電流電壓與功率測(cè)量授課課件

電流電壓與功率測(cè)量電流電壓與功率測(cè)量1圖3.1直流電流測(cè)量圖3.1直流電流測(cè)量2 設(shè)電流表的內(nèi)阻為r，在圖3.2（a）所示的測(cè)量電路中，原電路中電流I=E/R，而在圖3.2（b）所示的電路中，電流改變?yōu)镮′=E/(R+r)，兩者的誤差為 設(shè)電流表的內(nèi)阻為r，在圖3.2（a）所示的測(cè)量電路中3圖3.2電流表內(nèi)阻的影響圖3.2電流表內(nèi)阻的影響4

直流電流表多數(shù)為磁電式儀表，磁電式儀表一般由可動(dòng)線圈、游絲和永久磁鐵組成。線圈框架的轉(zhuǎn)軸上固定一個(gè)讀數(shù)指針，當(dāng)線圈流過電流時(shí)，在磁場(chǎng)的作用下，可動(dòng)線圈發(fā)生偏轉(zhuǎn)，帶動(dòng)上面固定的讀數(shù)指針偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度與通過可動(dòng)線圈的電流成正比。模擬直流電流表具有不需電池驅(qū)動(dòng)、顯示穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)亦存在非線性誤差大、容易損壞等缺點(diǎn)。 數(shù)字萬用表是用電子技術(shù)來檢測(cè)直流電流的。通常在直流電流擋，對(duì)外電路來說，數(shù)字萬用表僅相當(dāng)于一個(gè)取樣電阻RN（不同的量程RN的值不同），測(cè)量時(shí)RN上有電壓信號(hào)Ui=IRN，其測(cè)量過程如圖3.3所示。

5圖3.3數(shù)字萬用表測(cè)量原理框圖圖3.3數(shù)字萬用表測(cè)量原理框圖63.2交流電流的測(cè)量

圖3.4所示的交直流轉(zhuǎn)換電路。3.2交流電流的測(cè)量725雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程對(duì)于正弦波U(t)=Umcosωct來說：圖3.27為美國FLUKE公司8520A型數(shù)字萬用表的ACV/DCV轉(zhuǎn)換器原理。10常見電壓的波形（3-2）此外,在一定程度上可以以軟件功能代替或簡化硬件功能，如自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換、自動(dòng)誤差校正、抑制干擾等。與模擬式萬用表相比，主要優(yōu)點(diǎn)是：它的檢波器探頭高頻特性較好。14檢波-放大式電壓表原理框圖775V，以此作為基準(zhǔn)電壓，可以確定電壓的絕對(duì)電平Lu和相對(duì)電平L′u分別為（b）平均值檢波器；電壓信號(hào)的有效值用URMS表示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為(d)智能型電子電壓表組成框圖13 （d）所示。圖3.4交直流轉(zhuǎn)換電路25雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程圖3.4交直流轉(zhuǎn)換電路8 我們可以通過測(cè)量這種與高頻電流密切相關(guān)的直流電流的大小，間接地檢測(cè)出高頻電流的大小，具體原理如圖3.5所示。電流電壓與功率測(cè)量授課課件9圖3.5熱電偶電表原理圖3.5熱電偶電表原理103.3直流電壓的測(cè)量 一般來說，直流電壓測(cè)量是將直流電壓表直接跨接在被測(cè)電壓的兩端，由直流電壓表讀出被測(cè)電壓的值。因此，電壓測(cè)量是一種最簡便的電參數(shù)測(cè)量，其過程如圖3.6所示。3.3直流電壓的測(cè)量11圖3.6電壓測(cè)量圖3.6電壓測(cè)量12 當(dāng)其與適當(dāng)?shù)姆謮弘娮柘嗯浜蠒r(shí)，即組成了直流電壓表，如圖3.7所示。 當(dāng)其與適當(dāng)?shù)姆謮弘娮柘嗯浜蠒r(shí)，即組成了直流電壓表，如圖313圖3.7基于直流表的直流電壓表構(gòu)成框圖圖3.7基于直流表的直流電壓表構(gòu)成框圖14 設(shè)被測(cè)電路可等效為內(nèi)阻為Rx，開路電壓為Ux的電壓源，直流電壓表的等效內(nèi)阻為R0，則測(cè)量的完整電路簡化為圖3.8。 設(shè)被測(cè)電路可等效為內(nèi)阻為Rx，開路電壓為Ux的電壓源，直15圖3.8直流電壓表測(cè)量電路圖3.8直流電壓表測(cè)量電路16 由圖3.8可知，當(dāng)直流電壓表并接于被測(cè)電路兩端時(shí)，由于R0的存在，電壓表所測(cè)得的電壓由原來的Ux改變?yōu)椋?/p>

(3-1) 由圖3.8可知，當(dāng)直流電壓表并接于被測(cè)電路兩端時(shí)，由于R17 1.模擬式萬用表 在圖3.9所示分壓電路中，使用MF500-B型萬用表的100V擋進(jìn)行測(cè)量，該儀表的靈敏度為10kΩ/V，可以推算出在100V擋的輸入電阻為100×10=1000kΩ=1MΩ，實(shí)際測(cè)得的電壓為電流電壓與功率測(cè)量授課課件18圖3.9高內(nèi)阻電路的電壓測(cè)量圖3.9高內(nèi)阻電路的電壓測(cè)量19（b）平均值檢波器；2）衰減器13（a）所示，各個(gè)組成單元的基本特性如下：1）交流電壓的模擬測(cè)量衰減器的作用是在測(cè)量大信號(hào)時(shí)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減以擴(kuò)大測(cè)量量程。9高內(nèi)阻電路的電壓測(cè)量13 （d）所示。10常見電壓的波形（c）寬帶數(shù)字電壓表組成框圖；（a）低頻數(shù)字電壓表組成框圖；2）衰減器模擬直流電流表具有不需電池驅(qū)動(dòng)、顯示穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)亦存在非線性誤差大、容易損壞等缺點(diǎn)。775V定義為0dB，30V量程是1.圖3.其中，V1是高頻場(chǎng)效應(yīng)管，輸入電阻極大，輸入電容小于2pF； 2.數(shù)字式萬用表 數(shù)字萬用表均有電流電壓測(cè)量擋。與模擬式萬用表相比，主要優(yōu)點(diǎn)是： (1)輸入阻抗高，一般直流輸入阻抗可達(dá)20MΩ以上。 (2)分辨力高，可精確到百分之一，即在10V擋，可分辨到0.1V，而指針式的模擬萬用表的分辨力為最小刻度間隔所代表的電壓值的一半，量程越大，分辨力越低。（b）平均值檢波器； 2.數(shù)字式萬用表20 3.示波器 示波器的直流電壓擋特別適用于觀察較大幅度的直流電壓信號(hào)或含有交流成份的直流電壓信號(hào)。 4.電子電壓表 電子電壓表一般為數(shù)字式儀表，輸入端設(shè)有由場(chǎng)效應(yīng)管電路組成的阻抗隔離電路和放大電路，因而具有較高的輸入阻抗和靈敏度，適用于在電子電路中測(cè)量高內(nèi)阻電路的電壓。 3.示波器213.4交流電壓的測(cè)量

常見電壓的波形如圖3.10所示。3.4交流電壓的測(cè)量22圖3.10常見電壓的波形圖3.10常見電壓的波形23 2.交流電壓的表示量值 交流電壓幅度值的相對(duì)大小常用峰-峰值、平均值和有效值來表示。 1)峰-峰值UP-P 峰-峰值表示信號(hào)的最大值與最小值的差。對(duì)于對(duì)稱的正弦信號(hào)來說，更常用的是峰值UP，其等于1/2的UP-P。如U(t)=Acosωct，則有UP-P=2A，UP=1A。 2.交流電壓的表示量值24 2)平均值 設(shè)電壓信號(hào)為U（t），其周期為T，則平均值為 （3-2） 這時(shí)平均值的意義為（3-3） 2)平均值（3-3）25 3)有效值URMS 有效值指的是信號(hào)的均方根值（RMS）。電壓信號(hào)的有效值用URMS表示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

對(duì)于正弦波U(t)=Umcosωct來說： （3-5） （3-4） 3)有效值URMS（3-4）26 工程上定義如下兩個(gè)參數(shù)： （1）波形因數(shù)KF:表示電壓的有效值與平均值之比，即 （3-6） （2）波峰因數(shù)KP:表示交流電壓的峰值與有效值之比，即 （3-7） 工程上定義如下兩個(gè)參數(shù)：（3-7）27 1.測(cè)量方法 交流電壓測(cè)量與直流電壓測(cè)量相類似，都是將電壓表并聯(lián)于被測(cè)電路上，其測(cè)量的連接如圖3.11所示。電流電壓與功率測(cè)量授課課件28圖3.11交流電壓的測(cè)量圖3.11交流電壓的測(cè)量29 2.測(cè)量原理 1）交流電壓的模擬測(cè)量 用模擬電路的技術(shù)和方法測(cè)量交流電壓，最常用的轉(zhuǎn)換器有峰值檢波器、平均值檢波器和有效值—直流變換電路。其工作原理如圖3.12（a）、（b）、（c）所示。 2.測(cè)量原理30圖3.12測(cè)量原理（a）峰值檢波電路；（b）平均值檢波器；（c）熱電偶式變換電路圖3.12測(cè)量原理31 以峰值電壓表為例，其顯示值是將峰值檢波器檢測(cè)到的電壓值除以波峰因數(shù)KP得到的，若顯示讀數(shù)為α，則 （3-8） 例3.1用一峰值電壓表去測(cè)量一個(gè)方波電壓，讀數(shù)為10V，問該方波電壓的有效值是多少？ 以峰值電壓表為例，其顯示值是將峰值檢波器檢測(cè)到的電壓值除32 解峰值檢波器的輸出為被測(cè)信號(hào)的最大幅度，由儀表的刻度關(guān)系知，被測(cè)方波的幅度為。由于方波的有效值與峰值相當(dāng)，故方波的有效值為14.1V。 而對(duì)于有效值轉(zhuǎn)換器，其特性符合如下公式： 由于不同頻率的諧波的乘積在（0，T）上積分為0，公式可以簡化為（3-9）（3-10） 解峰值檢波器的輸出為被測(cè)信號(hào)的最大幅度，由儀表的刻度關(guān)33 2)交流電壓的數(shù)字化測(cè)量 1.放大檢波式電壓表 放大檢波式電壓表的工作原理如圖3.13（a）所示，各個(gè)組成單元的基本特性如下： 1）阻抗變換器 阻抗變換器的作用是對(duì)外（輸入）呈現(xiàn)高阻抗，對(duì)內(nèi)（輸出）呈現(xiàn)低阻抗，典型的電路如圖3.13（b）所示。其中，V1是高頻場(chǎng)效應(yīng)管，輸入電阻極大，輸入電容小于2pF；V2為高頻晶體三極管，輸出電阻為R4，一般為100Ω，該電路傳輸衰減系數(shù)較小，且能驅(qū)動(dòng)75Ω電纜。 2)交流電壓的數(shù)字化測(cè)量34 2）衰減器 衰減器的作用是在測(cè)量大信號(hào)時(shí)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減以擴(kuò)大測(cè)量量程。衰減器亦要求有寬帶的特性，在高頻時(shí)要考慮電路與元件的分布電容效應(yīng)，采用復(fù)合阻容結(jié)構(gòu)，典型的衰減器如圖3.13（c）所示。當(dāng)R1C1=R2C2時(shí)，衰減比與頻率無關(guān)。3）寬帶放大器 寬帶放大器一般選用寬帶線性集成放大器，如LM733，可工作在直流到50MHz的頻率范圍。4）檢波器 常用的檢波器有峰值檢波器和倍壓檢波器，如圖3.13 （d）所示。 2）衰減器35圖3.13放大檢波式模擬電壓表原理框圖（a）放大檢波式電壓表組成原理；（b）阻抗變換器；（c）衰減器；(d)檢波器圖3.13放大檢波式模擬電壓表原理36 2.檢波-放大式電壓表 檢波-放大式電壓表直接對(duì)被測(cè)電壓信號(hào)進(jìn)行檢波，然后對(duì)轉(zhuǎn)化成的直流信號(hào)進(jìn)行處理并顯示，具有結(jié)構(gòu)簡單，輸入阻抗高，適用于高頻測(cè)量的特點(diǎn)。缺點(diǎn)是起始測(cè)量信號(hào)較大，一般為幾十毫伏，非線性誤差亦大。其工作原理如圖3.14所示。 2.檢波-放大式電壓表37圖3.14檢波-放大式電壓表原理框圖圖3.14檢波-放大式電壓表原理框圖38 3．熱偶式電壓表 熱電偶不僅可以用于電流測(cè)量，而且可以作為電壓測(cè)量的核心部件。 4．外差式電壓表 由于頻響和靈敏度的限制，放大-檢波式電壓表、檢波-放大式電壓表和熱偶式電壓表均不可以用于高頻微伏級(jí)電壓檢測(cè)。這時(shí)可采用外差式電壓表，它的測(cè)量頻率可達(dá)幾百兆赫，靈敏度一般都是微伏級(jí)。其工作原理如圖3.15所示。 3．熱偶式電壓表39圖3.15外差式電壓表原理框圖圖3.15外差式電壓表原理框圖40 低頻數(shù)字電壓表一般是在直流數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上增加放大器、交直流變換器而組成的，如圖3.16（a）所示。 高頻數(shù)字電壓表的一般組成如圖3.16（b）所示。 它的檢波器探頭高頻特性較好。 寬帶數(shù)字電壓表的一般組成如圖3.16（c）所示。電流電壓與功率測(cè)量授課課件41 圖3.16交流數(shù)字電壓表組成框圖 （a）低頻數(shù)字電壓表組成框圖； （b）高頻數(shù)字電壓表組成框圖； （c）寬帶數(shù)字電壓表組成框圖； (d)智能型電子電壓表組成框圖 圖3.16交流數(shù)字電壓表組成框圖42 1.脈沖電壓測(cè)量 脈沖電壓的特點(diǎn)是幅度較大，持續(xù)時(shí)間短。 如果用峰值檢波器檢測(cè)已知占空比的脈沖電壓，可以由數(shù)學(xué)的方法或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行合適的修正。 2.噪聲電壓測(cè)量 在電子學(xué)領(lǐng)域，噪聲電壓是一種普遍存在的隨機(jī)信號(hào)。典型的有電阻的熱噪聲、晶體三極管的內(nèi)部噪聲、電子放大器的輸出噪聲等等。在設(shè)計(jì)電子電路時(shí)，免不了要對(duì)噪聲，特別是高斯白噪聲進(jìn)行測(cè)量。電流電壓與功率測(cè)量授課課件433.5功率測(cè)量 由電工學(xué)可知，功率即為單位時(shí)間內(nèi)所做的功。具體表達(dá)式為 （3-11）3.5功率測(cè)量（3-11）44 式中，Q—電荷，單位為C(庫侖)；U—電壓，單位為V(伏特)；I—電流，單位為A(安培)。 在電阻電路中，還可導(dǎo)出： 對(duì)于純電感電路，電流滯后電壓90°，如圖3.17（a）所示；對(duì)于純電容電路，電流超前于電壓90°，如圖3.17（b）所示。

（3-13） 式中，Q—電荷，單位為C(庫侖)；U—電壓，單位為V(伏451)基本轉(zhuǎn)換電路原理25所示，可以分為采樣期和比較期兩個(gè)階段。9高內(nèi)阻電路的電壓測(cè)量（2）相對(duì)功率電平L15外差式電壓表原理框圖此外,在一定程度上可以以軟件功能代替或簡化硬件功能，如自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換、自動(dòng)誤差校正、抑制干擾等。其中，V1是高頻場(chǎng)效應(yīng)管，輸入電阻極大，輸入電容小于2pF；(2)分辨力高，可精確到百分之一，即在10V擋，可分辨到0. (2)轉(zhuǎn)換電路的誤差。（b）高頻數(shù)字電壓表組成框圖；數(shù)字萬用表一般通過一對(duì)紅黑表筆引入外部輸入信號(hào)，對(duì)于二端元件的測(cè)量也是通過表筆輸入的。電流線圈是與電路相串聯(lián)的，與被測(cè)線路電流同相。2（b）所示的電路中，電流改變?yōu)镮′=E/(R+r)，兩者的誤差為（2）波峰因數(shù)KP:表示交流電壓的峰值與有效值之比，即當(dāng)其與適當(dāng)?shù)姆謮弘娮柘嗯浜蠒r(shí)，即組成了直流電壓表，如圖3.圖3.17U與I的相位關(guān)系1)基本轉(zhuǎn)換電路原理圖3.17U與I的相位關(guān)系46 設(shè)，則平均功率為 視在功率、無功功率與有效平均功率的關(guān)系為： （3-15）（3-14） 設(shè)47 圖3.18為交直流功率表的工作原理與電路中單個(gè)負(fù)載的連接情況。 圖3.18為交直流功率表的工作原理與電路中單個(gè)負(fù)載的連接48圖3.18功率測(cè)量原理圖3.18功率測(cè)量原理49 圖3.19中，兩個(gè)電壓線圈互相垂直安裝，一個(gè)與無感電阻相串聯(lián)，一個(gè)與電感器相串聯(lián)，所以可以近似地認(rèn)為兩線圈中的電流相位之差為90°。電流線圈是與電路相串聯(lián)的，與被測(cè)線路電流同相。 圖3.19中，兩個(gè)電壓線圈互相垂直安裝，一個(gè)與無感電阻相50圖3.19功率因數(shù)連接電路圖3.19功率因數(shù)連接電路51 經(jīng)典型電度表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.20所示。 經(jīng)典型電度表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.20所示。52圖3.20經(jīng)典型電度表的結(jié)構(gòu)圖3.20經(jīng)典型電度表的結(jié)構(gòu)53 一般可用無感電阻和交流表頭，或高頻電壓表與理想負(fù)載構(gòu)成測(cè)試單元，如圖3.21所示。電流電壓與功率測(cè)量授課課件54圖3.21高頻功率測(cè)量圖3.21高頻功率測(cè)量55 比如，在檢修一個(gè)400W單邊帶無線電臺(tái)發(fā)信機(jī)的功率時(shí)，即可用4個(gè)100W燈泡作為簡易功率計(jì)，測(cè)量方法如圖3.22所示。 比如，在檢修一個(gè)400W單邊帶無線電臺(tái)發(fā)信機(jī)的功率時(shí)，56圖3.22400W短波電臺(tái)簡易功率測(cè)試圖3.22400W短波電臺(tái)簡易功率測(cè)試57 （1）絕對(duì)功率電平LP。以600Ω電阻上消耗1mW的功率作為基準(zhǔn)功率，任意功率與之相比的對(duì)數(shù)稱為絕對(duì)功率電平，其值為 （2）相對(duì)功率電平L（3-16）（3-17）（3-16）（3-17）58 由于600Ω電阻上消耗的功率為1mW，其上的電壓為0.775V，以此作為基準(zhǔn)電壓，可以確定電壓的絕對(duì)電平Lu和相對(duì)電平L′u分別為 要注意的是量程問題。電壓表的量程是乘數(shù)關(guān)系，電平表則是加法關(guān)系。因此在擴(kuò)大N倍量程的情況下，有（3-18）（3-19）（3-20） 由于600Ω電阻上消耗的功率為1mW，其上的電壓為059 例3.2用MF-20電子多用表的30V量程測(cè)量電壓，當(dāng)該量程的讀數(shù)為27.5V時(shí)，問該電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)的分貝值是多少？ 解因?yàn)镸F-20多用表將1.5V量程刻度線上的0.775V定義為0dB，30V量程是1.5V的20倍擴(kuò)展，27.5V示值位置對(duì)應(yīng)在1.5V量程上的讀數(shù)為1.38V，所以有 例3.2用MF-20電子多用表的30V量程測(cè)量電壓，603.6數(shù)字萬用表的特點(diǎn)與技術(shù)原理 數(shù)字萬用表具有以下特點(diǎn)： （1）功能多。 (2）指標(biāo)高。數(shù)字萬用表的直流電壓測(cè)量技術(shù)指標(biāo)有如下特色： ①輸入范圍大。 ②準(zhǔn)確度高。3.6數(shù)字萬用表的特點(diǎn)與技術(shù)原理61③分辨率高。④輸入阻抗高。⑤顯示位數(shù)多。⑥讀數(shù)速率快?？蛇_(dá)500次/s。（3）用途廣。③分辨率高。62 數(shù)字萬用表最主要的技術(shù)指標(biāo)有： （1）顯示位數(shù)。 （2）分辨率。 （3）測(cè)量速率。 （4）輸入特性。 （5）抗干擾能力。電流電壓與功率測(cè)量授課課件63 數(shù)字萬用表的組成框圖如圖3.23所示。電流電壓與功率測(cè)量授課課件64圖3.23數(shù)字萬用表組成框圖圖3.23數(shù)字萬用表組成框圖65 1.輸入電路技術(shù)原理 數(shù)字萬用表一般通過一對(duì)紅黑表筆引入外部輸入信號(hào)，對(duì)于二端元件的測(cè)量也是通過表筆輸入的。對(duì)于晶體管這樣的三端元件，一般由獨(dú)立的測(cè)試座輸入。針對(duì)輸入信號(hào)幅值的不同，輸入單元電路設(shè)有不同的衰減器，當(dāng)測(cè)量的量值超出范圍時(shí)，系統(tǒng)能給出溢出提示，部分?jǐn)?shù)字萬用表設(shè)有語音提示功能，會(huì)及時(shí)給出操作有誤的信息。 電流電壓與功率測(cè)量授課課件66寬帶數(shù)字電壓表的一般組成如圖3.（2）相對(duì)功率電平L有效值指的是信號(hào)的均方根值（RMS）。因此在擴(kuò)大N倍量程的情況下，有7基于直流表的直流電壓表構(gòu)成框圖12（a）、（b）、（c）所示。10常見電壓的波形(d)智能型電子電壓表組成框圖25所示，可以分為采樣期和比較期兩個(gè)階段。由于方波的有效值與峰值相當(dāng)，故方波的有效值為14.13 （d）所示。(d)智能型電子電壓表組成框圖與模擬式萬用表相比，主要優(yōu)點(diǎn)是：(d)智能型電子電壓表組成框圖10常見電壓的波形 2.顯示單元技術(shù)原理 絕大多數(shù)數(shù)字萬用表選用液晶顯示屏作為顯示終端。液晶屏由許多個(gè)由液晶材料構(gòu)成的顯像單元（像素）組成，典型的如筆段式，8×2、16×1字符型，122×32、128×240點(diǎn)陣式等。 3.控制處理單元技術(shù)原理 微處理器特別是單片計(jì)算機(jī)在數(shù)字萬用表中構(gòu)成控制器，管理測(cè)量操作過程和處理測(cè)量結(jié)果。此外,在一定程度上可以以軟件功能代替或簡化硬件功能，如自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換、自動(dòng)誤差校正、抑制干擾等。MPU的使用在很大程度上降低了系統(tǒng)成本，提高了儀表的智能化程度和操作的便利性。寬帶數(shù)字電壓表的一般組成如圖3. 2.顯示單元技術(shù)原理67 4.轉(zhuǎn)換電路技術(shù)原理 數(shù)字萬用表的轉(zhuǎn)換電路包括兩類:一類是基本轉(zhuǎn)換電路，負(fù)責(zé)將模擬狀態(tài)的直流電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；另一類是測(cè)試轉(zhuǎn)換電路，負(fù)責(zé)將被測(cè)的物理量轉(zhuǎn)換為儀器可以處理的直流電量。 1)基本轉(zhuǎn)換電路原理 雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器是一種應(yīng)用較早且目前仍被廣泛應(yīng)用的A/D轉(zhuǎn)換器，其原理如圖3.24所示。 4.轉(zhuǎn)換電路技術(shù)原理68圖3.24雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器原理電路圖3.24雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器原理電路69 雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程如圖3.25所示，可以分為采樣期和比較期兩個(gè)階段。 (1)采樣期。 (2)比較期。 雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程如圖3.25所示，可以分為采70圖3.25雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程圖3.25雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程71 脈沖調(diào)寬式A/D轉(zhuǎn)換器的原理電路如圖3.26所示。 脈沖調(diào)寬式A/D轉(zhuǎn)換器的原理電路如圖3.26所示。72圖3.26脈沖調(diào)寬式A/D轉(zhuǎn)換器原理電路圖3.26脈沖調(diào)寬式A/D轉(zhuǎn)換器原理電路73 2)測(cè)試轉(zhuǎn)換電路 圖3.27為美國FLUKE公司8520A型數(shù)字萬用表的ACV/DCV轉(zhuǎn)換器原理。 2)測(cè)試轉(zhuǎn)換電路74圖3.27ACV/DCV變換原理圖3.27ACV/DCV變換原理75 圖3.28是一種測(cè)量電阻用變換電路。 圖3.28是一種測(cè)量電阻用變換電路。76當(dāng)其與適當(dāng)?shù)姆謮弘娮柘嗯浜蠒r(shí)，即組成了直流電壓表，如圖3.9所示分壓電路中，使用MF500-B型萬用表的100V擋進(jìn)行測(cè)量，該儀表的靈敏度為10kΩ/V，可以推算出在100V擋的輸入電阻為100×10=1000kΩ=1MΩ，實(shí)際測(cè)得的電壓為（2）波峰因數(shù)KP:表示交流電壓的峰值與有效值之比，即由于運(yùn)算放大器的反相端應(yīng)該與同相端具有相等的電位（即為+9V），因此R1、R2、R3上的壓降為10-9=1V，流過其中的電流為2（b）所示的電路中，電流改變?yōu)镮′=E/(R+r)，兩者的誤差為25所示，可以分為采樣期和比較期兩個(gè)階段。（a）低頻數(shù)字電壓表組成框圖； 數(shù)字萬用表的轉(zhuǎn)換電路包括兩類:一類是基本轉(zhuǎn)換電路，負(fù)責(zé)將模擬狀態(tài)的直流電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；（b）高頻數(shù)字電壓表組成框圖；微處理器特別是單片計(jì)算機(jī)在數(shù)字萬用表中構(gòu)成控制器，管理測(cè)量操作過程和處理測(cè)量結(jié)果。圖中+10V和+9V電壓由高穩(wěn)定度直流電壓源提供，+10V電壓經(jīng)過電阻R1、R2、R3加到運(yùn)算放大器A的反相輸入端。已知一個(gè)10μA電流表頭的內(nèi)阻為100Ω，設(shè)計(jì)用該表頭和分流電阻構(gòu)成一個(gè)三量程電流表：0~1mA、0~10mA、1~100mA。（a）低頻數(shù)字電壓表組成框圖；因此，電壓測(cè)量是一種最簡便的電參數(shù)測(cè)量，其過程如圖3.4．外差式電壓表圖3.28R/V變換原理電路當(dāng)其與適當(dāng)?shù)姆謮弘娮柘嗯浜蠒r(shí)，即組成了直流電壓表，如圖3.圖77 圖中+10V和+9V電壓由高穩(wěn)定度直流電壓源提供，+10V電壓經(jīng)過電阻R1、R2、R3加到運(yùn)算放大器A的反相輸入端。由于運(yùn)算放大器的反相端應(yīng)該與同相端具有相等的電位（即為+9V），因此R1、R2、R3上的壓降為10-9=1V，流過其中的電流為

I經(jīng)過場(chǎng)效應(yīng)管V流入電阻Rx，在其上產(chǎn)生壓降Ux，Ux的值由數(shù)字萬用表測(cè)出，因此 圖中+10V和+9V電壓由高穩(wěn)定度直流電壓源提供78 從組成結(jié)構(gòu)可以分析出，數(shù)字萬用表的誤差主要有以下幾方面： (1)輸入誤差。 (2)轉(zhuǎn)換電路的誤差。 (3)量化誤差。 (4)干擾誤差。以電壓測(cè)量電流電壓與功率測(cè)量授課課件79思考題3 1.為了測(cè)量圖3.29中的電流I1和電壓U2，應(yīng)如何連接電流表和電壓表？思考題3 1.為了測(cè)量圖3.29中的電流I1和電壓U280圖3.29題1圖圖3.29題1圖81 2.已知一個(gè)10μA電流表頭的內(nèi)阻為100Ω，設(shè)計(jì)用該表頭和分流電阻構(gòu)成一個(gè)三量程電流表：0~1mA、0~10mA、1~100mA。 3.在題2的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一個(gè)三量程電壓表：0~1V、0~10V、0~100V。 4.已知正弦電壓為e(t)=100cosωt，那么該電壓的峰值、有效值和平均值各為多少？ 5.在有直流電平的情況下，被測(cè)信號(hào)的交流部分應(yīng)如何測(cè)量？ 6.如果將12V直流電壓加入全波整流式交流儀表，那么儀表讀數(shù)是多少？ 2.已知一個(gè)10μA電流表頭的內(nèi)阻為100Ω，設(shè)計(jì)82電流電壓與功率測(cè)量電流電壓與功率測(cè)量83圖3.1直流電流測(cè)量圖3.1直流電流測(cè)量84 設(shè)電流表的內(nèi)阻為r，在圖3.2（a）所示的測(cè)量電路中，原電路中電流I=E/R，而在圖3.2（b）所示的電路中，電流改變?yōu)镮′=E/(R+r)，兩者的誤差為 設(shè)電流表的內(nèi)阻為r，在圖3.2（a）所示的測(cè)量電路中85圖3.2電流表內(nèi)阻的影響圖3.2電流表內(nèi)阻的影響86

直流電流表多數(shù)為磁電式儀表，磁電式儀表一般由可動(dòng)線圈、游絲和永久磁鐵組成。線圈框架的轉(zhuǎn)軸上固定一個(gè)讀數(shù)指針，當(dāng)線圈流過電流時(shí)，在磁場(chǎng)的作用下，可動(dòng)線圈發(fā)生偏轉(zhuǎn)，帶動(dòng)上面固定的讀數(shù)指針偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度與通過可動(dòng)線圈的電流成正比。模擬直流電流表具有不需電池驅(qū)動(dòng)、顯示穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)亦存在非線性誤差大、容易損壞等缺點(diǎn)。 數(shù)字萬用表是用電子技術(shù)來檢測(cè)直流電流的。通常在直流電流擋，對(duì)外電路來說，數(shù)字萬用表僅相當(dāng)于一個(gè)取樣電阻RN（不同的量程RN的值不同），測(cè)量時(shí)RN上有電壓信號(hào)Ui=IRN，其測(cè)量過程如圖3.3所示。

87圖3.3數(shù)字萬用表測(cè)量原理框圖圖3.3數(shù)字萬用表測(cè)量原理框圖883.2交流電流的測(cè)量

圖3.4所示的交直流轉(zhuǎn)換電路。3.2交流電流的測(cè)量8925雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程對(duì)于正弦波U(t)=Umcosωct來說：圖3.27為美國FLUKE公司8520A型數(shù)字萬用表的ACV/DCV轉(zhuǎn)換器原理。10常見電壓的波形（3-2）此外,在一定程度上可以以軟件功能代替或簡化硬件功能，如自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換、自動(dòng)誤差校正、抑制干擾等。與模擬式萬用表相比，主要優(yōu)點(diǎn)是：它的檢波器探頭高頻特性較好。14檢波-放大式電壓表原理框圖775V，以此作為基準(zhǔn)電壓，可以確定電壓的絕對(duì)電平Lu和相對(duì)電平L′u分別為（b）平均值檢波器；電壓信號(hào)的有效值用URMS表示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為(d)智能型電子電壓表組成框圖13 （d）所示。圖3.4交直流轉(zhuǎn)換電路25雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程圖3.4交直流轉(zhuǎn)換電路90 我們可以通過測(cè)量這種與高頻電流密切相關(guān)的直流電流的大小，間接地檢測(cè)出高頻電流的大小，具體原理如圖3.5所示。電流電壓與功率測(cè)量授課課件91圖3.5熱電偶電表原理圖3.5熱電偶電表原理923.3直流電壓的測(cè)量 一般來說，直流電壓測(cè)量是將直流電壓表直接跨接在被測(cè)電壓的兩端，由直流電壓表讀出被測(cè)電壓的值。因此，電壓測(cè)量是一種最簡便的電參數(shù)測(cè)量，其過程如圖3.6所示。3.3直流電壓的測(cè)量93圖3.6電壓測(cè)量圖3.6電壓測(cè)量94 當(dāng)其與適當(dāng)?shù)姆謮弘娮柘嗯浜蠒r(shí)，即組成了直流電壓表，如圖3.7所示。 當(dāng)其與適當(dāng)?shù)姆謮弘娮柘嗯浜蠒r(shí)，即組成了直流電壓表，如圖395圖3.7基于直流表的直流電壓表構(gòu)成框圖圖3.7基于直流表的直流電壓表構(gòu)成框圖96 設(shè)被測(cè)電路可等效為內(nèi)阻為Rx，開路電壓為Ux的電壓源，直流電壓表的等效內(nèi)阻為R0，則測(cè)量的完整電路簡化為圖3.8。 設(shè)被測(cè)電路可等效為內(nèi)阻為Rx，開路電壓為Ux的電壓源，直97圖3.8直流電壓表測(cè)量電路圖3.8直流電壓表測(cè)量電路98 由圖3.8可知，當(dāng)直流電壓表并接于被測(cè)電路兩端時(shí)，由于R0的存在，電壓表所測(cè)得的電壓由原來的Ux改變?yōu)椋?/p>

(3-1) 由圖3.8可知，當(dāng)直流電壓表并接于被測(cè)電路兩端時(shí)，由于R99 1.模擬式萬用表 在圖3.9所示分壓電路中，使用MF500-B型萬用表的100V擋進(jìn)行測(cè)量，該儀表的靈敏度為10kΩ/V，可以推算出在100V擋的輸入電阻為100×10=1000kΩ=1MΩ，實(shí)際測(cè)得的電壓為電流電壓與功率測(cè)量授課課件100圖3.9高內(nèi)阻電路的電壓測(cè)量圖3.9高內(nèi)阻電路的電壓測(cè)量101（b）平均值檢波器；2）衰減器13（a）所示，各個(gè)組成單元的基本特性如下：1）交流電壓的模擬測(cè)量衰減器的作用是在測(cè)量大信號(hào)時(shí)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減以擴(kuò)大測(cè)量量程。9高內(nèi)阻電路的電壓測(cè)量13 （d）所示。10常見電壓的波形（c）寬帶數(shù)字電壓表組成框圖；（a）低頻數(shù)字電壓表組成框圖；2）衰減器模擬直流電流表具有不需電池驅(qū)動(dòng)、顯示穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)亦存在非線性誤差大、容易損壞等缺點(diǎn)。775V定義為0dB，30V量程是1.圖3.其中，V1是高頻場(chǎng)效應(yīng)管，輸入電阻極大，輸入電容小于2pF； 2.數(shù)字式萬用表 數(shù)字萬用表均有電流電壓測(cè)量擋。與模擬式萬用表相比，主要優(yōu)點(diǎn)是： (1)輸入阻抗高，一般直流輸入阻抗可達(dá)20MΩ以上。 (2)分辨力高，可精確到百分之一，即在10V擋，可分辨到0.1V，而指針式的模擬萬用表的分辨力為最小刻度間隔所代表的電壓值的一半，量程越大，分辨力越低。（b）平均值檢波器； 2.數(shù)字式萬用表102 3.示波器 示波器的直流電壓擋特別適用于觀察較大幅度的直流電壓信號(hào)或含有交流成份的直流電壓信號(hào)。 4.電子電壓表 電子電壓表一般為數(shù)字式儀表，輸入端設(shè)有由場(chǎng)效應(yīng)管電路組成的阻抗隔離電路和放大電路，因而具有較高的輸入阻抗和靈敏度，適用于在電子電路中測(cè)量高內(nèi)阻電路的電壓。 3.示波器1033.4交流電壓的測(cè)量

常見電壓的波形如圖3.10所示。3.4交流電壓的測(cè)量104圖3.10常見電壓的波形圖3.10常見電壓的波形105 2.交流電壓的表示量值 交流電壓幅度值的相對(duì)大小常用峰-峰值、平均值和有效值來表示。 1)峰-峰值UP-P 峰-峰值表示信號(hào)的最大值與最小值的差。對(duì)于對(duì)稱的正弦信號(hào)來說，更常用的是峰值UP，其等于1/2的UP-P。如U(t)=Acosωct，則有UP-P=2A，UP=1A。 2.交流電壓的表示量值106 2)平均值 設(shè)電壓信號(hào)為U（t），其周期為T，則平均值為 （3-2） 這時(shí)平均值的意義為（3-3） 2)平均值（3-3）107 3)有效值URMS 有效值指的是信號(hào)的均方根值（RMS）。電壓信號(hào)的有效值用URMS表示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

對(duì)于正弦波U(t)=Umcosωct來說： （3-5） （3-4） 3)有效值URMS（3-4）108 工程上定義如下兩個(gè)參數(shù)： （1）波形因數(shù)KF:表示電壓的有效值與平均值之比，即 （3-6） （2）波峰因數(shù)KP:表示交流電壓的峰值與有效值之比，即 （3-7） 工程上定義如下兩個(gè)參數(shù)：（3-7）109 1.測(cè)量方法 交流電壓測(cè)量與直流電壓測(cè)量相類似，都是將電壓表并聯(lián)于被測(cè)電路上，其測(cè)量的連接如圖3.11所示。電流電壓與功率測(cè)量授課課件110圖3.11交流電壓的測(cè)量圖3.11交流電壓的測(cè)量111 2.測(cè)量原理 1）交流電壓的模擬測(cè)量 用模擬電路的技術(shù)和方法測(cè)量交流電壓，最常用的轉(zhuǎn)換器有峰值檢波器、平均值檢波器和有效值—直流變換電路。其工作原理如圖3.12（a）、（b）、（c）所示。 2.測(cè)量原理112圖3.12測(cè)量原理（a）峰值檢波電路；（b）平均值檢波器；（c）熱電偶式變換電路圖3.12測(cè)量原理113 以峰值電壓表為例，其顯示值是將峰值檢波器檢測(cè)到的電壓值除以波峰因數(shù)KP得到的，若顯示讀數(shù)為α，則 （3-8） 例3.1用一峰值電壓表去測(cè)量一個(gè)方波電壓，讀數(shù)為10V，問該方波電壓的有效值是多少？ 以峰值電壓表為例，其顯示值是將峰值檢波器檢測(cè)到的電壓值除114 解峰值檢波器的輸出為被測(cè)信號(hào)的最大幅度，由儀表的刻度關(guān)系知，被測(cè)方波的幅度為。由于方波的有效值與峰值相當(dāng)，故方波的有效值為14.1V。 而對(duì)于有效值轉(zhuǎn)換器，其特性符合如下公式： 由于不同頻率的諧波的乘積在（0，T）上積分為0，公式可以簡化為（3-9）（3-10） 解峰值檢波器的輸出為被測(cè)信號(hào)的最大幅度，由儀表的刻度關(guān)115 2)交流電壓的數(shù)字化測(cè)量 1.放大檢波式電壓表 放大檢波式電壓表的工作原理如圖3.13（a）所示，各個(gè)組成單元的基本特性如下： 1）阻抗變換器 阻抗變換器的作用是對(duì)外（輸入）呈現(xiàn)高阻抗，對(duì)內(nèi)（輸出）呈現(xiàn)低阻抗，典型的電路如圖3.13（b）所示。其中，V1是高頻場(chǎng)效應(yīng)管，輸入電阻極大，輸入電容小于2pF；V2為高頻晶體三極管，輸出電阻為R4，一般為100Ω，該電路傳輸衰減系數(shù)較小，且能驅(qū)動(dòng)75Ω電纜。 2)交流電壓的數(shù)字化測(cè)量116 2）衰減器 衰減器的作用是在測(cè)量大信號(hào)時(shí)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減以擴(kuò)大測(cè)量量程。衰減器亦要求有寬帶的特性，在高頻時(shí)要考慮電路與元件的分布電容效應(yīng)，采用復(fù)合阻容結(jié)構(gòu)，典型的衰減器如圖3.13（c）所示。當(dāng)R1C1=R2C2時(shí)，衰減比與頻率無關(guān)。3）寬帶放大器 寬帶放大器一般選用寬帶線性集成放大器，如LM733，可工作在直流到50MHz的頻率范圍。4）檢波器 常用的檢波器有峰值檢波器和倍壓檢波器，如圖3.13 （d）所示。 2）衰減器117圖3.13放大檢波式模擬電壓表原理框圖（a）放大檢波式電壓表組成原理；（b）阻抗變換器；（c）衰減器；(d)檢波器圖3.13放大檢波式模擬電壓表原理118 2.檢波-放大式電壓表 檢波-放大式電壓表直接對(duì)被測(cè)電壓信號(hào)進(jìn)行檢波，然后對(duì)轉(zhuǎn)化成的直流信號(hào)進(jìn)行處理并顯示，具有結(jié)構(gòu)簡單，輸入阻抗高，適用于高頻測(cè)量的特點(diǎn)。缺點(diǎn)是起始測(cè)量信號(hào)較大，一般為幾十毫伏，非線性誤差亦大。其工作原理如圖3.14所示。 2.檢波-放大式電壓表119圖3.14檢波-放大式電壓表原理框圖圖3.14檢波-放大式電壓表原理框圖120 3．熱偶式電壓表 熱電偶不僅可以用于電流測(cè)量，而且可以作為電壓測(cè)量的核心部件。 4．外差式電壓表 由于頻響和靈敏度的限制，放大-檢波式電壓表、檢波-放大式電壓表和熱偶式電壓表均不可以用于高頻微伏級(jí)電壓檢測(cè)。這時(shí)可采用外差式電壓表，它的測(cè)量頻率可達(dá)幾百兆赫，靈敏度一般都是微伏級(jí)。其工作原理如圖3.15所示。 3．熱偶式電壓表121圖3.15外差式電壓表原理框圖圖3.15外差式電壓表原理框圖122 低頻數(shù)字電壓表一般是在直流數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上增加放大器、交直流變換器而組成的，如圖3.16（a）所示。 高頻數(shù)字電壓表的一般組成如圖3.16（b）所示。 它的檢波器探頭高頻特性較好。 寬帶數(shù)字電壓表的一般組成如圖3.16（c）所示。電流電壓與功率測(cè)量授課課件123 圖3.16交流數(shù)字電壓表組成框圖 （a）低頻數(shù)字電壓表組成框圖； （b）高頻數(shù)字電壓表組成框圖； （c）寬帶數(shù)字電壓表組成框圖； (d)智能型電子電壓表組成框圖 圖3.16交流數(shù)字電壓表組成框圖124 1.脈沖電壓測(cè)量 脈沖電壓的特點(diǎn)是幅度較大，持續(xù)時(shí)間短。 如果用峰值檢波器檢測(cè)已知占空比的脈沖電壓，可以由數(shù)學(xué)的方法或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行合適的修正。 2.噪聲電壓測(cè)量 在電子學(xué)領(lǐng)域，噪聲電壓是一種普遍存在的隨機(jī)信號(hào)。典型的有電阻的熱噪聲、晶體三極管的內(nèi)部噪聲、電子放大器的輸出噪聲等等。在設(shè)計(jì)電子電路時(shí)，免不了要對(duì)噪聲，特別是高斯白噪聲進(jìn)行測(cè)量。電流電壓與功率測(cè)量授課課件1253.5功率測(cè)量 由電工學(xué)可知，功率即為單位時(shí)間內(nèi)所做的功。具體表達(dá)式為 （3-11）3.5功率測(cè)量（3-11）126 式中，Q—電荷，單位為C(庫侖)；U—電壓，單位為V(伏特)；I—電流，單位為A(安培)。 在電阻電路中，還可導(dǎo)出： 對(duì)于純電感電路，電流滯后電壓90°，如圖3.17（a）所示；對(duì)于純電容電路，電流超前于電壓90°，如圖3.17（b）所示。

（3-13） 式中，Q—電荷，單位為C(庫侖)；U—電壓，單位為V(伏1271)基本轉(zhuǎn)換電路原理25所示，可以分為采樣期和比較期兩個(gè)階段。9高內(nèi)阻電路的電壓測(cè)量（2）相對(duì)功率電平L15外差式電壓表原理框圖此外,在一定程度上可以以軟件功能代替或簡化硬件功能，如自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換、自動(dòng)誤差校正、抑制干擾等。其中，V1是高頻場(chǎng)效應(yīng)管，輸入電阻極大，輸入電容小于2pF；(2)分辨力高，可精確到百分之一，即在10V擋，可分辨到0. (2)轉(zhuǎn)換電路的誤差。（b）高頻數(shù)字電壓表組成框圖；數(shù)字萬用表一般通過一對(duì)紅黑表筆引入外部輸入信號(hào)，對(duì)于二端元件的測(cè)量也是通過表筆輸入的。電流線圈是與電路相串聯(lián)的，與被測(cè)線路電流同相。2（b）所示的電路中，電流改變?yōu)镮′=E/(R+r)，兩者的誤差為（2）波峰因數(shù)KP:表示交流電壓的峰值與有效值之比，即當(dāng)其與適當(dāng)?shù)姆謮弘娮柘嗯浜蠒r(shí)，即組成了直流電壓表，如圖3.圖3.17U與I的相位關(guān)系1)基本轉(zhuǎn)換電路原理圖3.17U與I的相位關(guān)系128 設(shè)，則平均功率為 視在功率、無功功率與有效平均功率的關(guān)系為： （3-15）（3-14） 設(shè)129 圖3.18為交直流功率表的工作原理與電路中單個(gè)負(fù)載的連接情況。 圖3.18為交直流功率表的工作原理與電路中單個(gè)負(fù)載的連接130圖3.18功率測(cè)量原理圖3.18功率測(cè)量原理131 圖3.19中，兩個(gè)電壓線圈互相垂直安裝，一個(gè)與無感電阻相串聯(lián)，一個(gè)與電感器相串聯(lián)，所以可以近似地認(rèn)為兩線圈中的電流相位之差為90°。電流線圈是與電路相串聯(lián)的，與被測(cè)線路電流同相。 圖3.19中，兩個(gè)電壓線圈互相垂直安裝，一個(gè)與無感電阻相132圖3.19功率因數(shù)連接電路圖3.19功率因數(shù)連接電路133 經(jīng)典型電度表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.20所示。 經(jīng)典型電度表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.20所示。134圖3.20經(jīng)典型電度表的結(jié)構(gòu)圖3.20經(jīng)典型電度表的結(jié)構(gòu)135 一般可用無感電阻和交流表頭，或高頻電壓表與理想負(fù)載構(gòu)成測(cè)試單元，如圖3.21所示。電流電壓與功率測(cè)量授課課件136圖3.21高頻功率測(cè)量圖3.21高頻功率測(cè)量137 比如，在檢修一個(gè)400W單邊帶無線電臺(tái)發(fā)信機(jī)的功率時(shí)，即可用4個(gè)100W燈泡作為簡易功率計(jì)，測(cè)量方法如圖3.22所示。 比如，在檢修一個(gè)400W單邊帶無線電臺(tái)發(fā)信機(jī)的功率時(shí)，138圖3.22400W短波電臺(tái)簡易功率測(cè)試圖3.22400W短波電臺(tái)簡易功率測(cè)試139 （1）絕對(duì)功率電平LP。以600Ω電阻上消耗1mW的功率作為基準(zhǔn)功率，任意功率與之相比的對(duì)數(shù)稱為絕對(duì)功率電平，其值為 （2）相對(duì)功率電平L（3-16）（3-17）（3-16）（3-17）140 由于600Ω電阻上消耗的功率為1mW，其上的電壓為0.775V，以此作為基準(zhǔn)電壓，可以確定電壓的絕對(duì)電平Lu和相對(duì)電平L′u分別為 要注意的是量程問題。電壓表的量程是乘數(shù)關(guān)系，電平表則是加法關(guān)系。因此在擴(kuò)大N倍量程的情況下，有（3-18）（3-19）（3-20） 由于600Ω電阻上消耗的功率為1mW，其上的電壓為0141 例3.2用MF-20電子多用表的30V量程測(cè)量電壓，當(dāng)該量程的讀數(shù)為27.5V時(shí)，問該電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)的分貝值是多少？ 解因?yàn)镸F-20多用表將1.5V量程刻度線上的0.775V定義為0dB，30V量程是1.5V的20倍擴(kuò)展，27.5V示值位置對(duì)應(yīng)在1.5V量程上的讀數(shù)為1.38V，所以有 例3.2用MF-20電子多用表的30V量程測(cè)量電壓，1423.6數(shù)字萬用表的特點(diǎn)與技術(shù)原理 數(shù)字萬用表具有以下特點(diǎn)： （1）功能多。 (2）指標(biāo)高。數(shù)字萬用表的直流電壓測(cè)量技術(shù)指標(biāo)有如下特色： ①輸入范圍大。 ②準(zhǔn)確度高。3.6數(shù)字萬用表的特點(diǎn)與技術(shù)原理143③分辨率高。④輸入阻抗高。⑤顯示位數(shù)多。⑥讀數(shù)速率快?？蛇_(dá)500次/s。（3）用途廣。③分辨率高。144 數(shù)字萬用表最主要的技術(shù)指標(biāo)有： （1）顯示位數(shù)。 （2）分辨率。 （3）測(cè)量速率。 （4）輸入特性。 （5）抗干擾能力。電流電壓與功率測(cè)量授課課件145 數(shù)字萬用表的組成框圖如圖3.23所示。電流電壓與功率測(cè)量授課課件146圖3.23數(shù)字萬用表組成框圖圖3.23數(shù)字萬用表組成框圖147 1.輸入電路技術(shù)原理 數(shù)字萬用表一般通過一對(duì)紅黑表筆引入外部輸入信號(hào)，對(duì)于二端元件的測(cè)量也是通過表筆輸入的。對(duì)于晶體管這樣的三端元件，一般由獨(dú)立的測(cè)試座輸入。針對(duì)輸入信號(hào)幅值的不同，輸入單元電路設(shè)有不同的衰減器，當(dāng)測(cè)量的量值超出范圍時(shí)，系統(tǒng)能給出溢出提示，部分?jǐn)?shù)字萬用表設(shè)有語音提示功能，會(huì)及時(shí)給出操作有誤的信息。 電流電壓與功率測(cè)量授課課件148寬帶數(shù)字電壓表的一般組成如圖3.（2）相對(duì)功率電平L有效值指的是信號(hào)的均方根值（RMS）。因此在擴(kuò)大N倍量程的情況下，有7基于直流表的直流電壓表構(gòu)成框圖12（a）、（b）、（c）所示。10常見電壓的波形(d)智能型電子電壓表組成框圖25所示，可以分為采樣期和比較期兩個(gè)階段。由于方波的有效值與峰值相當(dāng)，故方波的有效值為14.13 （d）所示。(d)智能型電子電壓表組成框圖與模擬式萬用表相比，主要優(yōu)點(diǎn)是：(d)智能型電子電壓表組成框圖10常見電壓的波形 2.顯示單元技術(shù)原理 絕大多數(shù)數(shù)字萬用表選用液晶顯示屏作為顯示終端。液晶屏由許多個(gè)由液晶材料構(gòu)成的顯像單元（像素）組成，典型的如筆段式，8×2、16×1字符型，122×32、128×240點(diǎn)陣式等。 3.控制處理單元技術(shù)原理 微處理器特別是單片計(jì)算機(jī)在數(shù)字萬用表中構(gòu)成控制器，管理測(cè)量操作過程和處理測(cè)量結(jié)果。此外,在一定程度上可以以軟件功能代替或簡化硬件功能，如自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換、自動(dòng)誤差校正、抑制干擾等。MPU的使用在很大程度上降低了系統(tǒng)成本，提