第5章 電子電壓表

1、 第5章 電壓測(cè)量?jī)x器 5.1 5.1 概述概述( ( 電壓電壓測(cè)量?jī)x器測(cè)量?jī)x器的特點(diǎn)）的特點(diǎn)） 5.2 5.2 數(shù)字式電壓數(shù)字式電壓表表 5.3 5.3 模擬式模擬式電子電壓表電子電壓表 5.4 5.4 脈沖電壓的測(cè)量脈沖電壓的測(cè)量 習(xí)題五習(xí)題五5.1 5.1 概述（概述（電壓電壓測(cè)量?jī)x器測(cè)量?jī)x器的特點(diǎn)的特點(diǎn)） 電壓是電路中表征電信號(hào)能量的三個(gè)基本參數(shù)(電壓、電流、功率)之一，電壓測(cè)量是電子測(cè)量中的基本內(nèi)容。在電子電路中，電路的工作狀態(tài)如諧振、平衡、截止、飽和以及工作點(diǎn)的動(dòng)態(tài)范圍，通常都以電壓形式表現(xiàn)出來(lái)。電子設(shè)備的控制信號(hào)、反饋信號(hào)及其它信息，主要表現(xiàn)為電壓量。在非電量的測(cè)量中，也多利用各

2、類傳感器件裝置，將非電參數(shù)轉(zhuǎn)換成電壓參數(shù)。 l. 頻率范圍 電子電路中電壓信號(hào)的頻率范圍相當(dāng)廣: 直流、交流（幾赫茲-幾百兆赫茲） HFJ-8D:5Hz-1GHz;1mv-10v 2測(cè)量范圍 十幾微伏-幾百伏3信號(hào)波形 電子電路中待測(cè)電壓的波形，除正弦波外，還包括失真的正弦波以及各種非正弦波(如脈沖電壓等) 。4高輸入阻抗 電阻大于10MHz；電容小于50PF5測(cè)量精度 交流電壓測(cè)量精度：10-210-4 直流數(shù)字電壓表測(cè)量精度：10-6 10-7圖5-1 電壓表輸入阻抗等效電路Ri盡量大，Ci盡量小6干擾電壓測(cè)量易受外界干擾影響，當(dāng)信號(hào)電壓較小時(shí)，干擾往往成為影響測(cè)量精度的主要因素，相應(yīng)要求

3、高靈敏度電壓表(如數(shù)字式電壓表、高頻毫伏表等)必須具有較高的抗干擾能力，測(cè)量時(shí)也要特別注意采取相應(yīng)措施(例如正確的接線方式，必要的電磁屏蔽)，以減少外界干擾的影響。5.2 5.2 數(shù)字式電壓表數(shù)字式電壓表5.2.15.2.1數(shù)字式電壓表數(shù)字式電壓表(DVM)(DVM)的組成原理的組成原理圖5.2 數(shù)字電壓表組成框圖 1直流數(shù)字式電壓表 直流數(shù)字電壓表的組成如圖5.2所示。圖中模擬部分包括輸入電路(如阻抗變換，放大電路、量程控制)和AD變換器，AD完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。數(shù)字部分完成邏輯控制，譯碼(比如將二進(jìn)制數(shù)字轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)字)和顯示等功能。 2數(shù)字多用表(DMM) 在數(shù)字直流電壓表前端配

4、接相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器： 交流直流轉(zhuǎn)換器(ACDC)； 電流電壓轉(zhuǎn)換電路(I/V) ； 電阻電壓轉(zhuǎn)換電路( V)， 構(gòu)成數(shù)字多用表，如圖5.3所示。圖5.3 數(shù)字式多用表組成框圖(1)線性ACDC變換器平均值A(chǔ)CDC和有效值A(chǔ)CDC。有效值A(chǔ)CDC可以采用熱偶變換式和模擬計(jì)算式。平均值A(chǔ)CDC通常利用負(fù)反饋原理以克服檢波二極管的非線性，以實(shí)現(xiàn)線性ACDC轉(zhuǎn)換。圖5.4是線性平均值檢波器的原理，其中圖a為運(yùn)算放大器構(gòu)成的負(fù)反饋放大器。這里用它說(shuō)明圖b半波線性檢波的原理。設(shè)運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益為k，并假設(shè)其輸入阻抗足夠高，則： ioxiiokuuRuuRuu12xouRkRkRu122)1 ( 解得： 一般k1

5、(通常k在105-108之間)，因此上式簡(jiǎn)化為：xouRRu12 圖5.4 線性檢波原理 圖5.5 線性平均值A(chǔ)CDC框圖 (2)IV變換器xsIRRRU)1 (120 xxIRU0(3) V變換器xssRRUU01.逐次比較AD 主要電路單元 比較器、控制器、逐次逼近寄存器SAR 、緩沖寄存器、譯碼器和模數(shù)(DA)轉(zhuǎn)換器。比較器:模擬輸入電壓Ux、反饋電壓U0分別作用在比較器輸入端，若U0 Ux ，Qc0(低電平)， 若U0 Ux，則Qc 1(高電平) 控制器：節(jié)拍脈沖發(fā)生器，根據(jù)Qc值控制SAR各位 的輸出狀態(tài)。5.2.2 A/D5.2.2 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器逐次逼近寄存器SAR：一組雙穩(wěn)

6、觸發(fā)器，如果是n位AD，則SAR中就有n個(gè)雙穩(wěn)觸發(fā)器，各位的輸出由控制器控制，并送往緩沖寄存器鎖存和送往DA變換成模擬量U0。數(shù)模轉(zhuǎn)換器DA：將二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。圖5.6 逐次逼近式數(shù)字電壓表原理框圖 2逐次比較AD工作原理 逐次比較AD的工作原理非常類似于天平稱質(zhì)量過(guò)程(因而逐次比較也叫稱量法)。它利用對(duì)分搜索原理，依次按二進(jìn)制遞減規(guī)律減小，從數(shù)字碼的最高位(1MB或MSB，相當(dāng)于滿度值FS的一半)開(kāi)始，逐次比較到低位，使U0逐次逼近Ux。圖5.7 三位逐次比較流程圖圖5.8 3比特逐次比較AD工作波形圖5.3 5.3 模擬式電子電壓表模擬式電子電壓表 1 1、檢波、檢波放大式（峰值

7、電子電壓表）放大式（峰值電子電壓表） 在直流放大器前面接上檢波器，就構(gòu)成了如圖5-9所示的檢波放大式電壓表。這種電壓表的頻率范圍和輸入阻抗主要取決于檢波器。采用超高頻檢波二極管并在電表結(jié)構(gòu)工藝上仔細(xì)設(shè)計(jì)，可使這種電壓表的頻率范圍從幾頻率范圍從幾十十HzHz到幾百到幾百M(fèi)HzMHz，輸入阻抗也較大。 一般將這種電壓表稱為“高頻毫伏表”(“高頻電壓表”)或“超高頻毫伏表”(“超高頻電壓表”)，如國(guó)產(chǎn)DA36型超高頻毫伏表，其測(cè)量頻率范圍為10kHzl000MHz。電壓范圍1mV10V(不加分壓器)。輸入阻抗分別為：100kHz時(shí)，3V量程，輸入阻抗100k ；50MHz時(shí)，3V量程，輸入阻抗50k

8、 ，輸入電容C1)， uC2經(jīng)反饋電阻Rf加至電容C1上作補(bǔ)償電壓。適當(dāng)選擇時(shí)常數(shù)R2C2，使脈沖休止期C2上放電很少。隨著輸入脈沖增多，uC2逐漸增大，當(dāng) 時(shí)， 不再增加，由后面的直流電壓表測(cè)出 。pCUU22CUpCUU2圖5-23 補(bǔ)償式脈沖電壓表 3高壓脈沖電壓表 在雷達(dá)發(fā)射機(jī)等設(shè)備的測(cè)試中，會(huì)碰到高達(dá)萬(wàn)伏的高壓脈沖，除利用電容分壓法使用示 波器測(cè)試外，還可以使用高壓脈沖電壓表進(jìn)行測(cè)量，圖5-20是用充放電法測(cè)高壓脈沖的原理。 圖中D為高壓硅堆，經(jīng)限流電阻R1和電容C1構(gòu)成峰值檢波器。R2與微安表可用來(lái)直接指示被測(cè)脈沖峰值。R3為標(biāo)準(zhǔn)電阻，阻值遠(yuǎn)小于R2，其上電壓為毫伏級(jí)，C2是旁路電

9、容，該電壓可送直流電壓表(數(shù)字電壓表)顯示。開(kāi)關(guān)K在測(cè)量時(shí)閉合，測(cè)量后斷開(kāi)，以保護(hù)電壓表。 當(dāng)正向脈沖輸入時(shí)，D導(dǎo)通，C1充電。脈沖休止期D截止，C1放電，由電表讀取脈沖電壓峰值。圖5-24 用充放電法測(cè)高壓脈沖表7.6l 國(guó)內(nèi)外模擬電壓表性能對(duì)照表習(xí)題： 1 1電子電壓表與萬(wàn)用表交流檔的主要區(qū)別是什么？ （1）工作頻率高（萬(wàn)用表1000HZ） （2）靈敏度高 2 2電子電壓表有幾種電路形式，各適用測(cè)什么信號(hào)？ （1）放大檢波式 f上限5-10M （2）檢波放大式 超高頻 上限1GHZ （3）外差式 頻率范圍寬，靈敏度高 （4）熱電耦交換式噪聲測(cè)量3 3放大放大檢波式，使用何種檢波器，表盤讀數(shù)是什么值？（1）平均值檢波器（2）表盤讀數(shù)是有效值（3）讀數(shù)VVKVaF11. 12VVKF2正弦時(shí)1.11 4、檢波一放大式電子電壓表使用何種檢波器？表盤讀數(shù)是什么值？（1）峰值檢波器（2）讀有效值（3）讀數(shù) 全波整流時(shí) KVVa/22/VVK2K 5、畫出放大一檢波式電子電壓表方框圖 阻抗變換衰減寬帶放大檢波表頭指示 6、畫出檢波一放大式電子電壓表方框圖 檢波衰減調(diào)制選頻放大解調(diào)表頭指示 同步 7、用電子電壓表測(cè)量電路中某點(diǎn)電壓時(shí)的接線順序。測(cè)量完成后的撤離順序。 按線順序，先按地線、后按信號(hào)線 撤離時(shí)， 先撤信號(hào)線、后撤地線 8、利用峰值電壓表測(cè)量正弦、方波和三角