第4章模擬測量方法

第4章模擬測量方法4.1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①峰值表，②均值表，③有效值電壓表④外差式電壓表(2)數(shù)字式電壓表3.2交流電壓的測量4.2.1交流電壓的表征1.峰值UP2.平均值(4.2.1)3.有效值(4.2.2)波形系數(shù)(4.2.3)(4.2.4)波峰系數(shù)說明：所有交流電壓不管是峰值表、均值表都是按正弦電壓定度的。4.2.2交流電壓的測量方法1.峰值電壓表(結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：先檢波，后放大。）峰值表的組成結(jié)構(gòu)及各部分個作用⑴峰值檢波器：①定義：檢波器輸出與被測信號的峰值成正比。②作用：把交流變?yōu)橹绷鳌＂品謮浩鳎簲U(kuò)展量程。⑶直流放大器：放大直流信號。⑷微安表：指示測量結(jié)果。2.平均值電壓表：（結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：先放大，后檢波。）均值表的組成結(jié)構(gòu)及各部分個作用：⑴分壓器：擴(kuò)展量程。⑵直流放大器：放大直流信號。⑶均值檢波器：①定義：檢波器輸出與被測信號的平均值成正比。②作用：把交流變?yōu)橹绷?。⑷微安表：指示測量結(jié)果。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：類似收音機(jī)一樣組成結(jié)構(gòu)的電壓表叫外差式電壓表。⑴輸入回路：接收信號⑵本機(jī)振蕩器：產(chǎn)生本機(jī)高頻正弦信號。⑶混頻器：把不同頻率的信號被測信號，都要變成同一個固定頻率的信號⑷中頻放大器：為窄帶選頻放大器，放大固定中頻信號⑸均值檢波器，⑹微安表。4.2.3平均值電壓的測量1.平均值檢波器的工作原理2.利用平均值電壓表測正弦信號其測量值就是正弦信號的有效值；3.當(dāng)用平均值電壓表非正弦電壓時，其讀數(shù)無實(shí)際物理意義；但讀數(shù)與被測信號的平均值有關(guān)系,要想求得被測信號的平均值、有效值、與峰值必須換算。用均值表測非正弦信號的換算方法：①先用上式求出正弦信號的平均值；②再用示值相等，平均值也相等的原則a式求出其平均值。③再用波形因數(shù)和非正弦波的平均值用b式求出其有效值。④用波峰因數(shù)、非正弦波的有效值和b式求出其峰值。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,有效值再用波峰系數(shù)和有效值求出其峰值。再用三角波的波峰系數(shù)和有效值求出其峰值。3.誤差分析4.平均值檢波器電壓表4.2.4有效值電壓的測量1.有效值電壓表原理另一種有效值轉(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算式RMS轉(zhuǎn)換器原理框圖直流反饋計算式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~2.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3.波形換算方法例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？⑴對于方波，⑵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充電時放電時電路平衡時Q1=Q2理論誤差代入Up后得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)觀測方波信號時應(yīng)選用頻帶較寬的示波器6.脈沖測量時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)錯誤：①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②在脈沖發(fā)生器的輸出端用一個外加的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3.3噪聲電壓的測量3.3.1噪聲的基本特性3.3.2用平均值表測量噪聲電壓3.3.3器件噪聲和放大器噪聲的測量1.等效輸入噪聲Uni的測量(1)正弦信號法(2)噪聲發(fā)生器法(3)兩種測量方法的比較(4)測量噪聲時需要考慮的問題①帶寬的影響②平均值和波形系數(shù)③測量時間的影響④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)正弦信號法(2)噪聲發(fā)生器法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)測試原理電壓噪聲電流噪聲(2)運(yùn)算放大器Uni的實(shí)用測量電路(3)輸入噪聲電流I-和I+的測量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(2)電壓電平dBV4.音量單位(VU)3.4.2分貝值的測量分貝刻度3.5失真度的測量3.5.1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3.5.2失真度測量儀基本工作原理3.5.3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)計一個雙T形陷波器，要求在1000Hz時陷波，且陷波器的3dB帶寬為50Hz。取C=103,RT=10K3.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3.5.4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，γ≈

γ’當(dāng)失真度大于10%時，應(yīng)按下式加以計算修正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)失真儀中的基波抑制網(wǎng)絡(luò)很難做到將基波分量全部濾除，也很難做到對二次以上的諧波一點(diǎn)不衰減，這也會造成一定的測量誤差。(3)測試儀器本身也會由于許多原因而產(chǎn)生誤差。(4)由電壓表讀出的失真度應(yīng)扣除儀器本身的失真度。(5)若采用峰值或平均值電壓表，則會引入一定誤差(6)陷波濾波器(7)其它3.6功率的測量3.6.1音頻與較高頻信號功率的測量在較高頻率時，可采用吸收型功率表測量功率。基本的量熱式功率表，被測信號把電阻器加熱，使其溫度上升。測熱計電橋熱電偶功率表二極管功率表3.6.2誤差分析3.6.3功率表實(shí)例——射頻功率表3.7Q值的測量3.7.1Q表的工作原理被測線圈振蕩波形圖3.7.2用