電壓測(cè)量練習(xí)題

1、電壓測(cè)量 一、填空題1、 用一只0.5 級(jí)50V的電壓表測(cè)量直流電壓，產(chǎn)生的絕對(duì)誤差_伏。答案： 0.25 2、 用峰值電壓表測(cè)量某一電壓，若讀數(shù)為1V，則該電壓的峰值為_伏。答案： 1.41 3、采用某電壓表（正弦有效值刻度）測(cè)量峰值相等（Vp=5V）的正弦波、方波、三角波，發(fā)現(xiàn)讀數(shù)相同，則該表為_檢波方式，讀數(shù)_。答案： 峰值 3.53V 4、.峰值電壓表的基本組成形式為_式。答案： 檢波放大 7、某數(shù)字電壓表的最大計(jì)數(shù)容量為19999，通常稱該表為_位數(shù)字電壓表；若其最小量程為0.2V，則其分辨力為_ 。答案： (或四位半) , 10V 9. 四位半的DVM測(cè)量15V的穩(wěn)壓電源電壓為15

2、.125V，取四位有效數(shù)字時(shí)其值為 。答案： 15.12V 二、判斷題：2、 數(shù)字電壓表的固有誤差由兩項(xiàng)組成，其中僅與被測(cè)電壓大小有關(guān)的誤差叫讀數(shù)誤差，與選用量程有關(guān)的誤差叫滿度誤差。（ ）5、 有效值電壓表適應(yīng)于非正弦波的電壓測(cè)量，其電壓刻度與被測(cè)電壓波形無關(guān)。（ ）6、雙斜式DVM中，其平均特性可以抑制共模干擾影響。（ ）7、雙積分式DVM中變換結(jié)果與積分器積分元件RC有關(guān)，但其積分器線性不好也不會(huì)引起測(cè)量誤差。（ ）8、對(duì)于雙積分式DVM，對(duì)輸入信號(hào)積分的時(shí)間只有等于工頻（50Hz）的周期時(shí)，才能抑制工頻干擾。（ ）9. 一臺(tái)四位半的DVM，基本量程為2V，則其具有超量程能力。( ) 四

3、位半的DVM顯示為19999，若基本量程為2V，則不能再超過此值。三、選擇題：1、交流電壓的波峰因素Kp定義為_。( C )A:峰值/平均值B:有效值/平均值C:峰值/有效值D:平均值/峰值2、波形因素為_。( B )A:平均值與有效值之比B:有效值與平均值之比C:峰值與平均值之比D:峰值與有效值之比5、交流電壓V(t)的有效值的表達(dá)式為_。( D )A: B: C: D: 6、一臺(tái)5位DVM，其基本量程為10V，則其刻度系數(shù)（即每個(gè)字代表的電壓值）為_mv/字。( B )A:0.01B:0.1C:1D:107、一臺(tái)5位半DVM，其基本量程為2V，則其刻度系數(shù)（即每個(gè)字代表的電壓值）為_mV/

4、字。( A )A:0.01B:0.1C:1D:109、根據(jù)dB及dBm的定義，當(dāng)負(fù)載阻抗為_時(shí)，dB=dBm。( D )A:75B:150C:300D:60010、在雙斜式積分DVM中，積分過程可簡(jiǎn)述為_。( B )A: 對(duì)被測(cè)信號(hào)定斜率正向積分，對(duì)基準(zhǔn)電壓 定時(shí)反向積分B: 對(duì)被測(cè)信號(hào)定時(shí)正向積分，對(duì)基準(zhǔn)電壓 定斜率反向積分C: 對(duì)被測(cè)信號(hào)定時(shí)正向積分，對(duì)基準(zhǔn)電壓 定時(shí)反向積分D: 對(duì)被測(cè)信號(hào)定斜率正向積分，對(duì)基準(zhǔn)電壓 定斜率反向積分11、一臺(tái)4 位DVM，因有誤差為（0.01%讀數(shù)+1字），則在2V量程上的滿度誤差為 ( C )。A:1mV B:2mV C:0.1mV D:0.2mV基本量

5、程為10.000V的四位斜坡電壓式DVM中，若斜坡電壓的斜率為10V/40ms，問時(shí)鐘頻率應(yīng)為多少？當(dāng)被測(cè)直流電壓Ux=9.256V 時(shí)，門控時(shí)間及累計(jì)脈沖數(shù)各為多少？ 設(shè)一臺(tái)基于單斜A/D轉(zhuǎn)換器的4位DVM，基本量程為10V，斜波發(fā)生器的斜率為10V/100ms，試計(jì)算時(shí)鐘信號(hào)頻率。若計(jì)數(shù)值N=5123，則被測(cè)電壓值是多少？P203解 4位DVM即具有4位數(shù)字顯示，亦即計(jì)數(shù)器的最大值為9999。滿量程10V（即A/D轉(zhuǎn)換器允許輸入的最大電壓為10V）， 又，斜波發(fā)生器的斜率為10V/100ms，則在滿量程10V時(shí)，所需的A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間即門控時(shí)間為100ms。即在100ms內(nèi)計(jì)數(shù)器的脈沖計(jì)數(shù)個(gè)

6、數(shù)為10000（最大計(jì)數(shù)值為9999）。于是，時(shí)鐘信號(hào)頻率為 若計(jì)數(shù)值N=5123，則門控時(shí)間為又由斜率k=10V/100ms，即可得被測(cè)電壓為VxkT10V/100ms51.23ms5.123V顯然，計(jì)數(shù)值即表示了被測(cè)電壓的數(shù)值，而顯示的小數(shù)點(diǎn)位置與選用的量程有關(guān)。雙斜積分式DVM基準(zhǔn)電壓Vr=10V，第一次積分時(shí)間T1=100ms，時(shí)鐘頻率f0=100kHz，問：（1）該DVM為多少位的電壓表？（2）該DVM的分辨力為多少？（3）DVM顯示出T2時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)值N2=5600，問被測(cè)電壓Vx=?解：（1） ，故DVM為四位（2）分辨力 （3） ， 5-23 甲、乙兩臺(tái)DVM，顯示的最大值為：

7、甲9999 ；乙19999 ；問：它們各是幾位的數(shù)字電壓表？乙的最小誤差為0.2V，其分辯力是多少？工作誤差為（），分別用2V和20V量程，測(cè)量的電壓，求絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差？下面給出四種數(shù)字電壓表的最大計(jì)數(shù)容量 word19 9999 ； 19999 ； 5999； 19999 。試說明它們分別是幾位的數(shù)字電壓表？其中第種的最小誤差為0.2V，問它的分辯力是多少？解（1）4位；（2）位；（3） 位（也可以說4位）；（4）位位，其中第二種的最小量程為0.2V，它的分辨率是10V。數(shù)字電壓表的固有誤差U（0.001%讀數(shù)0.002%滿度），求用2V量程測(cè)量1.8V和0.18V電壓時(shí)產(chǎn)生的絕對(duì)誤差和

8、相對(duì)誤差。解：用2V量程檔，測(cè)1.8V電壓的誤差為V（0.001%Vx0.002%Vm）（0.001%1.80.002%2.0）5.8105V相對(duì)誤差用2V量程檔，測(cè)0.18V電壓的誤差為V（0.001%Vx0.002%Vm）（0.001%0.180.002%2.0）4.18105V相對(duì)誤差例 一臺(tái)3位半的DVM給出的精度為：（0.1%讀數(shù)+1字），如用該DVM的020V DC的基本量程分別測(cè)量5.00V和15.00V的電源電壓，試計(jì)算DVM測(cè)量的固有誤差。解 首先，計(jì)算出“1字”對(duì)應(yīng)的滿度誤差。在020V量程上，3位半的DVM對(duì)應(yīng)的刻度系數(shù)為0.01V/字，因而滿度誤差“1字”相當(dāng)于0.01

9、V。當(dāng)Vx=5.00V時(shí)，固有誤差和相對(duì)誤差分別為：Vx(0.1%5.00V0.01V)0.015V 當(dāng)Vx=15.00V時(shí)，固有誤差和相對(duì)誤差分別為：Vx(0.1%15.00V0.01V)0.025V 可見，被測(cè)電壓愈接近滿度電壓，測(cè)量的（相對(duì)）誤差愈?。ㄟ@也是在使用DVM時(shí)應(yīng)注意的）。用一只四位DVM的5V量程分別測(cè)量5V和0.1V電壓，已知該儀表的準(zhǔn)確度為0.01Ux1個(gè)字，求由儀表的固有誤差引起的測(cè)量誤差的大小。測(cè)量5V電壓時(shí)的誤差因?yàn)樵搩x表是四位的，用5V量程時(shí)，1個(gè)字相當(dāng)于0.001V，所以絕對(duì)誤差U0.01%51個(gè)字0.00050.0010.0015（V）示值相對(duì)誤差為測(cè)量0.1

10、V電壓時(shí)的誤差絕對(duì)誤差為U0.01%0.11個(gè)字0.00010.0010.001（V）示值相對(duì)誤差為可見當(dāng)不在接近滿量程顯示時(shí)，誤差是很大的，為此，當(dāng)測(cè)量小電壓時(shí)，應(yīng)當(dāng)用較小的量程。又可看出“1個(gè)字”的誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響也是較大的，不可忽視。試述電壓測(cè)量的基本原理、方法和分類。被測(cè)電壓按對(duì)象可以分為直流電壓和交流電壓，按技術(shù)可以分為模擬測(cè)量和數(shù)字測(cè)量。測(cè)量方法不同，所用的測(cè)量?jī)x器有所不同。. 交流電壓的模擬測(cè)量方法方法：交流電壓（有效值、峰值和平均值）轉(zhuǎn)換為直流電流驅(qū)動(dòng)表頭指示。模擬式電壓表是指針式的，用磁電式電流表作為指示器，并在電流表表盤上以電壓（或dB）刻度。根據(jù)功能分為：直流電壓表交

11、流電壓表、脈沖電壓表和多用途電壓表；根據(jù)使用頻率范圍分為：超低頻電壓表，低頻（音頻）電壓表、高頻電壓表超高頻電壓表和選頻電壓表。根據(jù)測(cè)量目的的不同，可以選用不同特性的檢波器，有峰值檢波、平均值檢波與有效值檢波三種。有效值、峰值和平均值電壓表，電平表等。數(shù)字化直流電壓測(cè)量方法數(shù)字式電壓表首先將模擬量通過模/數(shù)（A/D）變換器變成數(shù)字量，然后用電子計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并以十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)電壓值。模擬直流電壓A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字量數(shù)字顯示（直觀）。數(shù)字電壓表（DVM），數(shù)字多用表（DMM）。交流電壓的數(shù)字化測(cè)量交流電壓（有效值、峰值和平均值）直流電壓A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字量數(shù)字顯示。DVM（DMM）的擴(kuò)展功能?；?/p>

12、采樣的交流電壓測(cè)量方法交流電壓A/D轉(zhuǎn)換器瞬時(shí)采樣值u (k) 計(jì)算。如根據(jù)， N為u(t)的一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)可計(jì)算得到有效值。示波測(cè)量方法交流電壓模擬或數(shù)字示波器顯示波形讀出結(jié)果。5. 表征交流電壓的基本參量有那些？簡(jiǎn)述各參量的意義。交流電壓可以用峰值、平均值、有效值、波形系數(shù)及波峰系數(shù)來表征。峰值以零電平為參考的最大電壓幅值（用Vp表示）。以直流分量為參考的最大電壓幅值則稱為振幅，通常用Um表示平均值交流電壓測(cè)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），數(shù)學(xué)上定義為： ， T為u(t)的周期。相當(dāng)于交流電壓u(t)的直流分量。對(duì)理想的正弦交流電壓u(t)

13、= Vp sin(t)，若=2/T有效值交流電壓u(t)在一個(gè)周期T內(nèi)，通過某純電阻負(fù)載R所產(chǎn)生的熱量，與一個(gè)直流電壓V在同一負(fù)載上產(chǎn)生的熱量相等時(shí)，則該直流電壓V的數(shù)值就表示了交流電壓u(t)的有效值。對(duì)理想的正弦交流電壓u(t)= Vp sin(t)，若=2/T Vp0.707 Vp 波峰因數(shù)峰值與有效值的比值，用Kp表示。 對(duì)理想的正弦交流電壓u(t)= Vp sin(t)，若=2/T，有 1.414波形因數(shù)有效值與平均值的比值，用KF表示。對(duì)理想的正弦交流電壓u(t)= Vp sin(t)，若=2/T，有 6. 如何由峰值電壓表和平均值電壓表的讀數(shù)換算得到被測(cè)電壓的有效值。峰值電壓表的

14、增益可以做得很高，而且噪聲和零點(diǎn)漂移都很小，靈敏度可高達(dá)幾十V，故常稱超高頻毫伏表。峰值響應(yīng)，即：u(t) 峰值檢波 放大 驅(qū)動(dòng)表頭原理：由二極管峰值檢波電路完成。通過二極管正向快速充電達(dá)到輸入電壓的峰值，而二極管反向截止時(shí)“保持”該峰值。有二極管串聯(lián)和并聯(lián)兩種形式。從波形圖可以看出，峰值檢波電路的輸出存在較小的波動(dòng)，其平均值略小于實(shí)際峰值。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(shí)，讀數(shù)即為u(t)的有效值V（而不是該純正弦波的峰值Vp）。對(duì)于非正弦波的任意波形，讀數(shù)沒有直接意義（既不等于其峰值Vp也不等于其有效值V）。但可由讀數(shù)換算出峰值和有效值。1 刻度特性峰值電壓

15、表是按正弦有效值來刻度的，即式中電壓表讀數(shù)；V正弦電壓有效值；KP正弦波的波峰因數(shù)。由讀數(shù)換算出峰值和有效值的換算步驟如下： 第一步，把讀數(shù)想象為有效值等于的純正弦波輸入時(shí)的讀數(shù)，即V 第二步，將V轉(zhuǎn)換為該純正弦波的峰值，即Vp V第三步，假設(shè)峰值等于Vp的被測(cè)波形（任意波）輸入 ，即Vp任意 Vp 注：“對(duì)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Vp任意，再根據(jù)該波形的波峰因數(shù)（查表可得），其有效值 (5-17a)上述過程可統(tǒng)一推導(dǎo)如下： (5-17b)該式表明：對(duì)任意波形，欲從讀數(shù)得到有效值，需將乘以因子k。（若式中的任意波為正弦波，則k=1，讀數(shù)即為正弦波的有效值）

16、。綜上所述，對(duì)于任意波形而言，峰值電壓表的讀數(shù)沒有直接意義，由讀數(shù)到峰值和有效值需進(jìn)行換算，換算關(guān)系歸納如下： 式中，為峰值電壓表讀數(shù)，Kp為波峰因數(shù)。 若將讀數(shù)直接作為有效值，產(chǎn)生的誤差為 上式稱為峰值電壓表的波形誤差，它反映了讀數(shù)值與實(shí)際有效值之間的差異。例 用具有正弦有效值刻度的峰值電壓表測(cè)量一個(gè)方波電壓，讀數(shù)為1.0V，問如何從該讀數(shù)得到方波電壓的有效值？解 根據(jù)上述峰值電壓表的刻度特性，由讀數(shù)=1.0V，第一步，假設(shè)電壓表有一正弦波輸入，其有效值=1.0V；第二步，該正弦波的峰值=1.4V；第三步，將方波電壓引入電壓表輸入，其峰值Vp=1.4V；第四步，查表可知，方波的波峰因數(shù)Kp=

17、1，則該方波的有效值為：V=Vp/Kp=1.4V。波形誤差為：平均值檢波 放大檢波式電子電壓表，即先放大后檢波，在均值電壓表中，檢波對(duì)被測(cè)電平的平均值產(chǎn)生響應(yīng)，一般都采用二極管全波或橋式整流作為檢波器，一般所謂“寬頻毫伏表”基本上屬于這種類型。典型的頻率范圍為20Hz10MHz，故又視為“視頻毫伏表”。由二極管橋式整流（全波整流和半波整流）電路完成。整流電路輸出直流電流I0，其平均值與被測(cè)輸入電壓u(t)的平均值成正比（與u(t)的波形無關(guān)）。于是，I0的平均值與u(t)的平均值成正比?？潭忍匦院筒ㄐ握`差：均值電壓表的表頭偏轉(zhuǎn)正比于被測(cè)電壓的平均值平均值在數(shù)學(xué)上定義為 對(duì)于純粹的交流電壓來說，

18、比如正弦波電壓，0。均值電壓表雖然是均值響應(yīng)，但是，仍以正弦有效值刻度。定義一個(gè)信號(hào)電壓的有效值與平均值之比為波形因數(shù)，即 KF由讀數(shù)換算出均值和有效值的換算步驟如下： 第一步，把讀數(shù)想象為有效值等于的純正弦波輸入時(shí)的讀數(shù)，即V 第二步，由V 計(jì)算該純正弦波均值第三步，假設(shè)均值等于的被測(cè)波形（任意波）輸入，即任意0.9注：“對(duì)于均值電壓表，（任意波形的）均值相等，則讀數(shù)相等”。第四步，由任意，再根據(jù)該波形的波形因數(shù)（查表可得），其有效值(5-20a)上述過程可統(tǒng)一推導(dǎo)如下：上式表明，對(duì)任意波形，欲從均值電壓表讀數(shù)得到有效值，需將乘以因子k。（若式中的任意波為正弦波，則k=1，讀數(shù)即為正弦波的有

19、效值）。 綜上所述，對(duì)于任意波形而言，均值電壓表的讀數(shù)沒有直接意義，由讀數(shù)到峰值和有效值需進(jìn)行換算，換算關(guān)系歸納如下：(5-21)式中，為均值電壓表讀數(shù)，KF為波形因數(shù)。若將讀數(shù)直接作為有效值，產(chǎn)生的誤差為(均值電壓表的波形誤差)例 用具有正弦有效值刻度的均值電壓表測(cè)量一個(gè)方波電壓，讀數(shù)為1.0V，問該方波電壓的有效值為多少？解 根據(jù)上述均值電壓表的刻度特性，由讀數(shù)=1.0V，第一步，假設(shè)電壓表有一正弦波輸入，其有效值=1.0V；第二步，該正弦波的均值=0.9=0.9V；第三步，將方波電壓引入電壓表輸入，其均值0.9V；第四步，查表可知，方波的波形因數(shù)=1，則該方波的有效值為: 0.9V。波形

20、誤差為：8. 簡(jiǎn)述雙積分式AD轉(zhuǎn)換原理及特點(diǎn)?；驹恚和ㄟ^兩次積分過程(“對(duì)被測(cè)電壓的定時(shí)積分和對(duì)參考電壓的定值積分”)的比較，得到被測(cè)電壓值。包括積分器、過零比較器、計(jì)數(shù)器及邏輯控制電路。(a)原理框圖(b)積分波形圖圖515雙積分式ADC的原理框圖雙積分式ADC特點(diǎn)：一次測(cè)量包括3個(gè)連續(xù)過程，所需時(shí)間為T0+ T1+ T2，其中，T0、T1是固定的，T2則與被測(cè)電壓Vx有關(guān)，Vx愈大T2愈大。一般轉(zhuǎn)換時(shí)間在幾十ms幾百ms，（轉(zhuǎn)換速度為幾次/秒幾十次/秒），其速度是較低的，常用于高精度慢速測(cè)量的場(chǎng)合。1）積分器的R、C元件對(duì)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生影響，因而對(duì)元件參數(shù)的精度和穩(wěn)定性要求不高

21、。2）參考電壓Vr的精度和穩(wěn)定性對(duì)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果有影響，一般需采用精密基準(zhǔn)電壓源。例如，一個(gè)16bit的A/D轉(zhuǎn)換器，其分辨率1LSB=1/216=1/655361510-6，那么，要求基準(zhǔn)電壓源的穩(wěn)定性（主要為溫度漂移）優(yōu)于15ppm（即百萬分之15）。3）比較器要求具有較高的電壓分辨力（靈敏度）和時(shí)間分辨力（響應(yīng)帶寬）。如一個(gè)6位的A/D轉(zhuǎn)換器，若滿度時(shí)積分器輸出電壓為10V，則ADC的1LSB=10V/106=10uV，則要求比較器的靈敏度優(yōu)于10uV。響應(yīng)帶寬則決定了比較器及時(shí)響應(yīng)積分器輸出信號(hào)快速（斜率較陡峭）過零時(shí)的能力。4）積分器響應(yīng)的是輸入電壓的平均值，因而具有較好的抗干擾能力

22、。如輸入電壓vx = Vx + vsm，則T1階段結(jié)束時(shí)積分器的輸出為DVM的最大干擾來自于電網(wǎng)50Hz工頻電壓（周期為20ms），因此，只要選擇T1時(shí)間為20ms的整倍數(shù)，則干擾信號(hào)vsm的平均值為零。若采用有正弦波有效值刻度的平均電壓值表分別測(cè)量三種波形（正弦波、方波、三角波）交流電壓進(jìn)行測(cè)量，指示值均為1V，問各種波形有效值分別是多少？(波形因數(shù)分別為正弦波1.11，方波1，三角波1.15)設(shè)上題中，若采用有正弦波有效值刻度的峰值電壓值表，三種波形（正弦波、方波、三角波）的有效值分別是多少？(波峰因數(shù)分別為正弦波1.414，方波1，三角波1.73)試述電壓測(cè)量的基本原理、方法和分類。被測(cè)

23、電壓按對(duì)象可以分為直流電壓和交流電壓，按技術(shù)可以分為模擬測(cè)量和數(shù)字測(cè)量。測(cè)量方法不同，所用的測(cè)量?jī)x器有所不同?；玖砍虨?0.000V的四位斜坡電壓式DVM中，若斜坡電壓的斜率為10V/40ms，問時(shí)鐘頻率應(yīng)為多少？當(dāng)被測(cè)直流電壓Ux=9.256V 時(shí)，門控時(shí)間及累計(jì)脈沖數(shù)各為多少？基本量程為10.000V的四位斜坡電壓式DVM中，若斜坡電壓的斜率為10V/40ms，問時(shí)鐘頻率應(yīng)為多少？當(dāng)被測(cè)直流電壓Vx9.256V 時(shí)，門控時(shí)間及累計(jì)脈沖數(shù)各為多少？答案：時(shí)鐘脈沖頻率為：若被測(cè)電壓Vx9.256V門控時(shí)間累計(jì)脈沖數(shù)N37.024ms250kHz=9256個(gè)脈沖 設(shè)一臺(tái)基于單斜A/D轉(zhuǎn)換器的4

24、位DVM，基本量程為10V，斜波發(fā)生器的斜率為10V/100ms，試計(jì)算時(shí)鐘信號(hào)頻率。若計(jì)數(shù)值N=5123，則被測(cè)電壓值是多少？P203若斜坡電壓的斜率為10V/50ms，要求4位數(shù)字讀出，則時(shí)鐘脈沖頻率應(yīng)為若被測(cè)電壓Vx9.163V門控時(shí)間T累計(jì)脈沖數(shù)45.85ms200kHz=9163個(gè)脈沖通過確定小數(shù)點(diǎn)位置，可顯示出9.163V。用斜坡電壓技術(shù)所能達(dá)到的測(cè)量準(zhǔn)確度，取決于斜坡電壓的線性及其絕對(duì)斜率穩(wěn)定性，以及時(shí)間測(cè)量的準(zhǔn)確度。此外，比較器的穩(wěn)定性也是影響測(cè)量誤差的重要因素。雙斜積分式DVM基準(zhǔn)電壓Vr=10V，第一次積分時(shí)間T1=100ms，時(shí)鐘頻率f0=100kHz，問：（1）該DVM為多少位的電壓表？（2）該DVM的分辨力為多少？（3）DVM顯示出T2時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)值N2=5600，問被測(cè)電壓Vx=?雙斜積分式DVM基準(zhǔn)電壓Vr=1