電子測量技術(shù)第4章模擬測量方法講解課件

1、第3章 模擬測量方法3.1 電壓測量概述1.電壓測量的基本要求 要求：(1) 應(yīng)有足夠?qū)挼念l率范圍 (2) 應(yīng)有足夠?qū)挼碾妷簻y量范圍 (3) 應(yīng)有足夠高的測量準(zhǔn)確度 (4) 應(yīng)有足夠高的輸入阻抗 (5) 應(yīng)有足夠高的抗干擾能力2.電壓測量儀器的分類 (1)模擬式電壓表 (2)數(shù)字式電壓表3.2 交流電壓的測量3.2.1 交流電壓的表征1. 峰值UP 2.平均值3.有效值波形系數(shù)：該電壓的有效值與其平均值之比。波峰系數(shù)：該電壓的峰值與其有效值之比。3.2.2 交流電壓的測量方法1.峰值電壓表2. 平均值電壓表3.有效值電壓表 (1)熱電轉(zhuǎn)換法 (2)公式法4.外差式電壓表3.2.3 平均值電壓的

2、測量1.平均值檢波器的工作原理 檢波電路輸出的直流電壓正比于輸入交流電壓絕對值的平均值。2.波形換算方法 當(dāng)測量任意波形電壓時(shí)，將從電壓表刻度盤上取得的示值先除以定度系數(shù)，折算成正弦波電壓（取絕對值）的平均值；再按平均值相等示值也相等的原則，用波形系數(shù)(見表4.2.1)換算出被測的非正弦波電壓有效值。例4.2.1 用平均值表(全波式)分別測量方波及三角波電壓，電壓表均指在10V位置，問被測電壓的有效值分別是多少？對于方波，先將示值(10V)折算成正弦波的平均值再用波形系數(shù)換算成有效值:對于三角波，因示值與方波相同，表明它的平均值也是9V,有效值:例4.2.2 被測電壓為脈沖波，周期T=64s，

3、脈寬tw=12s，用全波平均值表測量，電壓表示值U為6V。求其有效值Uxrms等于多少？3.誤差分析(1) 以平均值表的示值直接作為被測電壓有效值時(shí)：(2) 失真正弦波的波形誤差： 誤差不僅決定于諧波幅度，而且還隨諧波初相角的變化而周期性變化，當(dāng)為0或180時(shí)，誤差最大。 由二次諧波產(chǎn)生的誤差比三次諧波的小，而且U為負(fù)值，即讀數(shù)偏低。 三次諧波所引起的波形誤差比二次諧波大得多(即奇次諧波比偶次諧波影響大，U可正可負(fù))。4.平均值檢波器電壓表3.2.4 有效值電壓的測量1.有效值電壓表原理 若設(shè)法在電路中抵消起始電流的影響，則送到直流電流表的電流為：優(yōu)點(diǎn)：可測量任意周期性波形電壓的有效值，同諧波

4、與基波之間的相角無關(guān)，不會產(chǎn)生波形誤差。缺點(diǎn)：當(dāng)用正弦博電壓有效值刻度時(shí)，表盤刻度是非線性的。DY-2型有效值電壓表的平方律特性曲線另一種有效值轉(zhuǎn)換的方法是利用熱電偶來實(shí)現(xiàn)的。 熱電偶M的熱端C點(diǎn)的溫度高于冷端D，E的溫度，產(chǎn)生熱電勢，有直流電流I流過微安表，熱端溫度正比于被測電壓有效值的平方。熱電偶式有效值電壓表原理框圖利用模擬運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)有效值電壓的測量隱含計(jì)算式RMS轉(zhuǎn)換器原理框圖直流反饋計(jì)算式RMS轉(zhuǎn)換器原理框圖單片半導(dǎo)體加熱式RMS轉(zhuǎn)換器2.有效值檢波器電壓表AD536型RMS轉(zhuǎn)換器原理框圖AD536型RMS轉(zhuǎn)換器的連接圖3.2.5 峰值電壓的測量1.峰值表原理（先檢波、再放大）2.

5、誤差分析(1) 理論誤差 絕對誤差相對誤差(2) 頻率誤差(3) 波形誤差：峰值檢波器對于波形的凸起部分敏感，如果信號失真度較大，會造成較大的波形誤差。3. 波形換算方法 將示值除以定度系數(shù)后等于峰值，再用波峰系數(shù)換算成有效值。例3.2.3 用峰值表分別測量方波及三角波電壓，電壓表均指在5V位置，問被測電壓有效值是多少？對于方波，對于三角波，4.高精度峰值檢波器3.2.6 脈沖電壓的測量1. 脈沖電壓表的原理電容器C充電時(shí)：放電時(shí)：電路平衡時(shí)Q1Q2理論誤差：脈沖周期與脈沖寬度之比較大。代入U(xiǎn)p后得：【例4.2.4】R=1500，R=20M,T=10ms,tw=10s, 求T。改進(jìn)措施：峰值檢

6、波器的負(fù)載電阻R盡量取得大些，或用源極(或射極)跟隨器代替電阻R，或利用脈沖電壓保持電路來實(shí)現(xiàn)。脈沖保持電路及波形圖2.高壓脈沖幅值的測量單脈沖電壓正峰值保持電路3.尖脈沖峰值電壓的測量4.用示波法測量脈沖電壓5.測量脈沖電壓應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)測量脈沖幅度宜用交流耦合方式，并需注意極性(2)觀測方波信號時(shí)應(yīng)選用頻帶較寬的示波器6.脈沖測量時(shí)電纜的終端匹配問題 在實(shí)際測量過程中，容易產(chǎn)生以下兩點(diǎn)錯(cuò)誤： 在示波器一端,除了示波器的輸入阻抗之外,電纜的終端未得到匹配。 在脈沖發(fā)生器的輸出端用一個(gè)外加的50電阻器和50電纜相連接，而在示波器輸入端電纜終端未得到匹配。4.3 噪聲電壓的測量4.3.1

7、 噪聲的基本特性4.3.2 用平均值表測量噪聲電壓噪聲電壓一般指噪聲電壓的有效值。將平均值電壓表的指示值乘以1.13就是噪聲電壓的有效值。4.3.3 器件和放大器噪聲的測量放大器“噪聲量”的表示形式是放大器的等效輸入噪聲電壓(電流)1.等效輸入噪聲Uni的測量(1) 正弦信號法（低頻）(2) 噪聲發(fā)生器法（高頻）(3)兩種測量方法的比較(4)測量噪聲時(shí)需要考慮的問題 帶寬的影響(電壓表3dB帶寬為被測系統(tǒng)噪聲帶寬的8-10倍)； 平均值和波形系數(shù)； 測量時(shí)間的影響(增加時(shí)間)； 由于白噪聲呈高斯正態(tài)分布，為避免噪聲波峰被削掉，測量過程中表頭示值不得超過滿刻度值的一半。3.噪聲帶寬的測量(1)正

8、弦信號法(測幅頻特性曲線,然后求A2(f)下的面積)(2) 噪聲發(fā)生器法(將噪聲發(fā)生器接到被測電路的輸入端,測量總的輸出噪聲電壓Uno)3.信噪比的測試4.噪聲系數(shù)的測量(1)利用噪聲發(fā)生器測量噪聲系數(shù)(2)正弦信號法5.集成運(yùn)算放大器噪聲參數(shù)的測量(1) 測試原理電壓噪聲(采用低信號源電阻和高增益電路測量)：電流噪聲(高信號源電阻和高增益電路)：(2)運(yùn)算放大器Uni的實(shí)用測量電路(3) 輸入噪聲電流 和 的測量(電阻R)3.4 分貝的測量3.4.1 數(shù)學(xué)定義1.功率之比的對數(shù)分貝(dB)2.電壓比的對數(shù)3. 絕對電平(1) 功率電平dBm(以1mW作為0功率電平)(2) 電壓電平dBV(以

9、0.775V作為0電壓電平)4. 音量單位(VU)3.4.2 分貝值的測量 本質(zhì)上是交流電壓測量,但刻度以dB表示?；鶞?zhǔn)功率：阻抗600,產(chǎn)生1mW功率為基準(zhǔn),相當(dāng)于加0.775V電壓。分貝刻度4.5 失真度的測量4.5.1 非線性失真的定義全部諧波電壓的有效值與基波電壓的有效值之比。4.5.2 失真度測量儀基本工作原理4.5.3 有源陷波電路1. 雙T形電路構(gòu)成的無源陷波器2.雙T形有源陷波器例：設(shè)計(jì)一個(gè)雙T形陷波器，要求在1000Hz時(shí)陷波，且陷波器的3dB帶寬為50Hz。取C0.01F，RT10k3. 由RC文氏電橋組成的陷波器電橋的元件參數(shù)關(guān)系為R1=2R2，C1=C2=C，R3=R4=R采用由文氏電橋組成的有源陷波電路4.5.4 失真度測量儀舉例1.基本工作原理儀器指示的失真度當(dāng)失真度小于10%時(shí)，當(dāng)失真度大于10%時(shí)，應(yīng)按下式加以計(jì)算修正2.失真度測量的誤差分析(1) 儀器指示的失真度與理論失真度的偏差;(2) 失真儀中