電流、電壓與功率測量

1、第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量3.1 直流電流的測量直流電流的測量3.2 交流電流的測量交流電流的測量3.3 直流電壓的測量直流電壓的測量3.4 交流電壓的測量交流電壓的測量 3.5 功率測量功率測量3.6 數(shù)字萬用表的特點(diǎn)與技術(shù)原理數(shù)字萬用表的特點(diǎn)與技術(shù)原理思考題思考題3第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇3.1 直流電流的測量直流電流的測量3.1.1 直流電流測量的原理與方法 其過程如圖3.1所

2、示。 第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.1 直流電流測量A第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 設(shè)電流表的內(nèi)阻為r，在圖3.2（a）所示的測量電路中，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rRRErRRErrREREI/11)(第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.2 電流表內(nèi)阻的影響IER(a)EAR(b)I第第

3、3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇3.1.2 模擬直流電流表的工作原理直流電流表多數(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)。3.1.3 數(shù)字萬用表測量直流電流的原理數(shù)字萬用表是用電子技術(shù)來檢測直流電流的。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（

4、不同的量程RN的值不同），測量時(shí)RN上有電壓信號(hào)Ui=IRN，其測量過程如圖3.3所示。 第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.3 數(shù)字萬用表測量原理框圖預(yù)處理A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字量顯示Ui第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇3.2 交流電流的測量交流電流的測量 3.2.1 低頻交流電流的測量原理和方法圖3.4所示的交直流轉(zhuǎn)換電路。第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.4 交直流轉(zhuǎn)換

5、電路A第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇3.2.2 高頻交流電流的測量原理和方法我們可以通過測量這種與高頻電流密切相關(guān)的直流電流的大小，間接地檢測出高頻電流的大小，具體原理如圖3.5所示。第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.5 熱電偶電表原理GAECDB第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇3.3 直流電壓的測量直流電壓的測量3.3.1 直流電壓的測量原理與方法一般來說，直流電壓測

6、量是將直流電壓表直接跨接在被測電壓的兩端，由直流電壓表讀出被測電壓的值。因此，電壓測量是一種最簡便的電參數(shù)測量，其過程如圖3.6所示。第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.6 電壓測量 電壓表Ux第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇當(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。第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.7 基于直流表的直流電壓表構(gòu)成框圖 ARg直流

7、電流表R1R2R3R4R5Ux第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇設(shè)被測電路可等效為內(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，則測量的完整電路簡化為圖3.8。第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.8 直流電壓表測量電路AR0RxE直流電壓表第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇由圖3.8可知，當(dāng)直流電壓表并接于被測電路兩端時(shí)，由于R0的存在，電壓表所測得的電壓由原

8、來的Ux改變?yōu)椋?xxxxURRURRR)/11(000(3-1)第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇3.3.2 直流電壓測量儀表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100 V擋進(jìn)行測量，該儀表的靈敏度為10 k/V，可以推算出在100 V擋的輸入電阻為10010=1000 k=1 M，實(shí)際測得的電壓為VRRRRRii401005001000500100050050010005001000100/212第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:

9、/ 電子技術(shù)論壇圖3.9 高內(nèi)阻電路的電壓測量V100 VR1500 kR2500 k第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇2.數(shù)字式萬用表數(shù)字萬用表均有電流電壓測量擋。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)20 M以上。(2) 分辨力高，可精確到百分之一，即在10 V擋，可分辨到0.1 V，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。第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇3.示波器

10、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量高內(nèi)阻電路的電壓。第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇3.4 交流電壓的測量交流電壓的測量 3.4.1 交流電壓的特征與量值表示常見電壓的波形如圖3.10所示。第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.10 常見電壓的波形正弦

11、波脈沖波方波三角波低頻噪聲波階梯波第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇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)=Acosct，則有UP-P=2 A，UP=1 A。第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇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

12、為 UTdttUTU0)(1TdttUTU0)(1（3-3）第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇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)=Um cosct來說： （3-5） TKMSdttUTU02)(1（3-4）PPRMSUUU707. 02第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇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） （

13、2） 波峰因數(shù)KP: 表示交流電壓的峰值與有效值之比，即uuKRMSFRMSPPuuK （3-7）第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇3.4.2 交流電壓的測量原理與方法1. 測量方法交流電壓測量與直流電壓測量相類似，都是將電壓表并聯(lián)于被測電路上，其測量的連接如圖3.11所示。 第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.11 交流電壓的測量VR1R2U(t)第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技

14、術(shù)論壇2. 測量原理1） 交流電壓的模擬測量用模擬電路的技術(shù)和方法測量交流電壓，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。第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 圖3.12 測量原理（a） 峰值檢波電路；（b） 平均值檢波器； （c） 熱電偶式變換電路ux12VDCRuoux uo(a)(b)RuxDABEuA(c)第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇以峰值電壓表為例，其顯示值是將峰值檢波

15、器檢測到的電壓值除以波峰因數(shù)KP得到的，若顯示讀數(shù)為，則（3-8）例3.1 用一峰值電壓表去測量一個(gè)方波電壓，讀數(shù)為10 V，問該方波電壓的有效值是多少？ 2PPPRMSuKuu第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇解 峰值檢波器的輸出為被測信號(hào)的最大幅度，由儀表的刻度關(guān)系知，被測方波的幅度為 。由于方波的有效值與峰值相當(dāng)，故方波的有效值為14.1 V。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 V1 .14102TnTxdttututuTdttuTu022102)

16、(.)()(1)(1（3-9） TndttututuTu0222221)(.)()(1（3-10） 第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇2) 交流電壓的數(shù)字化測量3.4.3 交流模擬電壓表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是高頻場效應(yīng)管，輸入電阻極大，輸入電容小于2 pF； V2為高頻晶體三極管，輸出電阻為R4，一般為100 ，該電路

17、傳輸衰減系數(shù)較小，且能驅(qū)動(dòng)75 電纜。第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 2） 衰減器 衰減器的作用是在測量大信號(hào)時(shí)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減以擴(kuò)大測量量程。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50 MHz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。 第第3章章 電流、電壓

18、與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 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AC阻抗變換器衰減器檢波器寬帶放大器指示器峰值檢波器倍壓檢波器(a)VV2UoVR4R3V1R2R1UiR1R2UiC1C2Uo(b)(c)UiVDCRUiVD2C2RVD1C1Uo(d)Uo第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 2. 檢波-放大式電壓表 檢波-放大式電壓表直接對(duì)被測電壓信號(hào)進(jìn)行檢波，然后對(duì)轉(zhuǎn)化成

19、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，適用于高頻測量的特點(diǎn)。缺點(diǎn)是起始測量信號(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。 第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.14 檢波-放大式電壓表原理框圖衰 減 器檢 波 器直 流 放 大 器指 示 器第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇3 熱偶式電壓表熱電偶不僅可以用于電流測量，而且可以作為電壓測量的核心部件。 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

20、-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。這時(shí)可采用外差式電壓表，它的測量頻率可達(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。第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.15 外差式電壓表原理框圖探 頭混 頻 器中 頻 放 大檢 波 器指 示 電 表第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇3.4.4 交流數(shù)字電壓表低頻數(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

21、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。 第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖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寬帶放大器輸入檢波器直流數(shù)字電壓表輸出高阻輸入探頭(a)放大器輸入檢波器直流數(shù)字電壓表輸出(b)(c)檢波器探頭輸入直流放大器直流數(shù)字電壓表輸出寬帶放大器輸入高速采樣計(jì)算顯示輸出高阻輸入電路(d)第第3章章 電流、

22、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇3.4.5 交流電壓測量的其他應(yīng)用1.脈沖電壓測量脈沖電壓的特點(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)測量結(jié)果進(jìn)行合適的修正。 2.噪聲電壓測量在電子學(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)行測量。 第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇3.5 功率測量功率測量3

23、.5.1 直流功率測量由電工學(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 tWP時(shí)間功功率（ )（3-11）第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇式中，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：3.5.2 交流功率測量對(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。 RUPRIP22, （3-13） 第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/

24、 電子技術(shù)論壇圖3.17 U與I的相位關(guān)系UIUUIOtttOO(a)(b)(c)I第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇設(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） )cos(2),cos(2tIitUucCcos)cos)2(cos()cos(cos)cos(211000UIdttTUIdtttUITdtuiTPCTCTCT （3-14） 22RTAPPP第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.18為交直流功率表的工作原理

25、與電路中單個(gè)負(fù)載的連接情況。 第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.18 功率測量原理負(fù)載功率表線路電壓C1C2V1V2第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖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，與被測線路電流同相。 第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.19 功率

26、因數(shù)連接電路電流線圈RR負(fù)載電壓垂直活動(dòng)線圈輸入第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇經(jīng)典型電度表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.20所示。 第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.20 經(jīng)典型電度表的結(jié)構(gòu)S1線電壓S2DMM永久磁鐵鋁盤負(fù)載RFFBFFF到指示度盤(A)電樞第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇3.5.3 高頻功率測量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)成測試單元，如圖

27、3.21所示。 第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.21 高頻功率測量A功率輸入RL50 高頻電表RL50 功率輸入(a)(b)第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇比如，在檢修一個(gè)400 W單邊帶無線電臺(tái)發(fā)信機(jī)的功率時(shí)，即可用4個(gè)100 W燈泡作為簡易功率計(jì)，測量方法如圖3.22所示。 第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.22 400 W短波電臺(tái)簡易功率測試單邊帶發(fā)信機(jī)功放天

28、線輸出端第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇3.5.4 功率測量與電壓測量的電平表示（1） 絕對(duì)功率電平LP。以600 電阻上消耗1 mW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 dBmPPLxP0lg10（3-16） dBPPLBAPlg10 （3-17） 第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇由于600 電阻上消耗的功率為1 mW，其上的電壓為0.775 V，以此作為基準(zhǔn)電壓，可以確定電壓的絕對(duì)電平Lu和相

29、對(duì)電平Lu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dBuuLdBVuLBxuxulg20775. 0lg20（3-18） （3-19） NuNuLxxulg20775. 0lg20775. 0lg20（3-20） 第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇例3.2 用MF-20電子多用表的30 V量程測量電壓，當(dāng)該量程的讀數(shù)為27.5 V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1.5 V量程刻度線上的0.775 V定義為0 dB，30V量程是1.5

30、V的20倍擴(kuò)展，27.5 V示值位置對(duì)應(yīng)在1.5 V量程上的讀數(shù)為1.38 V，所以有dBVLu31775. 038. 1lg2026第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇3.6 數(shù)字萬用表的特點(diǎn)與技術(shù)原理數(shù)字萬用表的特點(diǎn)與技術(shù)原理3.6.1 數(shù)字萬用表的特點(diǎn)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量技術(shù)指標(biāo)有如下特色： 輸入范圍大。 準(zhǔn)確度高。第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 分辨率高。 輸入阻抗高。 顯示位數(shù)

31、多。 讀數(shù)速率快?？蛇_(dá)500次/s。（3） 用途廣。第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇3.6.2 數(shù)字萬用表的主要技術(shù)指標(biāo)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） 測量速率。（4） 輸入特性。（5） 抗干擾能力。 第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇3.6.3 數(shù)字萬用表的組成數(shù)字萬用表的組成框圖如圖3.23所示。 第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇

32、圖3.23 數(shù)字萬用表組成框圖I輸入控制UR L CCMPU數(shù)字化液晶屏A/D轉(zhuǎn)換器BE第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇3.6.4 數(shù)字萬用表的技術(shù)原理與要求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。 第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量

33、http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇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，82、161字符型，12232、128240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，管理測量操作過程和處理測量結(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。第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友

34、 http:/ 電子技術(shù)論壇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； 另一類是測試轉(zhuǎn)換電路，負(fù)責(zé)將被測的物理量轉(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。第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.24 雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器原理電路控制電路A1A2J1J2J3J4RUiS2S3S4 Ur UrS1第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/

35、電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇雙斜式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。 第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.25 雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程ttUi1Ui2t1t2 Urt3t3P2P1t1t2t3t3T1T2T2tOOO第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇脈沖調(diào)寬式A/D轉(zhuǎn)換器的原理電路如圖3.26所示。第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/

36、 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.26 脈沖調(diào)寬式A/D轉(zhuǎn)換器原理電路方波發(fā)生器控制電路時(shí)鐘發(fā)生器計(jì)數(shù)器ACR2R1R3Ui Ur UrCUsJ1J2第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇2) 測試轉(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。 第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.27 ACV/DCV變換原理(b)(a)5 k5 k5 k半波整流A1A220 k10 k平均值放大器A4A35 k均方根相加、平方UiUo第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.28是一種測量電阻用變換電路。第第3章章 電流、電壓與功率測量電流、電壓與功率測量 http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇圖3.28 R/V變換原理電路AIR3