压降正向压降限制了其测量小信号电压的限制了其测量小信号电压的能力（即灵敏度限制），同时，检波二极管的能力（即灵敏度限制），同时，检波二极管的反向反向击穿电压击穿电压对电压测量的上限有所限制。对电压测量的上限有所限制。 为减小高频信号在传输过程中的损失，通常将峰值为减小高频信号在传输过程中的损失，通常将峰值检波器直接设计在探头中。检波器直接设计在探头中。l放大器放大器采用桥式直流放大器，它具有较高的增益。采用桥式直流放大器，它具有较高的增益。直流放大器的零点漂移也将影响电压表的灵敏度。直流放大器的零点漂移也将影响电压表的灵敏度。电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量为提高灵敏度，采用高增益、低漂移的直流放大器，为提高灵敏度，采用高增益、低漂移的直流放大器，如斩波稳零式直流放大器，其灵敏度可达几十微伏。如斩波稳零式直流放大器，其灵敏度可达几十微伏。称之为称之为“调制式电压表调制式电压表” ，如国产，如国产HFJ-8型高频毫型高频毫伏表，最低量程为伏表，最低量程为3mV，最高工作频率，最高工作频率300MHz。 l主要指标：主要指标：检波检波-放大式电压表常称为放大式电压表常称为“高频毫伏表高频毫伏表”或或“超超高频毫伏表高频毫伏表” 。如国产。如国产DA36型超高频毫伏表，频型超高频毫伏表，频率范围为率范围为10kHz1000MHz，电压范围（不加分压，电压范围（不加分压器）器）1mV10V。 国产国产HFJ-8型高频毫伏表（调制式），最低量程为型高频毫伏表（调制式），最低量程为3mV，最高工作频率，最高工作频率300MHz。 电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量放大放大-检波式电压表检波式电压表先放大再检波，因此灵敏度很高。先放大再检波，因此灵敏度很高。均值电压表均值电压表常用这种方式。常用这种方式。步步进进分分压压器器宽宽带带交交流流放放大大器器均均值值检检波波器器uAl放大器放大器宽带交流放大器决定了电压表的频率范围。一般宽带交流放大器决定了电压表的频率范围。一般上限为上限为10MHz10MHz。常称为。常称为“宽频毫伏表宽频毫伏表”或或“视频视频毫伏表毫伏表” ” 。灵敏度受仍受宽带交流放大器内部噪声限制。灵敏度受仍受宽带交流放大器内部噪声限制。电子测量技术有效值电压表有效值电压表 ：热电转换法；：热电转换法； 公式法公式法外差式电压表外差式电压表原理原理 外差式接收原理。外差式接收原理。3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量特点特点 大大提高灵敏度大大提高灵敏度（可达（可达-120dB-120dB，相当于，相当于0.775V0.775V）。）。常称为常称为“高频微伏表高频微伏表” 。如。如DW-1DW-1型，频率范型，频率范围为围为100kHz100kHz300MHz300MHz，最小量程，最小量程15V 15V 。 应用应用 小信号电压的测量以及从噪声中测量有用信号。小信号电压的测量以及从噪声中测量有用信号。 放大器谐波失真的测量、滤波器衰耗特性测量及通信传放大器谐波失真的测量、滤波器衰耗特性测量及通信传输系统中。输系统中。电子测量技术 平均值检波原理平均值检波原理 由二极管桥式整流（全波整流和半波整流）电路完成。由二极管桥式整流（全波整流和半波整流）电路完成。如图，整流电路输出直流电流如图，整流电路输出直流电流I I0 0，其平均值与被测输入，其平均值与被测输入电压电压u(t)u(t)的平均值成正比（与的平均值成正比（与u(t)u(t)的波形无关）。的波形无关）。（电容（电容C C用于滤除整流后的交流成分，避免指针摆动）用于滤除整流后的交流成分，避免指针摆动）3 平均值电压的测量平均值电压的测量I0u(t)D1D2D3D4CCu(t)D1D2I03.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量电子测量技术 原理原理均值响应，即：均值响应，即：u(t) 放大放大均值检波均值检波驱动表头驱动表头 刻度特性刻度特性n表头刻度按（纯）表头刻度按（纯）正弦波有效值刻度正弦波有效值刻度。因此：。因此：n当输入当输入u(t)为正弦波时，读数为正弦波时，读数即为即为u(t)的有效值的有效值U（而不是该纯（而不是该纯正弦波的均值）。正弦波的均值）。n对于非正弦波的任意波形，读数对于非正弦波的任意波形，读数没有直接意义（既不等于其均没有直接意义（既不等于其均值也不等于其有效值值也不等于其有效值U）。但可由读数）。但可由读数换算出均值和有效值。换算出均值和有效值。V平平均均值值检检波波表表头头( (读读数数= =) )u(t)3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量电子测量技术由读数由读数换算出均值和有效值的换算步骤如下：换算出均值和有效值的换算步骤如下： 第一步，把读数第一步，把读数想象为有效值等于想象为有效值等于的纯正弦波输的纯正弦波输入时的读数，即入时的读数，即第二步，由第二步，由 计算该纯正弦波均值计算该纯正弦波均值第三步，假设均值等于第三步，假设均值等于 的被测波形（任意波）输的被测波形（任意波）输入入 ，即，即 注：注：“对于均值电压表，（任意波形的）均值相等，对于均值电压表，（任意波形的）均值相等，则读数相等则读数相等” 。第四步，由第四步，由 ，再根据该波形的波形系数（查，再根据该波形的波形系数（查表可得），其有效值表可得），其有效值UU0.9UU任意U任意0.9FFUKUK任意任意任意任意U3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量电子测量技术上述过程可统一推导如下：上述过程可统一推导如下：上式表明，对任意波形，欲从均值电压表读数上式表明，对任意波形，欲从均值电压表读数得到有效值，需将得到有效值，需将乘以因子乘以因子k k。（。（若式中的若式中的任意波为正弦波，则任意波为正弦波，则k=1k=1，读数读数即为正弦波的即为正弦波的有效值）。有效值）。 ,FFFFUUKUKUKkK任意任意任意任意任意0.91.11FFFFKKkKK任意任意任意3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量电子测量技术综上所述，对于任意波形而言，均值电压表的综上所述，对于任意波形而言，均值电压表的读数读数没有直接意义，由读数没有直接意义，由读数到均值和有效到均值和有效值需进行换算，换算关系归纳如下：值需进行换算，换算关系归纳如下：式中，式中，为均值电压表读数，为均值电压表读数，K KF F为波形系数。为波形系数。波形误差。若将读数波形误差。若将读数直接作为有效值，产生直接作为有效值，产生的误差的误差0.90.9FK（任意波）均值U（任意波）有效值U0.910.91.1110.90.9FFFFFKKKKK3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量电子测量技术例：用平均值表（全波式）分别测量方波及三角波例：用平均值表（全波式）分别测量方波及三角波电压，电压表均指在电压，电压表均指在10V10V位置，问被测电压的有效值分位置，问被测电压的有效值分别是多少？别是多少？对于方波对于方波，先将示值（，先将示值（10V10V）折算成正弦波的平均值）折算成正弦波的平均值再用波形系数换算成有效值。再用波形系数换算成有效值。对于三角波对于三角波，因示值与方波相同，表明它的平均值，因示值与方波相同，表明它的平均值也是也是9V,9V,有效值有效值3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量误差分析误差分析电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量 有效值检波原理有效值检波原理利用二极管平方律伏安特性检波利用二极管平方律伏安特性检波 根据根据 为得到有效值为得到有效值, ,首先需对首先需对u(t)u(t)平方平方小信号时二极管正向伏安特性曲线可近似为平方关系。小信号时二极管正向伏安特性曲线可近似为平方关系。缺点：精度低且动态范围小。缺点：精度低且动态范围小。 因此，实际应用中，采用因此，实际应用中，采用分段逼近平方律分段逼近平方律的二极管伏安的二极管伏安特性曲线图的电路。特性曲线图的电路。201( )TUut dtT4 有效值电压的测量有效值电压的测量电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量利用模拟运算的集成电路检波利用模拟运算的集成电路检波 原理图原理图通过多级运算器级连实现通过多级运算器级连实现 模拟乘法器（平方）模拟乘法器（平方）积分积分开方开方比例运比例运算。算。 单片集成单片集成TRMS/DC电路，如电路，如AD536AK等。等。2( )ut0TAu(t)Vrms电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量 利用热电偶有效值检波利用热电偶有效值检波热电效应：两种不同导体的两端相互连接在一起，热电效应：两种不同导体的两端相互连接在一起，组成一个闭合回路，当两节点处温度不同时，回路组成一个闭合回路，当两节点处温度不同时，回路中将产生电动势，从而形成电流，这一现象称为热中将产生电动势，从而形成电流，这一现象称为热电效应，所产生的电动势称为电效应，所产生的电动势称为热电动势热电动势。热电效应原理图热电效应原理图当热端当热端T和冷端和冷端T0存在温差时（即存在温差时（即TT0），则存在），则存在热电动势，且热电动势，且热电动势的大小与温差热电动势的大小与温差T=T-T0成正成正比比。冷冷端端T T0 0热热端端T T电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量l热电偶：热电偶： 将两种不同金属进行特别封装并标定后，称为一将两种不同金属进行特别封装并标定后，称为一对热电偶（简称热偶）。对热电偶（简称热偶）。l热电偶温度测量原理：热电偶温度测量原理： 若冷端温度为恒定的参考温度，则通过热电动若冷端温度为恒定的参考温度，则通过热电动势就可得到热端（被测温度点）的温度。势就可得到热端（被测温度点）的温度。l热电偶有效值检波原理：热电偶有效值检波原理：若通过被测交流电压对热电偶的热端进行加热，则若通过被测交流电压对热电偶的热端进行加热，则热电动势将反映该交流电压的有效值，从而实现了热电动势将反映该交流电压的有效值，从而实现了有效值检波。如下图。有效值检波。如下图。电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量热电偶有效值检波原理图热电偶有效值检波原理图图中，直流电流图中，直流电流I与被测电压与被测电压u(t)的有效值的有效值U的关系：的关系：电流电流I热电动势热电动势热端与冷端的温差，而热端温度热端与冷端的温差，而热端温度u(t)功功率率u(t)的有效值的有效值U的平方，故的平方，故R Ru u( (t t) )冷冷端端T T0 0加加热热丝丝热热端端T T热热偶偶M Mu uA A连连接接导导线线I I2IU电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量表头刻度线性化处理：采用两对相同的热电偶，分别称表头刻度线性化处理：采用两对相同的热电偶，分别称为为测量热电偶和平衡热电偶测量热电偶和平衡热电偶，如下图。，如下图。R Ru u( (t t) )冷冷端端T T0 0加加热热丝丝热热端端T T测测量量热热偶偶电电流流表表平平衡衡热热偶偶+ +- -V Vo oE Ex xE Ef fV Vi i热热端端T T连连接接导导线线差差分分放放大大器器电子测量技术上图中，通过平衡热偶形成一个电压负反馈系统。上图中，通过平衡热偶形成一个电压负反馈系统。测量热偶的热电动势测量热偶的热电动势ExU2，令，令Ex=k1 U2 ；平衡热偶的热电动势平衡热偶的热电动势EfU02，及，及Ef =k2 U02 ；假如两对热偶具有相同特性，即假如两对热偶具有相同特性，即k1= k2 =k ，=则差分放大器输入电压则差分放大器输入电压Ui=Ex-Ef=k(U2 - U02 ) ，若放大器增益足够大，则有若放大器增益足够大，则有Ui=0，=U0=U （即输出电压等于（即输出电压等于u(t)有效值）有效值）3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量l有效值电压表的特点有效值电压表的特点理论上不存在波形误差，因此也称真有效值电压表（读数与波形理论上不存在波形误差，因此也称真有效值电压表（读数与波形无关）。无关）。 比如，对非正弦波，可视为由基波和各次谐波构成，比如，对非正弦波，可视为由基波和各次谐波构成，若其有效值分别为若其有效值分别为U1、U2、U3、，则读数，则读数但实际有效值电压表，下面两种情况使读数偏小：但实际有效值电压表，下面两种情况使读数偏小： 对于波峰系数较大的交流电压波形，由于电路饱和使电压表可能对于波峰系数较大的交流电压波形，由于电路饱和使电压表可能出现出现“削波削波” ；高于电压表；高于电压表有效带宽有效带宽的波形分量将被抑制。它们的波形分量将被抑制。它们都将损失有效值分量。都将损失有效值分量。缺点：受环境温度影响较大，结构复杂，价格较贵。缺点：受环境温度影响较大，结构复杂，价格较贵。实际应用中，常采用峰值或均值电压表测有效值。实际应用中，常采用峰值或均值电压表测有效值。2212(.)kUkUU电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量 原理原理 峰值响应，即：峰值响应，即：u(t)峰值检波峰值检波放大放大驱动表驱动表头头 刻度特性刻度特性 表头刻度按（纯）表头刻度按（纯）正弦波有效值刻度正弦波有效值刻度。因此：。因此：当输入当输入u(t)为正弦波时，为正弦波时，读数读数即为即为u(t)的有效值的有效值U U（而（而不是该纯正弦波的峰值不是该纯正弦波的峰值U Up p）。）。对于非正弦波的任意波形，读数对于非正弦波的任意波形，读数没有直接意义（既不没有直接意义（既不等于其峰值等于其峰值U Up p也不等于其有效值也不等于其有效值U U）。但可由读数）。但可由读数换换算出峰值和有效值。算出峰值和有效值。4 峰值电压的测量峰值电压的测量电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量由读数由读数换算出峰值和有效值的换算步骤如下：换算出峰值和有效值的换算步骤如下： 第一步，把读数第一步，把读数想象为有效值等于想象为有效值等于的纯正弦波输的纯正弦波输入时的读数，即入时的读数，即第二步，将第二步，将U转换为该纯正弦波的峰值转换为该纯正弦波的峰值第三步，假设峰值等于第三步，假设峰值等于Up的被测波形（任意波）输的被测波形（任意波）输入入 ，即，即注：注：“对于峰值电压表，（任意波形的）峰值相等，对于峰值电压表，（任意波形的）峰值相等，则读数相等则读数相等” 。第四步，由第四步，由 ，再根据该波形的波峰系数（查表可，再根据该波形的波峰系数（查表可得），其有效值得），其有效值U22pUU2ppUU任意pU任意电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量上述过程可统一推导如下：上述过程可统一推导如下：该式表明：该式表明：对任意波形，欲从读数对任意波形，欲从读数得到有效得到有效值，需将值，需将乘以因子乘以因子k k。（。（若式中的任意波为正若式中的任意波为正弦波，则弦波，则k=1k=1，读数读数即为正弦波的有效值）。即为正弦波的有效值）。2,pppppppppUUK UKUkkKKKKK任意任意任意任意任意任意任意电子测量技术3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量综上所述，对于任意波形而言，峰值电压表的综上所述，对于任意波形而言，峰值电压表的读数读数没有直接意义，由读数没有直接意义，由读数到峰值和有效值到峰值和有效值需进行换算，换算关系归纳如下：需进行换算，换算关系归纳如下： 式中，式中，为峰值电压表读数，为峰值电压表读数，Kp为波峰系数。为波峰系数。 波形误差。若将读数波形误差。若将读数直接作为有效值，产生的直接作为有效值，产生的误差。误差。21.4121.41ppKKp（任意波）峰值V（任意波）有效值V221222ppppKKKK电子测量技术例例: 用峰值表分别测量方波及三角波电压，电压用峰值表分别测量方波及三角波电压，电压表均指在表均指在5V位置，问被测电压有效值是多少？位置，问被测电压有效值是多少？对于方波对于方波，3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量对于三角波对于三角波，电子测量技术5 脉冲电压的测量脉冲电压的测量3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量脉冲电压表的原理脉冲电压表的原理电容器电容器C C充电时充电时放电时放电时电路平衡时电路平衡时Q1=Q2Q1=Q2电子测量技术理论误差理论误差代入代入UpUp后得后得3.2 3.2 交流电压的测量交流电压的测量电子测量技术 电子测量中，习惯上把信号电压以外的电压统称为噪声。电子测量中，习惯上把信号电压以外的电压统称为噪声。 产生：电子电路中，各种元器件内部带电质点运动的不产生：电子电路中，各种元器件内部带电质点运动的不 规则造成的现象。规则造成的现象。 分类分类 热噪声热噪声：材料一定温度下，内部微粒不规则的热运动产生：材料一定温度下，内部微粒不规则的热运动产生 散粒噪声散粒噪声：电荷运动的不连续产生的晶体管噪声：电荷运动的不连续产生的晶体管噪声 统称为统称为白噪声：各频率能量分布均匀白噪声：各频率能量分布均匀 性质：随机信号、波形非周期、变化无规律性质：随机信号、波形非周期、变化无规律3.3 3.3 噪声电压的测量噪声电压的测量1 噪声的基本特性噪声的基本特性电子测量技术采用平均值表测量。采用平均值表测量。波形系数波形系数有效值有效值注意问题注意问题：选用表频率范围尽量宽选用表频率范围尽量宽 利用量程开关，克服利用量程开关，克服“削波削波”现现象象1.25FK2 噪声电压的测量噪声电压的测量3.3 3.3 噪声电压的测量噪声电压的测量0.90.9 1.251.13FUK UUU电子测量技术3 器件噪声的测量器件噪声的测量3.3 3.3 噪声电压的测量噪声电压的测量电子测量技术3.3 3.3 噪声电压的测量噪声电压的测量正弦信号法正弦信号法噪声发生器法噪声发生器法电子测量技术3.3 3.3 噪声电压的测量噪声电压的测量噪声带宽的测量噪声带宽的测量正弦信号法正弦信号法电子测量技术3.3 3.3 噪声电压的测量噪声电压的测量噪声发生器法噪声发生器法信噪比的测试信噪比的测试电子测量技术分贝分贝声学中，分贝是表示音量强弱的一个单位。声学中，分贝是表示音量强弱的一个单位。通信系统中，也常用分贝表示电平或功率。通信系统中，也常用分贝表示电平或功率。当用分贝表示功率时，定义为：当用分贝表示功率时，定义为：当用分贝表示电压时，当用分贝表示电压时， 由功率与电压的关系：由功率与电压的关系： 和和当当R R1 1=R=R2 2时，有时，有3.4 3.4 分贝的测量分贝的测量1210lgPdBP2111UPR2222UPR1220lgUdBU电子测量技术分贝分贝可见，分贝是一个用对数表示的相对量值（记作可见，分贝是一个用对数表示的相对量值（记作dB），），如果相对于一个确定的参考基准量，此时的分贝值则表如果相对于一个确定的参考基准量，此时的分贝值则表示了一个绝对电平。示了一个绝对电平。若若P2= P0（基准量），并取（基准量），并取P0=1mW；P1=被测功率，用被测功率，用Px表示，其分贝值用表示，其分贝值用dBm表示（下标表示（下标m指示以指示以mW为单位表示被测功率绝对值）。为单位表示被测功率绝对值）。则则功率电平功率电平：显然，当显然，当Px=P0=1mW为为0dBm时，若时，若Px1mW，分贝，分贝值为正，若值为正，若Px1mW，分贝值为负。，分贝值为负。10lgwmxP dBP mW3.4 3.4 分贝的测量分贝的测量电子测量技术分贝分贝电压电平电压电平：以：以600600电阻上吸收电阻上吸收P P0 0=1mW=1mW的基准功率时的基准功率时电压的有效值为参考基准量电压的有效值为参考基准量U U0 0。由于由于因此，取基准量因此，取基准量U U0 0=0.775V=0.775V，其分贝值用，其分贝值用dBdB或或dBdBV V表示表示（下标（下标V V指示以指示以V V为单位表示被测电压绝对值）。为单位表示被测电压绝对值）。 对于任意被测电压对于任意被测电压U Ux x，其电压电平定义为，其电压电平定义为 和和 之间可换算或查之间可换算或查表。表。20.7751600mW 20lg0.775xVVU VP dBxxmP mWP dB xxVU VU dB3.4 3.4 分贝的测量分贝的测量电子测量技术分贝刻度分贝刻度3.4 3.4 分贝的测量分贝的测量电子测量技术例：已知例：已知 ，求对应的，求对应的Ux是多少是多少例：用例：用30V电压刻度时，已知示值为电压刻度时，已知示值为27.5V，求对应分贝值，求对应分贝值例：当用例：当用300mV量程测量时，已知表针指在量程测量时，已知表针指在-10dB，求分贝值，求分贝值3.4 3.4 分贝的测量分贝的测量20lg20 xoUdBU 电子测量技术 特点：输出信号中产生了新的频率分量特点：输出信号中产生了新的频率分量 定义：全部谐波电压的有效值与基波电压的有效值之比定义：全部谐波电压的有效值与基波电压的有效值之比222232111100%100%100%nnhUUUUUUU3.5 3.5 失真度的测量失真度的测量22223222221231100%100%100%nnhnnUUUUUUUUU 21 ( )电子测量技术3.5 3.5 失真度的测量失真度的测量测量非线性失真度的方法测量非线性失真度的方法基波抑制法基波抑制法 通过抑制基波网络实现通过抑制基波网络实现交互调制法交互调制法 对被测设备输入两正弦信号测交调失真度对被测设备输入两正弦信号测交调失真度白噪声法白噪声法电子测量技术精品课件精品课件！电子测量技术精品课件精品课件！电子测量技术3.5 3.5 失真度的测量失真度的测量S:1基波抑制法基波抑制法S:2