三、电压测量仪器的分类 P189
• 1.按显示方式分类：模拟式电压表和数字式电压表两大类。 • 模拟式电压表又叫指针式电压表，一般都采用磁电式直流电流表头作为被测电压
的指示器。 • 测量直流电压时，可直接或经放大或经衰减后变成一定量的直流电流驱动直流表
头的指针偏转指示。
电压表的分类
• 测量交流电压时，必需经过交流-直流变换器即检波器，将被测交流电压先转换 成与之成比例的直流电压后，再进行直流电压的测量。
HFJ-8B
7.7 电压的数字式测量217
•1.直流DVM P218 •数字电压表（Digital Voltage Meter，简称DVM）。
1基本组成
• 包括模拟和数字两部分。 • 输入电路：对输入电压衰减/放大、变换
等。 • 核心部件是A/D转换器（Analog to Di
gital Converter，简称ADC），实现模 拟电压到数字量的转换。 • 数字显示器：显示模拟电压的数字量结 果。 • 逻辑控制电路：在统一时钟作用下，完 成内部电路的协调有序工作。
第七章 电压测量
7.1概述 一、电压测量的重要性
• 电压、电流、功率是表征电信号能量大小的三个基本参量。 • 在电子电路中，只要测量出其中一个参量就可以根据电路的阻抗求出其它两个参
量。 • 考虑到测量的方便性、安全性、准确性等因素，几乎都用测量电压的方法来测定
表征电信号能量大小的三个基本参量。
电压测量的重要性
• 数学上交流电压的有效值定义为它的均方根值：
U
1 T
T u2 (t)dt
0
U rms
3．有效值
• 以正弦波为例，
U代入(t有)效值U计m算公si式n t
s in 2
t
1 2
(1U2cosT12T0 Ut)m2
s in 2
tdt
(
U
2
U
2 m
T
(1 cos2t)dt
2T 0
2
T
)
U
2 m
• 此外，许多参数，例如频率特性、谐波失真度、调制度等都可视为电压的派生量 。
• 所以电压的测量是其它许多电参量测量的基础。 • 非电量测量中，物理量——〉电压信号，再进行测量
• 如：温度、压力、振动、（加）速度
二、电压测量的特点
• 电子电路中的电压具有频率范围宽、幅度差别大、波形多样化等特点，所以对测 量电压所采用的电子电压表也提出了相应的要求，主要有：
T
u(t)dt
0
1T
U
T
0
u(t ) dt
2．平均值
全波整流波形，表
征正弦信号的幅度 特性
半波整流波形，半
波检波后的平均值 是全波平均值的一 半，即为正弦信号 电压平均值的一半。
3．有效值
• 交流电压的有效值理论上定义为：交流电压加在某个电阻上产生的功率与一个直 流电压在同一个电阻上产生的功率相同时，则定义这个直流电压值为该交流电压 的有效值。
2.数字多用表DMM • ⑴线性AC/DC变换器
三、DVM的主要类型 221
• 根据A／D变换的基本原理进行分类，分为比较式、积分式和复合式。
四、逐次比较型DVM
• 2. 逐次比较式A/D变换器 223 • 逐次比较式数字电压表又称为反馈编码式数字电压表， 其核心是逐次比较式A/D变换器。逐次比较式A/D变换器的工作 原理类似于天平称量物体质量，按照“大者弃、小者留”的原 则，将被测电压与可变基准电压逐次进行比较，直至逼近出被 测电压值。 • (1) 逐次比较式A/D变换器工作原理 • 逐次比较式A/D变换器的原理框图如图3.24所示。 • 数码寄存器SAR(Successive Approximation Register)在时钟 脉冲的作用下逐次提供从高位到低位代表不同电压（即跳步电 压）的二进制基准码。例如，设DVM基本量程满度值为10V
充
+放
C
RL
u(t)
t
图7.5-1峰值检波器
T
典型产品 超高频毫伏表都是峰值电压表。 DA－l型：频率范围10kHz～1000MHz，测量范围0.3mV～3V， 误差优于±l%（3mV档）。 HFJ—8型频率范围5kHz～300MHz，测量范围lmV～3V。 HFJ一8A型频率范围5 Hz～1GHz，测量范围lmV～3V，可 扩展到300V。
T
u(t ) dt
T0
2.检波器灵敏度P202
• 被测电压为Ux，电表内阻Rm，D1~D4的正反向电阻分别为 Rd、Rr。一般Rd为100~500Ω， Rr为1~3KΩ。
二、波形换算 P203
7.5 高频交流电压测量P209
• 峰值电压表的工作频率范围宽，输入阻抗高，有较高的灵敏度，但存在非线性失 真。
电压表的分类
• 3.数字式电压表 • 数字式电压表实际上就是一种用A／D变換器作测量机构，用数字显示器显示测量
结果的电压表。 • 测量交流电压及其它电参量的数字式电压表必须在A／D变换器之前对被测电参量
进行转换处理，将被测电参量变换成直流电压。
7.3 交流电压的表征和测量方法P195
• 平均值又分为半波平均值和全波平均值。
U T u(t)dt 0
2．平均值
• 半波平均值是指交流电压的正半周或负半周在一个周期内的平均值。
•
(U(t)≥0)
•
1 (U(t)＜0) T
•
U u(t)dt 通常用全波检波后1的波形的平0均值来表征正弦信号的幅度特性，故有： T 2 1T
U 1 2
阻抗很高，即输入电阻大； • 对于高频电压，要求输入电容小，使附加的并联负载对被测电路影响很小。 • 目前，直流数字电压表在小量程上的输入阻抗高达10GΩ，高量程时可达10MΩ。
电压测量的特点
• 5．测量精度高 • 一般的工程测量，如市电的测量、电路电源电压的测量等都不要求高的精度，准
确度在1%~3%即可。 • 一般对直流电压的测量可获得最高准确度，达10-4~10-7量级(数字表)；对交流电压
的测量可获得10-2~10-4量级的准确度。 • 模拟式电压表一般只能达到10-2量级。
电压测量的特点
• 6．抗干扰能力強 • 测量工作一般都在有干扰的环境下进行，所以要求测量仪表具有较強的抗干扰能
力。 • 对于数字电压表来说，这个要求更为突出。 • 测量时，采取必要的措施，如接地、屏蔽等，可减小干扰的影响。
• 峰值电压表简称峰值表，属于检波—放大式电子电压表，又称为超高频毫伏表。
一、峰值电压表 1.峰值表组成
• 峰值表由峰值检波器、分压器、直流放大器和微安表组成，如下图所示。
检波输出的直流电压与 输入交流信号峰值成比 例的检波器
一、峰值检波器
条件：充 放 放 Tmax
VD
u(t) uc
最后输出的平均电压迫近峰值
•
表征交流电压的三个基本参量：有效值、峰值和平均值。以有效值测量为主。
•
方法：交流电压（有效值、峰值和平均值）--〉直流电流--〉驱动表头--〉指示
•
——有效值、峰值和平均值电压表，电平表等。
交流电压的测量方法
• 2）数字化直流电压测量方法 • 模拟直流电压--〉A/D转换器--〉数字量--〉
数字显示（直观） • ——数字电压表（DVM），数字多用表（D
模拟电压表的分类
• 另外还有热电转换法和公式法。 • 热电转换法是通过热电偶将交流电有效值转换成直流电压； • 公式法是利用有效值公式进行转换，经过模拟平方器、积分器、开平方器等转换
环节来完成。 • 根据电压表电路组成的方式不同，模拟式电压表又可分为以下几种。
1）．检波-放大式
• 检波-放大式电压表的电路结构如图所示。 • 将被测电压Ux先变成直流电压，再经直流放大器放大，然后驱动直流微安表指针
一、交流电压表征
• 电路中某点的电压是指该点信号的电压，它可能是直流，一般是含有直流成分的 复杂信号。
• 波形是指电压随时间变化的U-t图形，反映电压瞬时值的变化情况。 • 一个交流电压的幅度特性可用峰值、平均值、有效值等基本参数来表征。
1.峰值
• 一个周期性交流电压u(t)在一个周期内所出现的最大瞬时值称为该交流电压的峰 值U p。
• 一般的高频微伏表即属于这一类。
7.4 低频交流电压测量P201
一、均值电压表
• 在均值电压表内，电压的平均值指被测电压经整流后的平均值，这通常是就全波 整流而言，即输入电压的绝对值在一个周期的平均值。
• 均值电压表一般采用放大-检波式电路组成低频电压表，或采用外差式电路组成 高频微伏表。
U 1
正峰值Up+≠负 峰值Up-的绝对
值≠交流电压的
振幅值Um！
1．峰值
• 下图的直流分量等于零。 • 与前面的直流分量大于零的情况作对比，注意 Up+、 Up-和Um的区别。
•
正峰值Up+＝负 峰值Up-的绝对
值＝交流电压的
振幅值Um！
2．平均值
• 又称为均值。交流电压的平均值在数学上定义为
1 • 显然，不含直流分量的正弦信号的电压T平均值为零。
到微伏级的灵敏度。
电压测量的特点
• 3.被测波形的多样性 • 除正弦波外，电路中还有失真的正弦波和大量的非正弦波。 • 测量时，应考虑不同波形的需要。 • 测非正弦波形时其读数无直接意义，被测电压大小要根据电压表的类型和波形来
确定，即需要进行换算。
电压测量的特点
• 4．输入阻抗高 • 电压测量仪器以并联方式连入电路，其输入阻抗是被测电路的附加并联负载。 • 为了减小电压表对测量结果的影响，对于直流和低频电压，就要求电压表的输入
2T
[t
T 0
1
2