電子測(cè)量?jī)x器課件 項(xiàng)目5 電壓表的使用

學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解交流電壓測(cè)量的特點(diǎn)，理解交流電壓量的表征、電子電壓表測(cè)量原理，熟悉電壓表的使用，掌握電壓測(cè)量方法。通過(guò)電壓表實(shí)際運(yùn)用，為職業(yè)生涯做好知識(shí)和技能儲(chǔ)備；培養(yǎng)安全操作意識(shí)，養(yǎng)成良好的職業(yè)習(xí)慣，提高職業(yè)素養(yǎng)。項(xiàng)目5電壓表的使用

任務(wù)1認(rèn)識(shí)電壓表

【任務(wù)描述】學(xué)習(xí)交流電壓的表征，理解交流電壓的平均值、有效值、峰值含義，針對(duì)電壓表熟悉其面板結(jié)構(gòu)，理解電子電壓表的測(cè)量原理，熟悉電壓的基本測(cè)量方法?！救蝿?wù)分析】電壓的表征量的物理含義、數(shù)字表達(dá)式及其之間的換算，交流電壓測(cè)量的特點(diǎn)，熟悉電壓表面板結(jié)構(gòu)，理解電壓表的基本參數(shù)和測(cè)量原理，初步知道電壓表的使用方法和交流電壓的測(cè)量方法?！局R(shí)鏈接】1.交流電壓的表征2.常用的電壓測(cè)量?jī)x器3.交流電壓測(cè)量的特點(diǎn)4.模擬式交流電壓表的類(lèi)型5.電平的測(cè)量6.DF2172雙路輸入交流毫伏表7.三種電子電壓表的比較8.噪聲的測(cè)量

【知識(shí)鏈接】電壓測(cè)量是電子電路測(cè)量的一個(gè)重要內(nèi)容。用電壓表進(jìn)行電壓測(cè)量時(shí)，要根據(jù)被測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)（如頻率的高低、幅度的大小及波形等）和被測(cè)電路的狀態(tài)（如內(nèi)阻的數(shù)值等）正確選擇電壓表。1.交流電壓的表征

1.1交流電壓的表征（1）峰值UP任意一個(gè)周期性的交流電壓u（t），在一個(gè)周期內(nèi)所出現(xiàn)的最大瞬時(shí)值，稱為該交流電壓的峰值，以UP表示。峰值有正峰值（UP+）和負(fù)峰值（UP-）之分，其幾何意義如圖5-1所示。峰值與振幅值的概念不同，峰值是從參考零電平開(kāi)始計(jì)算的，而振幅值是以交流電壓中的直流分量為參考電平計(jì)算的。當(dāng)電壓中包含直流分量時(shí)，振幅值與峰值是不相等的，當(dāng)電壓中的直流分量為零時(shí)，則峰值等于振幅值。圖5-1交流電壓的峰值（2）平均值

由于在實(shí)際電壓測(cè)量中，總是將交流電通過(guò)檢波器變換成直流電壓再進(jìn)行測(cè)量，因此在電壓測(cè)量中，平均值一詞通常是指交流電壓檢波以后的平均值。根據(jù)檢波器的種類(lèi)又分為半波平均值

和全波平均值

。對(duì)于不含直流成分的純交流電壓來(lái)說(shuō)，

。在電壓測(cè)量中，如不加說(shuō)明時(shí)，平均值就是指的全波平均值。平均值

在數(shù)學(xué)上的定義為

（5-1）原則上，求平均值的時(shí)間為任意時(shí)間，對(duì)周期信號(hào)而言，T為信號(hào)周期。圖5-2正弦波交流電壓的平均值、有效值與峰值的關(guān)系

表5-1正弦波交流電壓的平均值、有效值與峰值的換算（3）有效值

有效值的物理意義是：交流電壓一個(gè)周期內(nèi)，在一純電阻負(fù)載中所產(chǎn)生的熱量與另一直流電壓在同樣情況下產(chǎn)生的熱量相等時(shí)，這個(gè)直流電壓的值就是該交流電壓的有效值，記為U。即：有效值比峰值或平均值的應(yīng)用更為普遍。例如通常說(shuō)某一交流電壓多少伏，幾乎毫無(wú)例外地都是指有效值。各類(lèi)電壓表的示值，除特殊情況外，一般都是按正弦波有效值定度的。2.常用的電壓測(cè)量?jī)x器

常用測(cè)量電壓的儀器有模擬式電壓表、電子電壓表和數(shù)字電壓表三種類(lèi)型的測(cè)量?jī)x器。（1）模擬式電壓表模擬式電壓表一般是指“指針式電壓表”，它把被測(cè)電壓加到磁電式電流表上，轉(zhuǎn)換成指針偏轉(zhuǎn)角度的大小來(lái)度量。另一種模擬測(cè)量是把被測(cè)量電壓變換成圖形高度來(lái)測(cè)量的儀表，如示波器等。（2）電子電壓表(AVM）通過(guò)放大-檢波或檢波-放大電路，將被測(cè)電壓變換成直流電壓，然后進(jìn)行測(cè)量。（3）數(shù)字式電壓表（DVM）數(shù)字式電壓表是指把被測(cè)電壓的數(shù)值通過(guò)數(shù)字技術(shù)，變換成數(shù)字量（A/D），然后用數(shù)碼管以十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)量的電壓值。數(shù)字式電壓表具有高精度、寬量程、顯示位數(shù)多、分辨率高、易于實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，在電壓測(cè)量中日益占據(jù)了重要地位。3.交流電壓測(cè)量的特點(diǎn)（1）頻率范圍（2）測(cè)量范圍（3）準(zhǔn)確度（4）輸入阻抗（5）抗干擾能力（6）被測(cè)波形的多樣性4.模擬式交流電壓表的類(lèi)型（1）直接檢波式電壓表圖5-6所示為直接檢波式電壓表的方框圖，它是將被測(cè)電壓檢波后，直接由電壓表指示出被測(cè)電壓值。萬(wàn)用表的交流測(cè)量就屬此類(lèi)，另外該類(lèi)型的表通常作為電子設(shè)備內(nèi)部自備的指示儀表。

圖5-6直接檢波式電壓表（2）放大-檢波式電壓表

圖5-7為放大-檢波式電壓表方框圖，被測(cè)交流電壓先經(jīng)寬帶放大器放大，然后再檢波變成直流電壓，驅(qū)動(dòng)電流表偏轉(zhuǎn)。由于先進(jìn)行放大，可以提高輸入阻抗和靈敏度，避免了檢波電路工作在小信號(hào)時(shí)所造成的刻度非線性及直流放大器存在的漂移問(wèn)題。但是測(cè)量電壓的頻率范圍因受放大器頻帶限制，一般這種電壓表的上限頻率為兆赫級(jí)，最小量程為毫伏級(jí)。例如，GB-9型毫伏表就屬于該類(lèi)型的電壓表。圖5-7放大-檢波式電壓表（3）檢波-放大式電壓表

a.組成框圖;b.提高靈敏度措施圖5-8檢波—放大式電壓表圖5-8所示為檢波-放大式電壓表的組成方框圖。它將被測(cè)電壓經(jīng)檢波器檢波變成直流電壓，經(jīng)直流放大器放大后驅(qū)動(dòng)直流微安表偏轉(zhuǎn)，該類(lèi)電壓表放大器的頻率特性不影響整個(gè)電壓表的頻響，因此測(cè)量電壓的頻率范圍主要決定于檢波電路的頻響，其上限頻率可達(dá)1GHz，此類(lèi)電壓表稱為高頻毫伏表。由于檢波二極管導(dǎo)通時(shí)有一定的起始電壓，刻度有非線性，且輸入阻抗低，采用普通的直流放大器又有零點(diǎn)漂移，所以靈敏度不高，例如DYC-5型電壓表就屬于此類(lèi)。（4）調(diào)制式電壓表

圖5-9調(diào)制式電壓表原理方框圖

圖5-9所示為調(diào)制式電壓表的原理方框圖。為了使被側(cè)的高頻電壓在數(shù)值很小的情況下，仍能驅(qū)動(dòng)微安表有較大偏轉(zhuǎn)，這就要求直流放大器具有較高的增益。其工作原理是，被測(cè)的高頻電壓經(jīng)過(guò)探極中的峰值檢波器變成直流電壓，送到儀器的輸入端，經(jīng)過(guò)量程轉(zhuǎn)換和濾波器，再通過(guò)斬波器將直流變成交流（一般為50Hz）電壓，然后進(jìn)行交流放大，最后經(jīng)檢波器解調(diào)，變成與輸入相對(duì)應(yīng)但被放大了的直流電壓，驅(qū)動(dòng)微安表指針偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量高頻的目的。如DA-1高頻毫伏表就屬于此類(lèi)。根據(jù)交流電壓的三種表征，電壓表又可分為峰值電壓表，均值電壓表和有效值電壓表。但不管是哪一種檢波器做成的電壓表，其電流表的刻度，除特別情況外，一般都是按正弦波有效值來(lái)刻度的。因此，在使用模擬交流電壓表時(shí)要特別注意這一點(diǎn)。也就是說(shuō)，一般模擬交流電壓表只能用于測(cè)量正弦波電壓，而對(duì)于非正弦波或失真的正弦波用模擬交流電壓表測(cè)量時(shí)，其示值是沒(méi)有意義的。（5）外差式電壓表

對(duì)于放大-檢波式電壓表，由于寬頻帶放大器增益和帶寬的矛盾，很難把頻率上限提得更高；而檢波-放大式電壓表的靈敏度由于非線性失真等原因受到限制。在實(shí)際測(cè)量中，常需測(cè)量那些頻率范圍寬、頻率又高而信號(hào)電平較弱的電壓，以上兩類(lèi)電壓表均無(wú)法勝任，特別是在弱信號(hào)測(cè)量時(shí)受到噪聲和干擾的限制。外差式電壓表的原理框圖如圖5-10所示。被測(cè)電壓通過(guò)輸入回路（包括輸入衰減器和高頻放大器）在混頻器中與本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)混頻，輸出中頻信號(hào)，再經(jīng)中頻放大，然后檢波，最后由直流表頭指示。圖5-10外差式電壓表原理方框圖本機(jī)振蕩器輸入回路Ux混頻器中頻放大器檢波器5.電平的測(cè)量

（1）電平的概念電平是指兩功率或電壓之比的對(duì)數(shù)，有時(shí)也表示兩電流之比的對(duì)數(shù)，單位為貝爾（Bel）。由于貝爾單位相對(duì)于測(cè)量值太大，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常用貝爾的十分之一作為單位，稱為分貝，用“dB”表示。電平概念主要應(yīng)用在某些通信系統(tǒng)、電聲系統(tǒng)及噪聲測(cè)試等系統(tǒng)中。當(dāng)600Ω電阻上消耗1mW的功率時(shí)，600Ω電阻兩端的電位差為0.775V，此電位差稱為基準(zhǔn)電壓。任意兩點(diǎn)電壓與基準(zhǔn)電壓之比的對(duì)數(shù)稱為該電壓的絕對(duì)電平，即

（5-3）式中，Ux為任意兩點(diǎn)的電壓。（2）采用電平概念的意義

如希望同時(shí)顯示一組幅值很大和幅值很小的信號(hào)，采用高度為10cm的顯示器，一般用顯示器的全部高度作為振幅的最大值。若信號(hào)的最大振幅為100V，顯示器上1cm的高度就對(duì)應(yīng)為10V；0.1cm的高度對(duì)應(yīng)0.1V；而小于0.1V的電壓在顯示器上就難以辨認(rèn)了。而使用分貝作為單位，可以把大范圍內(nèi)的幅值壓縮到較小的范圍。這樣，就可同時(shí)看到最大值和最小值的所有振幅。3）電平的測(cè)量方法和刻度

從電平的定義就可以看出電平與電壓之間的關(guān)系，電平的測(cè)量實(shí)際上也是電壓的測(cè)量。任何一塊電壓表都可以作為電平表，只是表盤(pán)的刻度不同而已。電平表和交流電壓表上dB刻度線都是按絕對(duì)電平刻度的，要注意的是電平刻度是以在600Ω電阻上消耗1mW功率為零分貝進(jìn)行計(jì)算的，即0dB=0.775V。當(dāng)Ux＞0.775V時(shí)，測(cè)量所得dB值為正；當(dāng)Ux＜0.775V時(shí)，測(cè)量所得dB值為負(fù)。這樣，一定的電壓值對(duì)應(yīng)于一定的電平值，就可直接用電壓表測(cè)量電平了。如電子式萬(wàn)用表MF-20將1.5V量程刻度線上的0.775V處定為0dB。應(yīng)注意的是，表盤(pán)上的分貝值對(duì)應(yīng)的是某檔電壓量程，當(dāng)使用電壓表的其他檔量程時(shí)，應(yīng)考慮加上換檔的分貝值。如使用MF-20的30V量程時(shí)，被測(cè)電壓實(shí)際值應(yīng)是表頭測(cè)量值的20倍。設(shè)表頭上的電壓為

，則實(shí)際被測(cè)電壓為

寫(xiě)成分貝形式為因此，實(shí)際測(cè)量的分貝值應(yīng)加上換檔的分貝值26dB。6.DF2172雙路輸入交流毫伏表6.1DF2172雙路輸入交流毫伏表面板6.2DF2172雙路輸入交流毫伏表技術(shù)參數(shù)DF2172雙路輸入交流毫伏表是一種通用型電壓表，由于具有雙路輸入，故對(duì)于同時(shí)測(cè)量?jī)煞N不同大小的交流信號(hào)的有效值及兩種信號(hào)的比較最為方便，適用于10Hz-1MHz的交流信號(hào)的電壓有效值測(cè)量。DF2172雙路輸入交流毫伏表技術(shù)參數(shù)如表5-2所示序號(hào)性能指標(biāo)1測(cè)量范圍100μV-300V，分12檔2電壓刻度1mV、3mV、10mV、30mV、100mV、300mV，1V、3V、10V、30V、100V、300V共12檔3dB刻度-60dB-+50dB（0dB=1V）4工作誤差≤5%滿刻度（1KHz）5頻率響應(yīng)100Hz~100KHz=3%，10Hz~1MHz=5%6輸入特性最大輸入電壓不得大于450v（AC+DC）；輸入阻抗≥1M（≤50pF）7噪聲輸入端良好短路時(shí)低于滿刻度值的3%8兩通道互擾小于80dB9電源適應(yīng)范圍電壓220V±10%；頻率50±2Hz;功率不大于10VA6.3DF2172雙路輸入交流毫伏表基本操作

（1）通電前先觀察表針停在的位置，如果不在表面零刻度需調(diào)整表指針的機(jī)械零位。（2）根據(jù)需要選擇輸入通道CH1或CH2。（3）將量程開(kāi)關(guān)置于高量程檔，接通電源，通電后預(yù)熱10分鐘后使用，可保證性能可靠。（4）根據(jù)所測(cè)電壓選擇合適的量程，若測(cè)量電壓未知大小應(yīng)將量程開(kāi)關(guān)置最大檔，然后逐級(jí)頭減少量程。以表針偏轉(zhuǎn)到滿度2/3以上為宜，然后根據(jù)表針?biāo)缚潭群退x量程確定電壓讀數(shù)。（5）在需要測(cè)量?jī)蓚€(gè)端口電壓時(shí)，可將被測(cè)的兩路電壓分別饋入輸入端CH1和CH2，通過(guò)拔動(dòng)輸入選擇開(kāi)關(guān)來(lái)確定CH1或CH2的電壓讀數(shù)?！救蝿?wù)實(shí)施】表5-3測(cè)量器材序號(hào)器材名稱型號(hào)數(shù)量作用1

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任務(wù)2使用電壓表測(cè)量直流電壓、交流電壓【任務(wù)描述】學(xué)習(xí)交直流電壓的測(cè)量方法，運(yùn)用多種儀表正確測(cè)量交直流電壓，完成對(duì)直流穩(wěn)壓電源電壓和信號(hào)源輸出的信號(hào)電壓的測(cè)量任務(wù)?！救蝿?wù)分析】使用模擬萬(wàn)用表、數(shù)字電壓表、數(shù)字萬(wàn)用表的電壓測(cè)量功能，分別測(cè)量直流穩(wěn)壓電源、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出電壓。數(shù)字電壓表測(cè)量前的調(diào)零、檔位的選擇和接地都會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確度?！局R(shí)鏈接】

1.直流電壓的測(cè)量方法2.數(shù)字電壓表的使用3.電壓測(cè)量中的幾個(gè)問(wèn)題

【知識(shí)鏈接】

1.直流電壓的測(cè)量方法電子電路中的直流電壓一般分為兩大類(lèi)：一類(lèi)為直流電源電壓，它具有一定的直流電動(dòng)勢(shì)和等效內(nèi)阻；另一類(lèi)是直流電路中某元件兩端之間的電壓差或各點(diǎn)對(duì)地的電位。直流電壓的測(cè)量一般可采用直接測(cè)量法和間接測(cè)量法兩種。用直接測(cè)量法測(cè)量時(shí)，將電壓表直接并聯(lián)在被測(cè)支路的兩端，如果電壓表的內(nèi)阻為無(wú)窮大，則電壓表的示值即是被測(cè)支路兩點(diǎn)間的電壓值；間接測(cè)量法則是先分別測(cè)量?jī)啥它c(diǎn)的對(duì)地電位，然后求兩點(diǎn)的電位差，差值即為要測(cè)量的電壓值。（1）用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量直流電壓用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量直流電壓，可直接顯示被測(cè)直流電壓的數(shù)值和極性；數(shù)字萬(wàn)用表的有效位數(shù)也較多，精確度高。另外數(shù)字萬(wàn)用表直流電壓檔的輸入電阻較高，可達(dá)10MΩ以上，將它并接在被測(cè)支路兩端對(duì)被測(cè)電路的影響很小。用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量直流電壓時(shí)，要選擇合適的量程，當(dāng)超出量程時(shí)會(huì)有溢出顯示。如DT-9902C型數(shù)字萬(wàn)用表，當(dāng)測(cè)量超出量程時(shí)會(huì)顯示“OL”，并在顯示屏左側(cè)顯示“OVER”表示溢出。（2）用模擬式萬(wàn)用表測(cè)量直流電壓

模擬式萬(wàn)用表的直流電壓檔由表頭串聯(lián)分壓電阻組成，其輸入電阻一般不太大，而且各量程檔的內(nèi)阻不同，同一塊表，量程越大，內(nèi)阻越大。在用模擬式萬(wàn)用表測(cè)量直流電壓時(shí)，一定要注意表的內(nèi)阻對(duì)被測(cè)電路的影響，否則將可能產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。模擬式萬(wàn)用表的直流電壓檔測(cè)量電壓只適用于被測(cè)電路的等效內(nèi)阻很小或信號(hào)源內(nèi)阻很小的情況。50kΩE=9VV圖5-13萬(wàn)用表測(cè)量等效電動(dòng)勢(shì)

（3）用零示法測(cè)量直流電壓為了減小由于模擬式萬(wàn)用表內(nèi)阻不夠大而引起的測(cè)量誤差，可用如圖5-14所示的零示法。圖中ES為大小可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)直流電源，測(cè)量時(shí)，先將標(biāo)準(zhǔn)電源ES輸出置最小，電壓表置較大量程檔，按圖5-14所示的極性接入電路。然后緩慢調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電源ES的大小，并逐步減小電壓表的量程檔，直到電壓表在最小量程檔指示為零，電壓表中沒(méi)有電流流過(guò)，此時(shí)E=ES。由于標(biāo)準(zhǔn)直流電源的內(nèi)阻很小，一般小于1Ω，而電壓表的內(nèi)阻一般在千歐級(jí)以上，所以用零示法測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電源的輸出電壓，電壓表內(nèi)阻引起的誤差可忽略不計(jì)。（4）用電子電壓表測(cè)量直流電壓

一般在放大-檢波式的電子電壓表中，為了提高電壓表的內(nèi)阻，都采用跟隨器和放大器等電路提高電壓表的輸入阻抗和測(cè)量靈敏度。這種電子電壓表可在電子電路中測(cè)量高電阻電路的電壓值。（5）用示波器測(cè)量直流電壓用示波器測(cè)量電壓時(shí)，首先應(yīng)將示波器的垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度微調(diào)旋鈕置校準(zhǔn)檔，否則電壓讀數(shù)不準(zhǔn)確。具體測(cè)量步驟可參看示波器的項(xiàng)目。（6）微差法測(cè)量直流電壓為了準(zhǔn)確的測(cè)量大電壓中的微小變換量，可以用微差法來(lái)測(cè)量。微差法和零示法都是減小系統(tǒng)誤差的典型技術(shù)，零示法對(duì)可調(diào)電壓源要求較高，因?yàn)樗仨氝m應(yīng)被測(cè)電壓所有可能出現(xiàn)的值。微差法降低了對(duì)可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電源的要求，測(cè)量電路與零示法相同。測(cè)量時(shí)，調(diào)節(jié)ES的大小，使電壓表在小量程檔（分辨力最高）上有一個(gè)微小的讀數(shù)ΔU，則U0=US+ΔU，當(dāng)ΔU≤U0時(shí)，電壓表的測(cè)量誤差對(duì)U0的影響極小，且電壓表中流過(guò)的電流很小，對(duì)被測(cè)電壓U0不會(huì)產(chǎn)生大的影響。（7）含交流成分的直流電壓測(cè)量

由于磁電式表頭的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)對(duì)電流有平均作用，不能反映純交流量。所以，對(duì)于含交流成分的直流電壓的測(cè)量一般都采用模擬式電壓表的直流檔測(cè)量。如果疊加在直流電壓上的交流成分具有周期性，可直接用模擬式電壓表測(cè)量其直流電壓的大小。由交流信號(hào)轉(zhuǎn)換而得到的直流，如整流濾波后得到的直流平均值，以及非簡(jiǎn)諧波的平均直流分量都可用模擬式電壓表測(cè)量。一般不能用數(shù)字式萬(wàn)用表測(cè)量含有交流成分的直流電壓，因?yàn)閿?shù)字式直流電壓表要求被測(cè)直流電壓穩(wěn)定，才能顯示數(shù)字，否則數(shù)字將不停跳變。2.數(shù)字電壓表的使用

2.1數(shù)字電壓表的主要技術(shù)指標(biāo)（1）顯示位數(shù)完整顯示位：能夠顯示0~9的數(shù)字。非完整顯示位(俗稱半位)：只能顯示0和1（在最高位上）。如4位DVM，具有4位完整顯示位，其最大顯示數(shù)字為9999。而4位半DVM，具有4位完整顯示位，1位非完整顯示位，其最大顯示數(shù)字為19999。（2）量程

基本量程：無(wú)衰減或放大時(shí)的輸入電壓范圍，由A/D轉(zhuǎn)換器動(dòng)態(tài)范圍確定。擴(kuò)展量程：通過(guò)對(duì)輸入電壓（按10倍）放大或衰減，可擴(kuò)展其他量程。如基本量程為10V的DVM，可擴(kuò)展出0.1V、1V、10V、100V、1000V等五檔量程；基本量程為2V或20V的DVM，可擴(kuò)展出200mV、2V、20V、200V、1000V等五檔量程。（3）分辨力

分辨力是指DVM能夠分辨最小電壓變化量的能力。反映了DVM靈敏度。用每個(gè)字對(duì)應(yīng)的電壓值來(lái)表示，即V/字。不同的量程上能分辨的最小電壓變化的能力不同，顯然，在最小量程上具有最高分辨力。例如，3位半的DVM，在200mV最小量程上，可以測(cè)量的最大輸入電壓為199.9mV，其分辨力為0.1mV/字（即當(dāng)輸入電壓變化0.1mV時(shí)，顯示的末尾數(shù)字將變化“1個(gè)字”）。分辨率：用百分?jǐn)?shù)表示，與量程無(wú)關(guān)，比較直觀。（4）測(cè)量速度

測(cè)量速度是指每秒鐘完成的測(cè)量次數(shù)。它主要取決于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。一般低速高精度的DVM測(cè)量速度在幾次/秒~幾十次/秒。（5）測(cè)量精度

測(cè)量精度取決于DVM的固有誤差和使用時(shí)的附加誤差（如：溫度等）。固有誤差由兩部分構(gòu)成：讀數(shù)誤差和滿度誤差。讀數(shù)誤差：與當(dāng)前讀數(shù)有關(guān)。主要包括DVM的刻度系數(shù)誤差和非線性誤差。滿度誤差：與當(dāng)前讀數(shù)無(wú)關(guān)，只與選用的量程有關(guān)。

有時(shí)滿度誤差將等效為“±n字”的電壓量表示。當(dāng)被測(cè)量（讀數(shù)值）很小時(shí)，滿度誤差起主要作用，當(dāng)被測(cè)量較大時(shí)，讀數(shù)誤差起主要作用。為減小滿度誤差的影響，應(yīng)合理選擇量程，以使被測(cè)量大于滿量程的2/3以上。（6）輸入阻抗

輸入阻抗取決于輸入電路（并與量程有關(guān)）。輸入阻抗宜越大越好，否則將影響測(cè)量精度。對(duì)于直流DVM，輸入阻抗用輸入電阻表示，一般在10MΩ~1000MΩ之間。對(duì)于交流DVM，輸入阻抗用輸入電阻和并聯(lián)電容表示，電容值一般在幾十~幾百pF之間。2.2YB2173B數(shù)字交流電壓表

YB2173B智能數(shù)字交流毫伏表是一種4位LED顯示，測(cè)量精度高，頻率特性好，具有同步/異步操作功能的數(shù)字毫伏表；超寬交流電壓測(cè)量范圍：30μV~300V；分辨率高，最高可達(dá)1μV；采用先進(jìn)數(shù)碼開(kāi)關(guān)；采用發(fā)光二極管指示量程和工作狀態(tài)；具有超量程自動(dòng)閃爍功能。圖5-151是YB2173B數(shù)字交流毫伏表的面板圖和實(shí)物圖。圖5-15

YB2173B數(shù)字交流電壓表的面板圖和實(shí)物圖2.2.1主要特點(diǎn)

（1）儀器全部采用集成電路，工作穩(wěn)定可靠。（2）由單片機(jī)智能化控制和數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換。（3）可測(cè)正弦波、方波、鋸齒波、脈沖波等不規(guī)則的任意波形信號(hào)幅度。（4）采取了屏蔽隔離工藝，降低了本機(jī)噪聲，提高了線性和小信號(hào)測(cè)量精度。（5）測(cè)量精度高，頻率特性好。（6）擁有標(biāo)準(zhǔn)RS-232串行接口。2.2.2技術(shù)指標(biāo)

表5-7YB2173B數(shù)字交流毫伏表的技術(shù)指標(biāo)序號(hào)性能指標(biāo)1測(cè)量電壓范圍100μV~300V，-80dB~+50dB2基準(zhǔn)條件下電壓的固有誤差（以1kHz為基準(zhǔn)）±1%±2個(gè)字3測(cè)量電壓的頻率范圍10Hz~2MHz4基準(zhǔn)條件下頻率影響誤差（以1kHz為基準(zhǔn)）50Hz~100kHz：±3%±8個(gè)字，20Hz~50Hz；100kHz~500kHz： ±5%±10個(gè)字，10Hz~20Hz；500kHz~2MHz：±6%±15個(gè)字。5分辨力10μV6輸入阻抗輸入電阻≥1MΩ；輸入電容≤40pF7最大輸入電壓DC+ACp-p：500V8輸出電壓1Vrms±5%【1kHz為基準(zhǔn)，輸入信號(hào)為5.5×10nV（-4≤n≤1，n為整數(shù)）±2個(gè)字輸入時(shí)】9電源電壓交流220V±10%，50Hz±4%2.2.3基本操作方法

（1）打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)前，首先檢查輸入的電源電壓，然后將電源線插入后面板上的交流插孔；（2）電源線接入后，按電源開(kāi)關(guān)以接通電源，并預(yù)熱5分鐘；（3）將輸入信號(hào)由輸入端口送入交流毫伏表；（4）通過(guò)RS-232串行接口電纜與PC機(jī)連接，通過(guò)PC機(jī)軟件即可同步顯示儀器的測(cè)量值。2.2.4使用注意事項(xiàng)

（1）避免過(guò)冷或過(guò)熱。不可將交流毫伏表長(zhǎng)期暴露在日光下，或靠近熱源的地方。不可在寒冷天氣時(shí)放在室外使用，儀器工作溫度應(yīng)在0～40℃之間。（2）不可將交流毫伏表從炎熱的環(huán)境中突然轉(zhuǎn)到寒冷的環(huán)境或相反進(jìn)行，這將導(dǎo)致儀器內(nèi)部形成凝結(jié)。（3）避免濕度大、灰塵多的環(huán)境。如果將交流毫伏表放在濕度大或灰塵多的地方，可能導(dǎo)致儀器出現(xiàn)故障，最佳使用相對(duì)濕度范圍是35％～90％。（4）避免在強(qiáng)烈震動(dòng)的地方，否則會(huì)導(dǎo)致儀器出現(xiàn)故障。（5）不可將交流毫伏表存放在強(qiáng)磁場(chǎng)的地方。數(shù)字交流毫伏表對(duì)電磁場(chǎng)較為敏感，不可在具有強(qiáng)烈磁場(chǎng)作用的地方操作毫伏表，不可將磁性物體靠近毫伏表，應(yīng)避免陽(yáng)光或紫外線對(duì)儀器的直接照射。3.電壓測(cè)量中的幾個(gè)問(wèn)題（1）測(cè)量準(zhǔn)備測(cè)量前應(yīng)按儀表的規(guī)定方向放置，并在通電前調(diào)整機(jī)械零點(diǎn)，使指針指示在零位。通電后，在指針?lè)€(wěn)定時(shí)，將輸入線短路，調(diào)節(jié)調(diào)零點(diǎn)調(diào)整旋鈕，使表針示零位，即進(jìn)行電氣調(diào)零。為了提高測(cè)量精度，電氣調(diào)零應(yīng)在使用量程上進(jìn)行。（2）量程選擇根據(jù)被測(cè)信號(hào)值的大小選擇電壓量程。如不知道被測(cè)信號(hào)的大小，可先選用大量程，逐步減小到合適的量程。（3）接地與屏蔽在進(jìn)行電壓測(cè)量時(shí)，要注意被測(cè)電路高電位端和低電位端要與電壓表的對(duì)應(yīng)端相連接。屏蔽接地點(diǎn)應(yīng)與被測(cè)電壓源信號(hào)地線相連接。并注意一點(diǎn)接地。在連接順序上，測(cè)量前應(yīng)先接地線，再連信號(hào)線；測(cè)量完畢時(shí)，應(yīng)先斷開(kāi)信號(hào)線，再斷開(kāi)地線。（4）輸入電路的影響輸入電阻會(huì)引起測(cè)量誤差。這個(gè)誤差可以修正。但它有時(shí)會(huì)破壞被測(cè)電路的正常工作狀態(tài)。例如，使諧振回路振幅下降，甚至停振。因此，要求儀表的輸入電阻很高。輸入電容對(duì)被測(cè)電路的影響主要表現(xiàn)在使回路失諧，從而改變了被測(cè)量的特性。在高頻段時(shí)，輸入電容使電路的增益顯著下降，會(huì)引起很大的誤差。因此，要求輸入電容小。分布參數(shù)對(duì)測(cè)量也有影響，因此，測(cè)試信號(hào)線宜短，或者使用探頭。此外，對(duì)于不同類(lèi)型的電壓表的刻度特性應(yīng)明確，以免在非正弦信號(hào)電壓的測(cè)量時(shí)引入波形誤差，精密測(cè)量時(shí)應(yīng)注意換算。【任務(wù)實(shí)施】表5-8測(cè)量器材序號(hào)器材名稱型號(hào)數(shù)量作用1

2

3

4

任務(wù)3使用毫伏表測(cè)量交流信號(hào)電壓

【任務(wù)描述】用毫伏表測(cè)量交流信號(hào)電壓值，明確毫伏表測(cè)量電壓的讀數(shù)與被測(cè)電壓表征量的關(guān)系?！救蝿?wù)分析】了解理解讀數(shù)的響應(yīng)特性，明確刻度特性，理解波形誤差，熟悉讀數(shù)的換算，掌握交流電壓的測(cè)量方法。【知識(shí)鏈接】

1.YB2173型晶體管毫伏表2.YB2174型超高頻電壓表3.電壓表的波形誤差4.均值電壓表的定度系數(shù)和波形誤差5.峰值電壓表的定度系數(shù)和波形誤差

【知識(shí)鏈接】

1.YB2173型晶體管毫伏表YB2173型晶體管毫伏表是測(cè)量正弦電壓信號(hào)有效值的儀器，它具有測(cè)量精度高、頻率特性好、外型美觀、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，而且具有隔直流功能，特別適合在電子電路中使用。圖5-17YB2173型晶體管毫伏表原理框圖被測(cè)交流信號(hào)經(jīng)高阻分壓器、射極輸出器、低阻分壓器后送到放大器，放大后的信號(hào)再經(jīng)檢波后由指示器指示，低阻分壓器選擇不同的分壓系數(shù)，使儀表具有不同的量程。輸入級(jí)采用低噪聲晶體管組成的射級(jí)輸出器，提高了儀表的輸入阻抗，降低噪聲。放大器具有高放大倍數(shù)，從而提高儀表的靈敏度。1.1基本技術(shù)性能

（1）電壓測(cè)量范圍:300μV~100V；（2）量程分為:12級(jí)（300μV、1mV、3mV、10mV、30mV、100mV、300mV、1V、3V、10V、30V、100V）；（3）被測(cè)電壓頻率:20KHz~2MHz；（4）測(cè)量精度:1kHz為基準(zhǔn)，滿度≤±3%；（5）輸入阻抗：1MΩ。1.2面板說(shuō)明

YB2173型晶體管毫伏表的面板布置圖和實(shí)物圖（1）表頭1：方便地讀出輸入電壓有效值或電壓電平值，上排黑指針指示CH1的信號(hào)，下排紅指針指示CH2的信號(hào)。（2）零點(diǎn)調(diào)節(jié)2：指針的零點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置，左邊的調(diào)節(jié)CH1指針零點(diǎn)，右邊的調(diào)節(jié)CH2指針零點(diǎn)。（3）量程選擇開(kāi)關(guān)3、4：3是CH1量程選擇開(kāi)關(guān)，4是CH2量程選擇開(kāi)關(guān)。（4）輸入接口5、6：5是CH1的輸入接口，6CH2的輸入接口。（5）方式開(kāi)關(guān)7：當(dāng)此開(kāi)關(guān)彈出時(shí)，CH1、CH2量程選擇開(kāi)關(guān)僅控制各自的量程；當(dāng)此開(kāi)關(guān)按進(jìn)時(shí)，CH1的量程開(kāi)關(guān)可控制CH1、CH2的電壓量程，此時(shí)CH2的量程選擇開(kāi)關(guān)失去作用。（6）電源開(kāi)關(guān)8。1.3使用時(shí)的注意事項(xiàng)

（1）測(cè)量精度以毫伏表表面垂直放置為準(zhǔn)，使用時(shí)應(yīng)將儀表垂直放置。（2）由于晶體管毫伏表輸入端過(guò)載能力較弱，所以使用時(shí)要防止毫伏表過(guò)載。一般在未通電使用前或暫不測(cè)試時(shí)，將儀表輸入端短路或?qū)⒘砍踢x擇開(kāi)關(guān)旋到3V以上檔級(jí)。（3）接通交流220V，50Hz電源，測(cè)量前將輸入端短路，待表針擺動(dòng)穩(wěn)定時(shí)，選擇量程，旋轉(zhuǎn)“調(diào)零”旋鈕，使指針指零。若改變量程，需重新調(diào)零。（4）使用儀表與被測(cè)線路必須“共地”，即接線時(shí)應(yīng)把儀表的地線（黑端）接被測(cè)線路公共地線，把信號(hào)端（紅端）接被測(cè)端。測(cè)量時(shí)，先接地線，后接信號(hào)線，測(cè)量結(jié)束后，先拆信號(hào)線，后拆地線。（5）由于儀表的靈敏度較高，凡測(cè)量毫伏級(jí)的低電壓時(shí)，應(yīng)盡量避免輸入端開(kāi)路。必須在輸入端接線聯(lián)好后，再把量程選擇開(kāi)關(guān)置于相應(yīng)的毫伏檔級(jí)，測(cè)量結(jié)束后需改變接線時(shí)，必須首先把量程選擇開(kāi)關(guān)旋到3V以上量程檔級(jí)。然后再把輸入端接線與被測(cè)電路斷開(kāi)，以免儀表在低量程檔，由于外界干擾過(guò)載造成打表針的現(xiàn)象損壞儀表。（6）若被測(cè)電壓本身數(shù)值較大時(shí)，應(yīng)在接線前先把量程選擇開(kāi)關(guān)調(diào)到相應(yīng)的檔級(jí)或高一些的檔級(jí)，測(cè)量時(shí)調(diào)到相應(yīng)的檔級(jí)，以免超量程損壞儀表。（7）注意選擇合適的量程。選擇合適的量程可以減少測(cè)量誤差，一般使指針在滿刻度1/3以上。2.YB2174型超高頻電壓表

2.1主要技術(shù)性能（1）電壓測(cè)量頻率范圍：1kHz~1GHz。（2）電壓測(cè)量范圍：1mV~10V分八檔。使用40db分壓器（選購(gòu)件）可擴(kuò)展至100V。滿度值為3mV、10mV、30mV、100mV、300mV、1V、3V、10V。（3）電壓測(cè)量固有誤差：3mV檔：±5%+3%（讀數(shù)值）其余各檔：±3%+2%（讀數(shù)值）。（4）輸入電容：＜2.5pF。（5）輸出直流電壓：0.1Vrms輸出阻抗為1kΩ。2.2原理方框圖

YB2174型超高頻電壓表的原理方框圖如圖5-19所示，面板和實(shí)物如圖5-20所示。圖5-20YB2174型超高頻電壓表的面板圖和實(shí)物圖2.3使用說(shuō)明

機(jī)器預(yù)熱10分鐘左右即可進(jìn)行測(cè)量。（1）交流電壓的測(cè)量探頭于測(cè)試狀態(tài)調(diào)零，各檔零點(diǎn)均在300mV檔調(diào)準(zhǔn)，精度最高；不要求精確測(cè)量時(shí)，可在本檔調(diào)零，仍符合本機(jī)指標(biāo)。測(cè)量時(shí)，手持探測(cè)器的塑料柄，不要接觸金屬底座，防止因散熱而引起零點(diǎn)漂移。在30MHz以內(nèi)，可用專(zhuān)用軟接地線和長(zhǎng)探針進(jìn)行測(cè)量。由于放大器的回零時(shí)間較長(zhǎng)，所以在高量程測(cè)量以后轉(zhuǎn)至測(cè)量低量程時(shí)，須等待完全回零后再進(jìn)行測(cè)量，這樣才能保證測(cè)量精度。（2）超高頻電壓測(cè)量

300MHz以內(nèi)，宜用長(zhǎng)探針為佳。若被測(cè)電壓高于30MHz時(shí)，為避免因?yàn)榉植紖?shù)和接觸不良而引起的誤差，可通過(guò)T型接頭進(jìn)行測(cè)量。使用時(shí)，用不同的探針，可得到不同的頻率附加誤差，使用者可參考“頻率附加誤差”指標(biāo)，選用不同的探針。探測(cè)器內(nèi)的檢波二極管?chē)?yán)防跌落，當(dāng)探測(cè)器不用時(shí)，要夾在機(jī)后面的夾持器上，并應(yīng)將探頭的接地線取下，以防其碰到機(jī)殼燒壞機(jī)器。3.電壓表的波形誤差（1）波形因數(shù)電壓的有效值與平均值之比稱為波形因數(shù)KF，即 （5-6）（2）波峰因數(shù)電壓的峰值與有效值之比稱為波形因數(shù)KP，即 （5-5）常見(jiàn)的幾種電壓形式的波形因數(shù)和波峰因數(shù)表5-12幾種典型交流電壓的波形參數(shù)換算表4.均值電壓表的定度系數(shù)和波形誤差（1）定度系數(shù)電壓表的定度系數(shù)如果平均值檢波器電壓表測(cè)量一個(gè)方波電壓，示值是α，那么實(shí)際該方波電壓的平均值 （5-7）（2）波形誤差

對(duì)于均值電壓表，測(cè)量非正弦電壓或失真的正弦波電壓時(shí)，其讀數(shù)與實(shí)際電壓平均值有誤差，這個(gè)誤差是由被測(cè)電壓波形的不同帶來(lái)的，因此，我們稱該誤差為波形誤差。那么對(duì)于均值電壓表，波形誤差為：

（5-8）（3）誤差分析

除了上面講到的波形誤差外，均值電壓表還會(huì)產(chǎn)生如下誤差：①頻響誤差若輸入信號(hào)頻率很低，直流表頭的指針由于其時(shí)間常數(shù)的限制，不能穩(wěn)定于檢波器輸出的平均值，而有一定的波動(dòng)，產(chǎn)生低頻誤差。當(dāng)輸入信號(hào)頻率高時(shí)，檢波器的結(jié)電容及電路分布參數(shù)的影響越來(lái)越嚴(yán)重，從而引起高頻誤差。②檢波特性變化引起的誤差由于檢波電流與檢波管的正向電阻、電流表內(nèi)阻等參數(shù)發(fā)生變化，也會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，但一般可忽略。③噪聲誤差當(dāng)輸入信號(hào)較弱時(shí)，檢波器固有噪聲的影響較大而引起一定的誤差。5.峰值電壓表的定度系數(shù)和波形誤差

（1）定度系數(shù)經(jīng)過(guò)分析，如果峰值電壓表測(cè)量被測(cè)電壓的峰值電壓UP。按正弦有效值定度，則示值α為

（5-9）即用峰值交流電壓表測(cè)量非正弦交流電壓時(shí)，電壓表仍然可以反映出被測(cè)電壓的峰值。但由于電壓表刻度是以正弦波有效值定度的，它比正弦波峰值小倍，因此，必須把指示值乘以倍才能表示被測(cè)電壓的峰值，而要知道被測(cè)電壓的有效值時(shí)，必須根據(jù)其波形的性質(zhì)，按表5-12所示的波形換算表算出被測(cè)電壓的有效值。（2）波形誤差同均值電壓表測(cè)量產(chǎn)生波形誤差一樣，用峰值電壓表測(cè)量非正弦波或失真的正弦波電壓時(shí)，若將讀數(shù)當(dāng)成輸入電壓的有效值，也會(huì)產(chǎn)生波形誤差。而且，峰值電壓表的波形失真較大。但用峰值電壓表測(cè)量正弦電壓時(shí)，讀數(shù)就是該正弦電壓有效值。（3）誤差分析

①理論誤差:從峰值檢波器的工作波形可以看出，檢波器輸出電壓的平均值總是略小于被測(cè)電壓的峰值。而在討論過(guò)程中，忽略了這個(gè)小的誤差，此時(shí)產(chǎn)生的誤差即為理論誤差。②低頻誤差:峰值電壓表通常用來(lái)測(cè)量高頻電壓，如果用來(lái)測(cè)量低頻信號(hào)，則由于被測(cè)信號(hào)的周期大，放電時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)造成低頻誤差。③高頻誤差:由于檢波器的高頻特性以及電路中各種高頻參數(shù)的影響而引起的誤差。④非線性誤差:當(dāng)輸入信號(hào)幅度較小時(shí)，檢波器工作于特性曲線的非線性區(qū)域，出現(xiàn)明顯的非線性，導(dǎo)致測(cè)量誤差。7.三種電子電壓表的比較峰值電壓表、均值電壓表和有效值電壓表各有特點(diǎn)，測(cè)量時(shí)應(yīng)結(jié)合被測(cè)信號(hào)特點(diǎn)合理選用，以獲得最佳測(cè)量效果。6.有效值電壓表的定度系數(shù)和波形誤差對(duì)