模擬測量方法講演示文稿

模擬測量方法講演示文稿電子測量技術(shù)現(xiàn)在是1頁\一共有62頁\編輯于星期三優(yōu)選模擬測量方法講現(xiàn)在是2頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.1電壓測量概述2電壓測量的特點a.應(yīng)有足夠?qū)挼念l率范圍直流（零頻）到數(shù)百兆赫

b.應(yīng)有足夠?qū)挼碾妷簻y量范圍

微弱信號：心電醫(yī)學(xué)信號、地震波信號納伏級，超高壓信號：電力系統(tǒng)中，數(shù)百千伏現(xiàn)在是3頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)c.應(yīng)有足夠高的測量準(zhǔn)確度電壓測量儀器的準(zhǔn)確度可用三種方式表示

1).滿度值的百分?jǐn)?shù)，用于具有線性刻度的模擬電壓表中

2).讀數(shù)值的百分?jǐn)?shù)，用于具有對數(shù)刻度的電壓表

3).兩者之和，用在線性刻度電壓表中的一種比較嚴(yán)格的準(zhǔn)確度表征

3.1電壓測量概述現(xiàn)在是4頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)d.應(yīng)有足夠高的輸入阻抗電壓表的輸入阻抗是被測電路的額外負(fù)載，為減小測量儀表在接入時對被測電路的分壓影響，希望儀器具有較高輸入阻抗e.應(yīng)有足夠高的抗干擾能力工業(yè)現(xiàn)場測試中，有較大的干擾現(xiàn)在是5頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)e.能夠測量各種波形的電壓?，F(xiàn)在是6頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.1電壓測量概述3電壓測量的方法和分類電壓測量方法的分類按對象：直流電壓測量；交流電壓測量按技術(shù)：模擬測量；數(shù)字測量電壓測量儀器的分類模擬式電壓表；數(shù)字式電壓表現(xiàn)在是7頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量1表征交流電壓的基本參量峰值、平均值、有效值、波峰系數(shù)和波形系數(shù)。(1)峰值以零電平為參考的最大電壓幅值（用Up表示）。注：以直流分量為參考的最大電壓幅值則稱為振幅（通常用Um表示）?，F(xiàn)在是8頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量(2)平均值（均值）數(shù)學(xué)上定義為：

相當(dāng)于交流電壓u(t)的直流分量。（與信號的強(qiáng)度有關(guān)）交流電壓測量中，平均值通常指經(jīng)過全波或半波整流后的波形（一般若無特指，均為全波整流）：對理想的正弦交流電壓u(t)=Upsin(ωt)，若ω=2π/T現(xiàn)在是9頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)定義：表達(dá)式：

3.2交流電壓的測量(3)有效值意義：有效值在數(shù)學(xué)上即為均方根值。有效值反映了交流電壓的功率，是表征交流電壓的重要參量。對理想的正弦交流電壓u(t)=Upsin(ωt)，若ω=2π/T現(xiàn)在是10頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量(4)波峰系數(shù)和波形系數(shù)波峰系數(shù)定義：峰值與有效值的比值，用KP表示，波形系數(shù)定義：有效值與平均值的比值，用KF

表示，現(xiàn)在是11頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量對理想的正弦交流電壓u(t)=Upsin(ωt)，若ω=2π/T現(xiàn)在是12頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量常見波形的波峰因數(shù)和波形因數(shù)可查表得到：如正弦波：Kp=1.41，KF=1.11； 方波：Kp=1， KF=1； 三角波：Kp=1.73，KF=1.15； 鋸齒波：Kp=1.73，KF=1.15； 脈沖波：Kp=，KF=，為脈沖寬度，T為周期

白噪聲：Kp=3（較大），KF=1.25。現(xiàn)在是13頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量2.交流電壓的測量方法

模擬電壓表:(最主要的測量方法、儀器）

檢波器：實現(xiàn)交流電壓測量（AC-DC變換）的核心部件。放大器：為了測量小信號電壓，也是電壓表中不可缺少的部件?，F(xiàn)在是14頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)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。目的：為了獲得兩個重要指標(biāo)：帶寬和靈敏度(分辨力)現(xiàn)在是15頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量檢波器決定電壓表的頻率范圍、輸入阻抗和分辨力。峰值電壓表常用這種類型。檢波-放大式電壓表a.組成框圖;b.提高靈敏度現(xiàn)在是16頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量放大-檢波式電壓表先放大再檢波，因此靈敏度很高。均值電壓表常用這種方式。放大器寬帶交流放大器決定了電壓表的頻率范圍。一般上限為10MHz。常稱為“寬頻毫伏表”或“視頻毫伏表”。靈敏度受仍受寬帶交流放大器內(nèi)部噪聲限制?，F(xiàn)在是17頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)有效值電壓表：熱電轉(zhuǎn)換法；公式法外差式電壓表原理：外差式接收原理。是解決靈敏度和頻率范圍的一種方法。3.2交流電壓的測量現(xiàn)在是18頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量特點:

由于外差測量法的中頻是固定不變的，中頻放大器有良好的選擇特性，這樣就解決了放大器的增益與帶寬的矛盾。且可以削弱噪聲的影響。應(yīng)用小信號電壓的測量以及從噪聲中測量有用信號。放大器諧波失真的測量、濾波器衰耗特性測量及通信傳輸系統(tǒng)中?，F(xiàn)在是19頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)1)平均值檢波原理

a.由二極管橋式整流（全波整流和半波整流）電路完成。如圖，整流電路輸出直流電流I0，其平均值與被測輸入電壓u(t)的平均值成正比（與u(t)的波形無關(guān)）。 （電容C用于濾除整流后的交流成分，避免指針擺動）3.平均值電壓的測量3.2交流電壓的測量現(xiàn)在是20頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)現(xiàn)在是21頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)2)電壓表工作原理均值響應(yīng)，即：u(t)放大均值檢波驅(qū)動表頭3.2交流電壓的測量現(xiàn)在是22頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)現(xiàn)在是23頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)

3.2交流電壓的測量

3)刻度特性表頭刻度按（純）正弦波有效值刻度。因此：當(dāng)輸入u(t)為正弦波時，讀數(shù)α即為u(t)的有效值U（而不是該純正弦波的均值）。對于非正弦波的任意波形，讀數(shù)α沒有直接意義（既不等于其均值也不等于其有效值U）。但可由讀數(shù)α換算出均值和有效值?，F(xiàn)在是24頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)由讀數(shù)α換算出均值和有效值的換算步驟如下：第一步，把讀數(shù)α想象為有效值等于α的純正弦波輸入時的讀數(shù)，即第二步，由計算該純正弦波均值第三步，假設(shè)均值等于的被測波形（任意波）輸入，即

注：“對于均值電壓表，（任意波形的）均值相等，則讀數(shù)相等”。第四步，由，再根據(jù)該波形的波形系數(shù)（查表可得），其有效值3.2交流電壓的測量現(xiàn)在是25頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)上述過程可統(tǒng)一推導(dǎo)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。（若式中的任意波為正弦波，則k=1，讀數(shù)α即為正弦波的有效值）。3.2交流電壓的測量現(xiàn)在是26頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)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到均值和有效值需進(jìn)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為波形系數(shù)。波形誤差。若將讀數(shù)α直接作為有效值，產(chǎn)生的誤差3.2交流電壓的測量現(xiàn)在是27頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)例：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3.2交流電壓的測量現(xiàn)在是28頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量誤差分析現(xiàn)在是29頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量1）有效值檢波原理利用二極管平方律伏安特性檢波根據(jù)為得到有效值,首先需對u(t)平方小信號時二極管正向伏安特性曲線可近似為平方關(guān)系。缺點：精度低且動態(tài)范圍小。因此，實際應(yīng)用中，采用分段逼近平方律的二極管伏安特性曲線圖的電路。5有效值電壓的測量現(xiàn)在是30頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量2）利用模擬運算的集成電路檢波原理圖通過多級運算器級連實現(xiàn) 模擬乘法器（平方）—〉積分—〉開方—〉比例運算。單片集成TRMS/DC電路，如AD536AK等?，F(xiàn)在是31頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量3）利用熱電偶有效值檢波熱電效應(yīng)：兩種不同導(dǎo)體的兩端相互連接在一起，組成一個閉合回路，當(dāng)兩節(jié)點處溫度不同時，回路中將產(chǎn)生電動勢，從而形成電流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，所產(chǎn)生的電動勢稱為熱電動勢。熱電效應(yīng)原理圖當(dāng)熱端T和冷端T0存在溫差時（即T≠T0），則存在熱電動勢，且熱電動勢的大小與溫差ΔT=T-T0成正比。現(xiàn)在是32頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量熱電偶： 將兩種不同金屬進(jìn)行特別封裝并標(biāo)定后，稱為一對熱電偶（簡稱熱偶）。熱電偶溫度測量原理：若冷端溫度為恒定的參考溫度，則通過熱電動勢就可得到熱端（被測溫度點）的溫度。熱電偶有效值檢波原理： 若通過被測交流電壓對熱電偶的熱端進(jìn)行加熱，則熱電動勢將反映該交流電壓的有效值，從而實現(xiàn)了有效值檢波。如下圖?，F(xiàn)在是33頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量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U的關(guān)系：電流I∝?zé)犭妱觿荨責(zé)岫伺c冷端的溫差，而熱端溫度∝u(t)功率∝u(t)的有效值U的平方，故現(xiàn)在是34頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)現(xiàn)在是35頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)現(xiàn)在是36頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)現(xiàn)在是37頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)現(xiàn)在是38頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量1）峰值檢波原理：4.峰值電壓的測量現(xiàn)在是39頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量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U的關(guān)系：電流I∝?zé)犭妱觿荨責(zé)岫伺c冷端的溫差，而熱端溫度∝u(t)功率∝u(t)的有效值U的平方，故現(xiàn)在是40頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量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?，F(xiàn)在是41頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)上圖中，通過平衡熱偶形成一個電壓負(fù)反饋系統(tǒng)。測量熱偶的熱電動勢Ex∝U2，令Ex=k1U2

； 平衡熱偶的熱電動勢Ef∝U02，及Ef=k2U02

； 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Ui=Ex-Ef=k(U2-U02)， 若放大器增益足夠大，則有Ui=0，==〉 U0=U（即輸出電壓等于u(t)有效值）3.2交流電壓的測量現(xiàn)在是42頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量有效值電壓表的特點：優(yōu)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)）。比如，對非正弦波，可視為由基波和各次諧波構(gòu)成，若其有效值分別為U1、U2、U3、……，則讀數(shù)不足：下面兩種情況使讀數(shù)偏小：①對于波峰系數(shù)較大的交流電壓波形，由于電路飽和使電壓表可能出現(xiàn)“削波”；②高于電壓表有效帶寬的波形分量將被抑制。它們都將損失有效值分量。缺點：受環(huán)境溫度影響較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴。實際應(yīng)用：常采用峰值或均值電壓表測有效值?，F(xiàn)在是43頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量1）峰值檢波原理：4.峰值電壓的測量現(xiàn)在是44頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)當(dāng)V1〉V。時：

信號由（+）端加入，OPA的輸出Va為正電壓，二級管D導(dǎo)通，于是輸出電流經(jīng)D對電容C充電一直充至與Vi相等之電壓。

（當(dāng)D導(dǎo)電時此電路作用如同—電壓跟隨器）當(dāng)V1〈V。時：

OPA的輸出Va為逆向偏壓，相當(dāng)于開路，于是電容C既不充電也不放電，維持于輸入之最大值電壓右圖為輸出與輸入的充放電情形，其中輸出波形V。，一直保持在輸入波形Vi的最大峰值?，F(xiàn)在是45頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量2）峰值電壓表工作原理：峰值響應(yīng)，即：u(t)峰值檢波放大驅(qū)動表頭3）刻度特性：表頭刻度按（純）正弦波有效值刻度。因此： 當(dāng)輸入u(t)為正弦波時，讀數(shù)α即為u(t)的有效值U（而不是該純正弦波的峰值Up）。

對于非正弦波的任意波形，讀數(shù)α沒有直接意義（既不等于其峰值Up也不等于其有效值U）。但可由讀數(shù)α換算出峰值和有效值。4.峰值電壓的測量現(xiàn)在是46頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量由讀數(shù)α換算出峰值和有效值的換算步驟如下：第一步，把讀數(shù)α想象為有效值等于α的純正弦波輸入時的讀數(shù)，即第二步，將U~轉(zhuǎn)換為該純正弦波的峰值第三步，假設(shè)峰值等于Up~的被測波形（任意波）輸入，即

注：“對于峰值電壓表，（任意波形的）峰值相等，則讀數(shù)相等”。第四步，由，再根據(jù)該波形的波峰系數(shù)（查表可得），其有效值現(xiàn)在是47頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量上述過程可統(tǒng)一推導(dǎo)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。（若式中的任意波為正弦波，則k=1，讀數(shù)α即為正弦波的有效值）。現(xiàn)在是48頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量綜上所述，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(jìn)行換算，換算關(guān)系歸納如下：

現(xiàn)在是49頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.2交流電壓的測量

式中，α為峰值電壓表讀數(shù)，Kp為波峰系數(shù)。波形誤差。若將讀數(shù)α直接作為有效值，產(chǎn)生的誤差?，F(xiàn)在是50頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)例: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，3.2交流電壓的測量對于三角波，現(xiàn)在是51頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)6.脈沖電壓的測量3.2交流電壓的測量脈沖電壓表的原理電容器C充電時放電時電路平衡時Q1=Q2現(xiàn)在是52頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)理論誤差代入Up后得3.2交流電壓的測量現(xiàn)在是53頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)定義：電子測量中，習(xí)慣上把信號電壓以外的電壓統(tǒng)稱為噪聲。產(chǎn)生：電子電路中，各種元器件內(nèi)部帶電質(zhì)點運動的不規(guī)則造成的現(xiàn)象。分類：

熱噪聲：材料一定溫度下，內(nèi)部微粒不規(guī)則的熱運動產(chǎn)生

散粒噪聲：電荷運動的不連續(xù)產(chǎn)生的晶體管噪聲

白噪聲：各頻率能量分布均勻的光稱為白光性質(zhì)：隨機(jī)信號、波形非周期、變化無規(guī)律3.3噪聲電壓的測量1噪聲的基本特性現(xiàn)在是54頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)采用平均值表測量。波形系數(shù)有效值注意問題：①選用表頻率范圍盡量寬②利用量程開關(guān)，克服“削波”現(xiàn)象2噪聲電壓的測量3.3噪聲電壓的測量現(xiàn)在是55頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3器件噪聲的測量3.3噪聲電壓的測量現(xiàn)在是56頁\一共有62頁\編輯于星期三電子測量技術(shù)3.3噪