第3章模拟测量精选文档.ppt

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1、第3章模拟测量本讲稿第一页，共九十九页3.1 电压的模拟测量3.2 分贝的测量3.3 频率的模拟测量3.4 阻抗的模拟测量教学内容本讲稿第二页，共九十九页1.1.电压测量的意义电压测量的意义v电压、电流、功率是表征电信号能量大小的三个基本参量。v在电子电路中，只要测量出其中一个参量就可以根据电路的阻抗求出其它两个参量。v考虑到测量的方便性、安全性、准确性等因素，几乎都用测量电压的方法来测定表征电信号能量大小的三个基本参量。此外，许多参数，例如频率特性、谐波失真度、调制度等都可视为电压的派生量。所以电压的测量是其它许多电参量测量的基础。非电量测量中，物理量电压信号，再进行测量。如：温度、压力、振

2、动、（加）速度3.1 电压的模拟测量电压的模拟测量3.1.1 3.1.1 概述概述本讲稿第三页，共九十九页2.2.电压测量的特点电压测量的特点 电子电路中的电压具有频率范围宽、幅度差别大、波形多样化等特点，所以对测量电压所采用的电子电压表也提出了相应的要求，主要有：1）频率范围宽 除直流电压外，交流电压的频率可以从10-6 Hz到109Hz范围内变化。本讲稿第四页，共九十九页2）测量范围宽(量程)通常，待测电压的下限为十几分之几uV至几mV，而上限可达几十kV。随着科学的发展，要求测量非常小的电压值，即要求电压测量仪器具有非常高的灵敏度。目前已出现灵敏度高达1nV的数字电压表。本讲稿第五页，共

3、九十九页3）被测波形的多样化 除正弦波外，电路中还有失真的正弦波和大量的非正弦波。测量时，应考虑不同波形的需要。测非正弦波形时其读数无直接意义，被测电压大小要根据电压表的类型和波形来确定，即需要进行换算。本讲稿第六页，共九十九页4）输入阻抗高 电压测量仪器以并联方式连入电路，其输入阻抗是被测电路的附加并联负载。为了减小电压表对测量结果的影响，对于直流和低频电压，就要求电压表的输入阻抗很高，即输入电阻大；对于高频电压，要求输入电容小，使附加的并联负载对被测电路影响很小。目前，直流数字电压表在小量程上的输入阻抗高达10G，高量程时可达10M。本讲稿第七页，共九十九页5）测量精度高 一般的工程测量，

4、如市电的测量、电路电源电压的测量等都不要求高的精度，准确度在1%3%即可。一般对直流电压的测量可获得最高准确度，达10-410-7量级(数字表)；对交流电压的测量可获得10-210-4量级的准确度。模拟式电压表一般只能达到10-2量级。本讲稿第八页，共九十九页6）抗干扰能力強 测量工作一般都在有干扰的环境下进行，所以要求测量仪表具有较強的抗干扰能力。对于数字电压表来说，这个要求更为突出。测量时，采取必要的措施，如接地、屏蔽等，可减小干扰的影响。本讲稿第九页，共九十九页3.3.直流电压标准直流电压标准电压和电阻是电磁学中的两个基本量。电压基准和电阻基准其他电磁量基准。电压标准有：标准电池（实物基

5、准，10-6）；齐纳管电压标准（固态标准，10-6）；约瑟夫森量子电压基准（量子化自然基准，10-10）。（我国的国家标准）电阻标准有：精密线绕电阻（实物标准）；霍尔电阻基准（量子化自然基准，10-9）。本讲稿第十页，共九十九页3.3.电压测量仪器的分类电压测量仪器的分类1）按频率范围分类：直流电压测量和交流电压测量。交流电压测量：超低频电压表（低于10Hz）、低频电压表（低于1MHz）、视频电压表（低于30MHz）、高频或射频电压表（低于300MHz）和超高频电压表（高于300MHz）本讲稿第十一页，共九十九页2）按被测信号的特点分类：脉冲电压测量和有效值电压测量。3）按测量技术分类：模拟式

6、和数字式电压测量。模拟式电压表：指针式的，用磁电式电流表作为指示器，在电流表盘上用电压刻度。数字式电压表：A/D转换，用电子计数器计数，以十进制数字显示被测电压值。本讲稿第十二页，共九十九页 磁电式（动圈式）直流电压表。磁电式直流电压表结构简单、使用方便，其误差除来源于读数误差外，主要取决于表头本身和扩展电阻的准确度，一般在1%左右，精密电压表可达0.1%。其主要缺点是灵敏度不高和输入电阻低。在量程较低时输入电阻更小，其负载效应对被测电路工作状态及测量结果的影响不可忽略。3.1.2 3.1.2 直流电压的模拟测量直流电压的模拟测量本讲稿第十三页，共九十九页本讲稿第十四页，共九十九页 直流电子电

7、压表通常是由磁电式表头加装跟随器（以提高输入阻抗）和直流放大器（以提高测量灵敏度）构成的。当需要测量高直流电压时，在输入端接入由高阻值电阻构成的分压电路。本讲稿第十五页，共九十九页本讲稿第十六页，共九十九页本讲稿第十七页，共九十九页 电路中某点的电压是指该点信号的电压，它可能是直流，一般是含有直流成分的复杂信号。波形是指电压随时间变化的U-t图形，反映电压瞬时值的变化情况。一个交流电压的幅度特性可用峰值、平均值、有效值等基本参数来表征。1.1.交流电压表征交流电压表征3.1.3 3.1.3 交流电压的模拟测量交流电压的模拟测量本讲稿第十八页，共九十九页（1 1）峰值）峰值U UP P 一个周期

8、性交流电压u(t)在一个周期内所出现的最大瞬时值称为该交流电压的峰值Up。峰值Up是参考零电平计算的。有正峰值和负峰值之分，分别用Up+和Up-表示。含直流分量的交流电压，其正峰值Up+和负峰值Up-的绝对值大小是不相等的；振幅值是以直流分量的电平作参考，它仅仅反映交变部分振动的幅度。（正振幅值、负振幅值）当直流分量U0=0时，振幅值即为峰值。本讲稿第十九页，共九十九页下图的直流分量U0大于零，注意 Up+、Up-和Um的区别。其中，Upp是峰峰值 正峰值Up+负峰值Up-的绝对值交流电压的振幅值Um！本讲稿第二十页，共九十九页又称为均值。交流电压的平均值在数学上定义为 显然，不含直流分量的正

9、弦信号的电压平均值为零。平均值又分为半波平均值和全波平均值。在未特别注明时，平均值是指全波平均值。（2）平均值）平均值本讲稿第二十一页，共九十九页半波平均值是指交流电压的正半周或负半周在一个周期内的平均值。(U(t)0)(U(t)0)通常用全波检波后的波形的平均值来表征正弦信号的幅度特性，故有：本讲稿第二十二页，共九十九页全波整流全波整流波形，表征正弦波形，表征正弦信号的幅度特性信号的幅度特性半波整流半波整流波形，半波检波形，半波检波后的平均值是波后的平均值是全波平全波平均值的一半均值的一半，即为正弦，即为正弦信号电压平均值的一半。信号电压平均值的一半。本讲稿第二十三页，共九十九页 交流电压的

10、有效值理论上定义为：交流电压加在某个电阻上产生的功率与一个直流电压在同一个电阻上产生的功率相同时，则定义这个直流电压值为该交流电压的有效值。数学上交流电压的有效值定义为它的均方根值：（3 3）有效值）有效值本讲稿第二十四页，共九十九页以正弦波为例，代入有效值计算公式本讲稿第二十五页，共九十九页对正弦波而言，其有效值为最大值的 倍。本讲稿第二十六页，共九十九页交流电压的有效值与平均值之比称为该交流电压的波形因数，用Kf表示。正弦信号的波形因数 三角波的波形因数 方波信号的波形因数 （4 4）波形因数）波形因数K Kf f本讲稿第二十七页，共九十九页波峰因数Kp定义为峰值与有效值之比：正弦信号的波

11、峰因数 三角波的波峰因数 方波信号的波峰因数 （5 5）波峰因数）波峰因数KpKp本讲稿第二十八页，共九十九页模拟电压表的测量方法模拟电压表的测量方法 在模拟式交流电压表中，大都采用整流的方法将交流信号变成直流信号，再以其平均值驱动指示器，给出有效值读数。这种方法在电子测量领域中称检波法。它具有准确度高、频带宽、灵敏度较高等优点，是目前使用比较广泛的方法。本讲稿第二十九页，共九十九页 另外还有热电转换法和公式法。热电转换法是通过热电偶将交流电有效值转换成直流电压；公式法是利用有效值公式进行转换，经过模拟平方器、积分器、开平方器等转换环节来完成。根据电压表电路组成的方式不同，模拟式电压表又可分为

12、以下几种。本讲稿第三十页，共九十九页1 1）检波）检波-放大式放大式 检波-放大式电压表的电路结构如图所示。将被测电压Ux先变成直流电压，再经直流放大器放大，然后驱动直流微安表指针偏转。本讲稿第三十一页，共九十九页 电压表的频带宽度主要取决于检波电路的频率响应。通常所称“高频电压表”或“超高频电压表”都属于这一类。由于二极管导通时有一定的起始电压，且采用普通直流放大器会有零点漂移，故其灵敏度不高，不适宜测量小信号。即仅能测量高频（1000MHz以下）的大电压（0.1V以上）。本讲稿第三十二页，共九十九页调制式（斩波式）电压表调制式（斩波式）电压表本讲稿第三十三页，共九十九页2 2）放大）放大-

13、检波式检波式 被测电压先经宽带放大器放大，然后再检波，变成直流电信号，驱动微安表指针偏转。这种电压表灵敏度由于先行放大而提高，但受放大器内部噪声的限制；其频率范围主要受放大器带宽的限制，典型的频率范围为20HZ10MHZ,称“视频毫伏表”。平均值电压表属于放大-检波式电压表。本讲稿第三十四页，共九十九页 3 3）外差式）外差式 检波-放大式和放大-检波式两种电压表，频率响应和灵敏度互相矛盾，很难兼顾，可以通过外差测量方法来解决。外差测量法的中频是固定不变的，中频放大器有良好的选择性，相当高的增益，这样就解决了放大器的带宽与增益的矛盾，削弱噪声的影响，提高了测量灵敏度，扩展了频率范围。一般的高频

14、微伏表即属于这一类。本讲稿第三十五页，共九十九页 在均值电压表内，电压的平均值指被测电压经整流后的平均值，这通常是就全波整流而言，即输入电压的绝对值在一个周期的平均值。均值电压表一般采用放大-检波式电路组成低频电压表。2.2.均值电压表均值电压表本讲稿第三十六页，共九十九页阻抗变换器：输入级。采用射极跟随器或源极跟随器来提高均值表的输入阻抗。可变量程衰减器：由阻容分压电路构成，用来改变均值表的量程。宽带放大器：采用多级负反馈电路构成宽带放大器。平均值检波器：通过整流和滤波（即检波）提取宽带放大器输出电压的平均值，并输出与它成正比的直流电流，最后驱动微安表指示电压的大小。1 1）均值电压表的组成

15、）均值电压表的组成本讲稿第三十七页，共九十九页2 2）平均值检波器原理）平均值检波器原理原理：交流电压经检波二极管后，形成单向脉动电流。在电容C 滤去交流分量后，其平均电流流过表头。桥式整流电路，输出直流电压Uo(AV)是输出电压瞬时值uo在一个周期内的平均值。本讲稿第三十八页，共九十九页 平均值检波器中微安表的示值正比于被测电压的平均值，与其波形无关。当u(t)为正弦交流电时（全波整流时）：由于被测交流电压多为正弦波，大多采用正弦波有效值进行表征。因此当采用平均值检波器的电压表测量非正弦波电压时，要进行波形换算。波形系数：本讲稿第三十九页，共九十九页 均值检波器的输出与被测信号电压的平均值成

16、正比：3 3）波形换算）波形换算 电压表加正弦交流电压时：为定度系数；为指示值；为被测电压平均值。本讲稿第四十页，共九十九页任意波形时任意波形时：“平均值相等示值也相等平均值相等示值也相等”将示值 折算成被测电压的平均值：用波形系数 求出被测电压的有效值本讲稿第四十一页，共九十九页例：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10V位置，问被测电压的有效值分别是多少？解：对于方波，先将示值（10V）折算成正弦波的平均值再用波形系数换算成有效值：对于三角波，因示值与方波相同，表明它的平均值也是9V,有效值：第三章第三章 模拟测量方法模拟测量方法本讲稿第四十二页，共九十九页第三章第

17、三章 模拟测量方法模拟测量方法测量失真正弦波的波形误差 失真正弦波含谐波成分，用均值检波电压表测量时的波形误差与失真正弦波中所包含谐波的频率、幅度、相位均有关。分析表明，失真正弦波中包含奇次谐波时会引起更大的波形误差。因此对含丰富谐波的失真正弦波应谨慎使用均值电压表进行测量。除了波形误差外，还有直流微安表本身的误差，检波二极管的老化、变质等带来的误差。本讲稿第四十三页，共九十九页 指针式万用表指针式万用表属于电工仪表。它的交流电压测量挡采用了半波均值检波器，并以正弦有效值刻度，也可用于交流电压的测量。由于指针式万用表依据直接测量原理工作，且灵敏度低，因此，主要用于工频（50Hz）及要求不高的低

18、频（一般为几到几十kHz以下）电压的测量。本讲稿第四十四页，共九十九页 在测量波形未知或波形复杂的电压时，例如对噪声电压和失真度的测量，因为不知道其波形参数（和 ），若采用平均值表测量，则难以换算成有效值，所以需要有效值电压表。电压有效值定义为：为了获得均方根的响应，必须使AC/DC变换器具有平方根关系的伏安特性。这类变换器主要有热电偶变换式和模拟计算式两种。3.3.有效值电压表有效值电压表本讲稿第四十五页，共九十九页（1 1）热电偶检波原理：）热电偶检波原理：康铜康铜铁铁电电热热丝丝热端热端冷端冷端u ux xE E当冷热两端出现温差时，因两种金属电子逸出功的不同会在两个冷端间形成温差电动势

19、E。电热丝产生热量：QU2x冷、热端温差：TQ温差电动势：ET 所以：E U2x，为平方率检波特性。本讲稿第四十六页，共九十九页热电偶线性检波原理：宽带宽带放大器放大器u ux xKUKUx xU Uo o-+A AV VU Uo oE Ea aE Eb bE E平衡时：所以输出：第三章第三章 模拟测量方法模拟测量方法实现了有效值测量及转换关系的线性化。本讲稿第四十七页，共九十九页（2 2）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乘法器乘法器积分器积分器uiU开方器开方器 一般，我们认为有效值表的读数就是被测电压的有效值，并称这种表为真有效值表。本讲稿第四十八页，共九十九页有效值

20、检波电压表测量误差分析 动态范围的限制 对波峰系数过大的信号，会产生削波作用。放大器带宽的限制 对谐波成分丰富的信号，会使高次谐波损失，造成测量误差。第三章第三章 模拟测量方法模拟测量方法本讲稿第四十九页，共九十九页 DA-24DA-24型热偶式有效值电压表型热偶式有效值电压表的最小量程为1mV，最大量程为300V，频率范围为10Hz10MHz，准确度1.5级，刻度线性，波形误差小。其主要缺点是有热惯性，易过载，使用时应注意。本讲稿第五十页，共九十九页 峰值电压表的工作频率范围宽，输入阻抗高，有较高的灵敏度，但存在非线性失真。峰值电压表简称峰值表，属于检波放大式电子电压表，又称为超高频毫伏表。

21、4.4.峰值电压表峰值电压表本讲稿第五十一页，共九十九页（1 1）峰值电压表的组成）峰值电压表的组成 峰值表由峰值检波器、分压器、直流放大器和微安表组成，如下图所示。检波输出的直流电压与输入交流信号峰值成比例的检波器本讲稿第五十二页，共九十九页（2 2）峰值检波器）峰值检波器 工作原理：交流电压的正半周，二极管导通，电容被快速充电。交流电压的负半周，二极管经电阻R放电，但放电时间常数大，端电压下降速度慢，其端电压作为峰值检波器的输出。在电阻R很大时，可认为其该电压基本维持在其最大值，即被测交流电压峰值的附近。完成峰值检波。usC CR R（充电时间常数）（放电时间常数）电容电容C C充电时间短

22、，放电时间长。充电时间短，放电时间长。(Rs(Rs：信号源内阻；：信号源内阻；RdRd：二极管正向电阻；：二极管正向电阻；TmaxTmax、TminTmin：被测交流电压最大、最小周期：被测交流电压最大、最小周期)+本讲稿第五十三页，共九十九页本讲稿第五十四页，共九十九页本讲稿第五十五页，共九十九页串联式、并联式、倍压式峰值检波器。本讲稿第五十六页，共九十九页（3 3）波形换算）波形换算 若电压表采用峰值检波器，但表头读数以正弦波有效值进行刻度，则需对其读数进行定度。若峰值表读数为：峰值检波器的输出：正弦波时定度系数：本讲稿第五十七页，共九十九页任意波形时任意波形时：“峰值相等示值也相等峰值相

23、等示值也相等”将示值 折算成被测电压的峰值：用峰值系数 求出被测电压的有效值本讲稿第五十八页，共九十九页峰值检波器的特性 输入电阻高、高频特性好峰值检波电压表的结构 峰值电压表通常采用先检波后放大的结构形式。其优点是输入阻抗较高，适合于测量高频信号，常称作高频毫伏表。本讲稿第五十九页，共九十九页波形响应 用峰值电压表测非正弦电压时，从表头获得的读数通常不是被测电压的有效值，也非均值。要对表头读数进行修正，以获得正确的电压数值表示结果。本讲稿第六十页，共九十九页其它测量误差分析理论误差 峰值检波器利用了电容的充放电特性来保持被测电压的峰值，由于电容的放电使电容的端电压不能始终保持为被测电压的峰值

24、，由此产生测量误差。其相对误差可表示为：本讲稿第六十一页，共九十九页频率误差在被测电压的频率较低时，电容放电的时间相对较长，因此电容端电压也下降较多，与被测电压的峰值差异也越大，造成较大的误差。因此峰值检波电压表并不适宜于测量低频电压。该项误差可表示为：一些峰值检波电压表也常称作高频毫伏表。本讲稿第六十二页，共九十九页 DA-1型、DA-4型、HFJ-8型、HFJ-8A型、DYC-5型等超高频毫伏表都是峰值电压表。DA-1型频率范围为10kHz1000MHz，测量范围为0.3mV3V。HFJ-8型频率范围为5kHz300MHz，测量范围为1mV3V。HFJ-8A型频率范围为5Hz1GHz，测量

25、范围为1mV3V，可扩展到300V。本讲稿第六十三页，共九十九页练习与思考：三块电压表A、B、C，分别测量同一个三角波电压，得到的读数分别为：、。且有 。已知这三块表都采用正弦波有效值刻度面板，但分别使用了不同的检波器。试问这三块表各用的什么检波器。分析：同一被测电压，有效值U一定。用有效值检波电压表测，结果为U；用均值检波电压表测，读数为1.11U/KF；用峰值检波电压表测，读数为 所以：A、B、C应分别用了峰值、有效值、均值检波本讲稿第六十四页，共九十九页 在通信系统传输中，通常不直接计算或测量电路某测试点的电压或功率，而是关心传输过程中各部位幅度的相对变化情况。这里幅度统称“电平”，它可

26、以是功率、电压或电流，但大多是指电压电平。计算电平与某一电压或功率基准量之比，通常取其对数值，并需要引出一个新的度量名称分贝分贝。测量中，还常用分贝表示放大器的增益、声音或噪音的响度等。3.2 分贝的测量分贝的测量本讲稿第六十五页，共九十九页 分贝值是被测量与同类的某一量比值的对数。在进行功率、电压的测量时，两个量的相对大小可以用分贝表示：功率之比的对数：电压之比的对数：3.2.1 3.2.1 分贝的概念分贝的概念本讲稿第六十六页，共九十九页 在对以上两式中的P0、U0赋予约定的确切数值后，分贝也就具有了绝对意义，称为绝对电平。通常：功率基准量：P0=1mw 电压基准量：U0=0.775v 对

27、应基准阻抗为：Z0=600，在此阻抗上测量，功率电平和电压电平有同样的分贝值。当在其它阻抗上进行测量时，则必须进行换算（加修正项）：本讲稿第六十七页，共九十九页 分贝测量的实质是电压测量，功率电平的测量也是通过在已知阻抗上进行电压测量而获得的。在工程应用领域，电平测量用的比较广泛。3.2.2 3.2.2 分贝值的测量分贝值的测量本讲稿第六十八页，共九十九页分贝的读出 电平表电平表表头以分贝刻度，在相应于0.775v处刻度0dB，大于0.775v的电压，测量读数分贝值为正，否则为负。为扩大量程范围，在电平表中通常在输入通道加有输入衰减器，此时的测量结果应为：表头读数（dB）+衰减器衰减量（dB）

28、如：衰减量：8dB，表头读数：-3dB 则结果为：8+（-3）=5dB本讲稿第六十九页，共九十九页噪声的测量噪声的测量 噪声是随机信号，它的振幅、相位、频率均是随机的，其概率分布属于正态高斯分布，故又称高斯噪声。高斯噪声电压的测量，最好采用真有效值电压表。但由于均值表价格便宜，也常用它来测量噪声，这时要求解决读数的修正、仪器带宽、满度波峰因数等问题。本讲稿第七十页，共九十九页脉冲电压的测量脉冲电压的测量 对于脉冲电压，常用示波器进行测量。只有在个别情况下，才使用电压表测量脉冲的峰值。一般不使用峰值电压表测量脉冲电压的幅度，因为其波形误差过大。本讲稿第七十一页，共九十九页3.3 频率的模拟测量频

29、率的模拟测量差频法拍频法示波法电桥法谐振法比较法直接法李沙育图形法测周期法模拟法频率测量方法数字法电容充放电法电子计数器法电子计数器法本讲稿第七十二页，共九十九页 直接法是利用电路的某种频率响应特性来测量频率值，其又可细分为谐振法和电桥法两种。（1 1）谐振法）谐振法：调节可变电容器C使回路发生谐振，此时回路电流达到最大，则 3.3.1 3.3.1 直接法直接法本讲稿第七十三页，共九十九页 （2）电桥法：利用电桥的平衡条件和频率有关的特性来进行频率测量,通常采用如下图所示的文氏电桥来进行测量。调节R1、R2使电桥达到平衡，则有本讲稿第七十四页，共九十九页令平衡条件表达式两端实虚部分别相等，得到

30、：和于是，被测信号频率为：通常取R1=R2=R,C1=C2=C，则测量准确度：受桥路中各元件的精确度、判断电桥平衡的准确程度（取决于桥路谐振特性的尖锐度即指示器的灵敏度）和被测信号的频谱纯度的限制，准确度不高，一般约为(0.51)%。本讲稿第七十五页，共九十九页基本原理 利用标准频率fs和被测量频率fx进行比较来测量频率。有拍频法、外差法、示波法以及计数法等。数学模型为：拍频法：将标准频率与被测频率叠加，由指示器（耳机或电压表）指示。适于音频测量（很少用）。外差法：将标准频率与被测频率混频，取出差频并测量。可测量范围达几十MHz（外差式频率计）。示波法：李沙育图形法：将fx和fs分别接到示波器

31、Y轴和X轴（X-Y图示方式），当fxfs时显示为斜线（椭圆或园）；测周期法：直接根据显示波形由X通道扫描速率得到周期，进而得到频率。3.3.2 3.3.2 比较法比较法本讲稿第七十六页，共九十九页1.阻抗定义及表示方法阻抗定义及表示方法3.4 阻抗的模拟测量阻抗的模拟测量3.4.1 3.4.1 概述概述本讲稿第七十七页，共九十九页实轴实轴+j+j -j-j 电阻电阻电电感感电电容容虚虚轴轴阻抗两种坐标形式的转换关系为：阻抗两种坐标形式的转换关系为：本讲稿第七十八页，共九十九页2.电阻器、电容器、电感器的电路模型电阻器、电容器、电感器的电路模型 一个实际的元件，如电阻器、电容器和电感器都不可能是

32、理想的，存在着寄生电容、寄生电感和损耗。也就是说，一个实际的R、L、C元件都含有三个参量：电阻、电感和电容。本讲稿第七十九页，共九十九页考虑剩余电感和分布电容考虑剩余电感和分布电容 电阻器电阻器电阻器电阻器RRC0 L0 本讲稿第八十页，共九十九页考虑由引线、接头、高考虑由引线、接头、高频集肤效应等产生的损频集肤效应等产生的损耗电阻，及在电流作用耗电阻，及在电流作用下因磁通引起的电感下因磁通引起的电感L0考虑介质损耗电阻考虑介质损耗电阻 电容器电容器电容器电容器CCR0 CL0 R,0（当频率较低时）（当频率很高时）本讲稿第八十一页，共九十九页 电感器电感器电感器电感器只考虑损耗电阻只考虑损耗

33、电阻考虑损耗电阻考虑损耗电阻考虑损耗电阻和分布电容考虑损耗电阻和分布电容LR0 LC0 LR0（接于直流电并达到稳态时）R0（当接于频率不高的交流电源时；频率继续增高，仍按此等效，但等效的R0、L随频率变化而变化）（当频率很高时）本讲稿第八十二页，共九十九页 通常用品质因数Q衡量电感、电容及谐振电路的质量，其定义为：Q Q Q Q值值值值电感元件：电感元件：本讲稿第八十三页，共九十九页电容元件：电容元件：（仅考虑介质损耗及泄露因数，不考虑因磁通引起的电感）在实际应用中，常用损耗角和损耗因数D来衡量电容器的质量。损耗因数定义为Q的倒数，即：对于无损耗理想电容器，与 的相位差为 ；而有损耗时，。损

34、耗角 ，电容器的损耗越大，则也越大，其值由介质的特性所决定，一般 ，故 。本讲稿第八十四页，共九十九页 通过对R、L、C基本特性的分析，可以明显地看出，电感线圈、电容器、电阻器的实际阻抗随各种因素的影响而变化，所以在选用和测量R、L、C值时必须注意以下两点：1.保证测量条件与工作条件尽量一致 2.了解R、L、C的自身特性，选择合适的测量方法和仪器。如：在直流或低频时使用的元件，用伏安法最简单，但准确度稍差；在音频范围（2020kHz）内，选用电桥法准确度较高；在高频范围内，通常利用谐振法，这种方法准确度并不高，但比较接近元件的实际使用条件，故测量值比较符合实际情况。随着电子技术的发展，数字化、

35、智能化的RLC测试仪不断推出，给阻抗测量带来了快捷和方便。阻抗的测量特点和方法阻抗的测量特点和方法阻抗的测量特点和方法阻抗的测量特点和方法本讲稿第八十五页，共九十九页伏安法（电压电流法）伏安法（电压电流法）电桥法电桥法谐振法谐振法3.4.2 3.4.2 阻抗参数的测量阻抗参数的测量v电阻的测量电阻的测量v电感和电容的测量电感和电容的测量本讲稿第八十六页，共九十九页1.1.伏安法伏安法 伏安法又叫电压-电流法，即利用欧姆定律，用测量的电压值和电流值计算被测阻抗值：被测器件的导纳为：电阻的阻的测量量本讲稿第八十七页，共九十九页要求电压表内阻要大要求电流表内阻要小 通常，在直流或低频（如50100H

36、z）状态下的测量结果相差很小，因此不必选用交流仪器。模拟式万用表（或三用表）中的欧姆档的测量原理就是伏安法。本讲稿第八十八页，共九十九页2.2.电桥法法电桥的平衡条件：用指数形式表示：上式必须同时满足：D交流电桥 电桥法又称零式法，它利用指零电路作为测量的指示器，工作频率很宽，能在很大程度上消除或削弱系统误差的影响，精度很高，可达10-4。本讲稿第八十九页，共九十九页 当被测元件为电阻元件时，上页图所示为一个直流电桥，且有：电桥法的测量误差主要取决于各桥臂阻抗的误差以及各部分之间的屏蔽效果。另外，为保证电桥的平衡，要求信号源的电压和频率稳定，特别是波形失真要小。在实际应用中，测量电阻常采用直流

37、双臂电桥（也称凯尔文电桥）。信号源是直流电源，通常采用大容量的蓄电池。这种直流电桥能消除由于接线电阻和接触电阻造成的测量误差，测量小电阻的准确度可做到10-5。本讲稿第九十页，共九十九页1.1.电桥法（以法（以Qs18AQs18A型万用型万用电桥为例）例）（1）电桥法测电容 电感、感、电容的容的测量量串联电容电桥 本讲稿第九十一页，共九十九页（2）电桥法测电感 测量电感时的电桥 本讲稿第九十二页，共九十九页2.2.谐振法（振法（Q Q表）表）谐振法是测量阻抗的另一种基本方法，它是利用调谐回路的谐振特性而建立的测量方法。其测量精度虽说不如交流电桥法高，但是由于测量线路简单方便，在技术实现上的困难

38、要比高频电桥少，再加上高频电路元件大多用于调谐回路中，故用谐振法进行测量也比较符合其工作的实际情况。所以在高频电路参数（如电容、电感、品质因数、有效阻抗等）的测量中，谐振法是一种重要的手段。本讲稿第九十三页，共九十九页 典型的谐振法测量仪器是Q表，所以谐振法又称Q表法，其工作频率范围相当宽。当回路达到谐振时：测量回路与振荡源之间采用弱耦合，使振荡源对测量回路的影响小到可以忽略不计。调谐指示器一般用电压表并联在回路上，或用热偶式电流表串联在回路中，他们的内阻对回路的影响应尽可能小。本讲稿第九十四页，共九十九页（1）谐振法测电感 并联替代法测大电感 串联替代法测小电感 本讲稿第九十五页，共九十九页

39、（2）谐振法测电容 直接法测电容的误差包含：v分布电容（线圈和接线分布电容）引起的误差；v当频率过高时，引线电感引起的误差；v当回路Q值较低时，谐振曲线很平坦，不容易准确找出谐振点（电压表指示值最大），从而产生的误差。直接法测电容 本讲稿第九十六页，共九十九页替代法测电容 并联替代法测小电容 串联替代法测大电容 本讲稿第九十七页，共九十九页 Q表是根据谐振原理制成的，它由高频振荡器、测量电路和输入、输出指示器等组成。Q表不仅可以测量电感、电容的参数，如电感量、品质因数等，还可以用于测量电工材料的高频介质损耗，以及电感的分布电容等。Q 表的基本组成框图 高频振荡器C2C1U1LxCxCsU2PV2PV11234（3）Q表（高频Q表、品质因数测量仪）本讲稿第九十八页，共九十九页总结（模拟测量）测电压、电流、电阻：指针式万用表、真有效值电压表、超高频毫伏表、选频电压表（高频小电压）等。测分贝值：电平表。测阻抗（R、L、C）：RLC测试仪、万能电桥。测品质因数、高频电容、电感等：Q表。本讲稿第九十九页，共九十九页