電子測量第3章模擬測量方法

第3章模擬測量方法3.1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(2)數(shù)字式電壓表3.2交流電壓的測量3.2.1交流電壓的表征1.峰值UP

2.平均值(3.2.1)3.有效值(3.2.2)波形系數(shù)(3.2.3)(3.2.4)波峰系數(shù)2.平均值3.2.2交流電壓的測量方法1.峰值電壓表2.平均值電壓表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3.2.3平均值電壓的測量1.平均值檢波器的工作原理檢波電路輸出的直流電壓正比于輸入交流電壓絕對值的平均值。2.波形換算方法當(dāng)測量任意波形電壓時(shí)，將從電壓表刻度盤上取得的示值先除以定度系數(shù)，折算成正弦波電壓（取絕對）的平均值；再按平均值相等示值也相等的原則，用波形系數(shù)換算出被測的非正弦波電壓有效值。平均值電壓表的指針偏轉(zhuǎn)角α與被測電壓的平均值成正比，但儀表盤的刻度是按正弦波電壓有效值刻度的，故電壓表的在加正弦交流電壓時(shí)的指示值為——定度系數(shù)如果被測的是正弦波，又采用全波檢波電路，若已知正弦波電壓有效值電壓為1V，則全波檢波后的平均電壓為，故若被測的非正弦波電壓，則再利用波形系數(shù)KF救出被測電壓的有效值，即非正弦波電壓的有效值表：（略）例3.2.1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3.誤差分析測量非正弦波電壓時(shí)會存在波形誤差，假設(shè)以平均值表的示值直接作為被測電壓的有效值時(shí)，則示值絕對誤差：示值相對誤差：4.平均值檢波器電壓表3.2.4有效值電壓的測量1.有效值電壓表原理電壓有效值的定義：二極管的伏安特性：對于周期對稱的電壓，有若設(shè)法抵消的影響，則送到電流表的電流為另一種有效值轉(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(jì)算式RMS轉(zhuǎn)換器原理框圖直流反饋計(jì)算式RMS轉(zhuǎn)換器原理框圖經(jīng)積分器后的輸出電壓為單片半導(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.峰值表原理要求：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.波形換算方法刻度盤上的指示值為：——定度系數(shù)若被測的是正弦波時(shí)，有正弦波的波峰系數(shù)為若被測的是非正弦波時(shí)，有Ux的有效值對于三角波，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？對于方波，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(shí)放電時(shí)電路平衡時(shí)Q1=Q2理論誤差代入U(xiǎn)p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(shí)應(yīng)選用頻帶較寬的示波器6.脈沖測量時(shí)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(cuò)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(gè)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(shí)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(shí)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(jì)一個(gè)雙T形陷波器，要求在1000Hz時(shí)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(shí)，γ≈

γ’當(dāng)失真度大于10%時(shí)，應(yīng)按下式加以計(jì)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