電子測量4第2部分.

1、 數(shù)字式電壓表（DVM）利用模擬數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換器，將模擬的被測電壓量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后利用十進(jìn)制數(shù)字顯示方式顯示被測量數(shù)值。數(shù)字多用表（DMM）的框圖5.13所示。 AC-DC 變換器 I-DC 變換器 -DC 變換器 數(shù)字電壓表 KVDCVACI圖5.13 數(shù)字多用表的框圖 測量范圍包括顯示的位數(shù)、量程的范圍和是否具有超量程能力等。 位數(shù)是指能顯示09共十個(gè)完整數(shù)碼的顯示器的位數(shù)。其中1/2位，指的是最高位只能取“1”或“0”，不能將09十個(gè)數(shù)碼全部顯示的位。 DVM的量程范圍包括基本量程和擴(kuò)展量程。基本量程是測量誤差最小的量程，它不經(jīng)過衰減和放大器；擴(kuò)展量程是采用輸入衰減器和放大器來完

2、成的，它的測量精度比基本量程的測量精度降低。 1/2位和基本量程結(jié)合起來，說明DVM是否具有超量程能力。 分辨率是指DVM能夠顯示的被測電壓的最小變化值，即顯示器末位跳動(dòng)一個(gè)數(shù)字所需的電壓值。在不同的量程上DVM的分辨率是不同的，在最小量程上，DVM具有最高分辨率。 測量速率是指每秒鐘對(duì)被測電壓的測量次數(shù)，或一次測量全過程所需的時(shí)間。 輸入特性包括輸入阻抗和零電流兩個(gè)指標(biāo)。 直流測量時(shí)，DVM輸入阻抗用 R i表示。量程不同，R i也有差別，一般在10M1000M之間。 交流測量時(shí)，DVM輸入阻抗用 R i和輸入電容 C i的并聯(lián)值表示，一般 C i在幾十至幾百皮法之間。 n 采用共模抑制比和

3、串模抑制比來表示DVM的抗干擾能力。一般共模干擾抑制比為（80150）dB；串模抑制比為（5090）dB。n 在DVM中抑制串模干擾的措施有兩種，一是在DVM的輸入端設(shè)置濾波器；二是從A/D轉(zhuǎn)換原理上采用雙積分電路可消除干擾。n 在DVM中抑制共模干擾主要采用輸出端浮置的辦法。 DVM的固有測量誤差主要是讀數(shù)誤差和滿度誤差，通常用測量的絕對(duì)誤差表示。 U（U x + % Um） （5-15）式中 誤差的相對(duì)項(xiàng)系數(shù)； 誤差的固定項(xiàng)系數(shù)； U x 被測電壓讀數(shù)； U m 該量程的滿度值。 工作誤差指在額定條件下的誤差，通常也以絕對(duì)值形式給出。 數(shù)字電壓表的組成如圖5.14所示。 輸入電路 A/D變

4、換器 計(jì)數(shù)器 顯示器 邏輯控制 電路 時(shí)鐘信號(hào) 發(fā)生電路 被測信號(hào)數(shù)字部分模擬部分圖5.14 數(shù)字電壓表的組成框圖 如圖5.15所示，逐次逼近比較式A/D轉(zhuǎn)換器由電壓比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器（SAR）、邏輯控制電路和輸出緩沖器等部分組成。 D/A 轉(zhuǎn)換器 逐次逼近寄存器 SAR 輸出緩沖器 邏輯控制電路 + - A (MSB)(LSB)并行數(shù)字輸出基準(zhǔn)電壓Vref模擬輸入u x鐘脈沖起始脈沖圖5.15 逐次逼近比較式A/D轉(zhuǎn)換框圖 逐次逼近比較式A/D變換是屬于直接式A/D變換。其基本原理是用被測電壓和一個(gè)可變的已知的電壓（基準(zhǔn)電壓）進(jìn)行比較，直至比較結(jié)果相等。達(dá)到測出被測電壓值的

5、目的。 （1）測量速度快。 （2）測量精度取決于標(biāo)準(zhǔn)電阻和基準(zhǔn)電壓源的精度，還與D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)。 （3）由于測量值對(duì)應(yīng)于瞬時(shí)值，而不是平均值，所以抗串模干擾能力差。主主門門計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器邏邏輯輯控控制制電電路路數(shù)數(shù)字字輸輸出出時(shí)時(shí)鐘鐘S1S2CRVx-VrVr積積分分器器比比較較器器-+-+S S1 1 S S2 2Vot0t1復(fù)復(fù)零零t2t3VoVomT1T2N1N2t積積分分波波形形計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器輸輸入入a.b.清清零零T0f0T011T0模擬式電壓表模擬直流電壓表模擬交流電壓表電子電壓表放大檢波檢波放大峰值平均值有效值數(shù)字式多用表逐次逼近比較式雙積分式電壓測量的基本要求電壓測量的基本

6、要求要求：要求：(1)(1)應(yīng)有足夠?qū)挼念l率范圍應(yīng)有足夠?qū)挼念l率范圍 (2)(2)應(yīng)有足夠?qū)挼碾妷簻y量范圍應(yīng)有足夠?qū)挼碾妷簻y量范圍 (3)(3)應(yīng)有足夠高的測量準(zhǔn)確度應(yīng)有足夠高的測量準(zhǔn)確度 (4)(4)應(yīng)有足夠高的輸入阻抗應(yīng)有足夠高的輸入阻抗 (5)(5)應(yīng)有足夠高的抗干擾能力應(yīng)有足夠高的抗干擾能力 模擬式萬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，在用模擬式萬用表測量直流電壓時(shí)，一定要注意表的內(nèi)阻對(duì)被測電路的影響，否則將可能產(chǎn)生較大的測量誤差。 為了減小由于模擬式萬用表內(nèi)阻不夠大而引起的測量誤差，可用如圖5.20所示的零示法。 V k50VE9Es

7、圖5.20 零示法測量直流壓 交流電壓表測量時(shí)將交流電壓經(jīng)過檢波器轉(zhuǎn)換成直流電壓后再進(jìn)行測量。 模擬式萬用表測量交流電壓的頻率范圍較小，一般只能測量頻率在1kHz以下的交流電壓。 不同型號(hào)表有不同的頻率范圍 用示波器法測量交流電壓與電壓表法相比具有如下優(yōu)點(diǎn)： （1）速度快。 （2）能測量各種波形的電壓。 （3）能測量瞬時(shí)電壓。 （4）能同時(shí)測量直流電壓和交流電壓。5.5.3 分貝的測量分貝的測量一、一、 數(shù)學(xué)定義數(shù)學(xué)定義1.功率之比的對(duì)數(shù)功率之比的對(duì)數(shù)分貝分貝(dB)2.電壓比的對(duì)數(shù)電壓比的對(duì)數(shù)3.絕對(duì)電平絕對(duì)電平(1)功率電平dBm(2)電壓電平電壓電平dBV以600電阻上消耗1mW的功率作

8、為基準(zhǔn)功率)(1lg10lg100mXXPdBmWPPPL)(775.0lg20VXUdBULXUPRLL600lg104.相對(duì)電平相對(duì)電平(1)相對(duì)相對(duì)功率電平dBm(2)電壓電平電壓電平dBV)(lg10dBPPLBAP)()(lg20dBLLdBUULUBUABAU)(lg10lg1000dBLLPPPPPPLPBPABABAP 電平的測量實(shí)際上也是電壓的測量。 電平量程的擴(kuò)大實(shí)質(zhì)上也是電壓量程的擴(kuò)大，電壓量程擴(kuò)大N倍時(shí)，電平增加20lgN。NNUULxxUlg20775. 0lg20775. 0lg20(5-22) 0dB刻度相當(dāng)于電壓等于0.775V。當(dāng)U x0.775V時(shí)，測量所得

9、dB 值為正；當(dāng)U x0.775V時(shí)，測量所得dB 值為負(fù)。二、電平與電壓的關(guān)系二、電平與電壓的關(guān)系三、三、 分貝的測量方法和刻度分貝的測量方法和刻度四、四、 分貝值的測量分貝值的測量 線性失真又稱為頻率失真，是由于器件內(nèi)部電抗效應(yīng)和外部電抗元件的存在，使得電路對(duì)同一信號(hào)中不同的頻率分量的傳輸系數(shù)不同或相位移不同而引起的。 線性失真一般采用頻率特性來描述。 非線性失真是由于器件的非線性引起的。兩種失真的區(qū)別在于非線性失真使得電路的輸出信號(hào)中產(chǎn)生了不同于輸入信號(hào)的新的頻率成分；線性失真則不會(huì)產(chǎn)生新的頻率成分。非線性失真一般用非線性失真系數(shù)來描述。 非線性失真系數(shù)，也稱為失真度，可以衡量非線性失真

10、的大小。定義為%100UUUU122322n (5-24) 式中 失真度； U1 基波分量電壓的有效值； U2、U3、Un 各次諧波分量的電壓有效值。 常先求非線性失真系數(shù)0，再算出失真度。0定義為被測信號(hào)中各次諧波電壓有效值與被測信號(hào)電壓有效值之比的百分?jǐn)?shù)。%1002232221223220UUUUUUUnn(5-25) 可以證明， 與 的關(guān)系為 02001 (5-26) 如圖5.21所示。 被 測 設(shè) 備 失 真 度 測 量 儀 正 弦 信 號(hào) 發(fā) 生 器 圖5.21失真度測量儀器的連接 一個(gè)簡單的失真度測試儀如圖5.22所示。失真度測試儀由輸入電路、帶阻濾波器和電壓表組成。 輸 入電 路

11、 帶 阻 濾 波 器 電 壓 表 標(biāo) 準(zhǔn) 電 位 器 1 2 被 測 信 號(hào) 圖5.22簡單的失真度儀測試儀 用失真度測量儀測量非線性失真系數(shù)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：測量時(shí)，應(yīng)最大限度地濾出基波成分。因此要反復(fù)調(diào)節(jié)帶阻濾波電路中的調(diào)諧、微調(diào)和相位旋鈕。測量電路的非線性失真系數(shù)時(shí)，應(yīng)在被測電路的通頻帶范圍內(nèi)選擇多個(gè)頻率測試點(diǎn)進(jìn)行多次測試；最后取其中最大的一個(gè)非線性失真系數(shù)值作為被測電路的非線性失真系數(shù)。 如果測試用信號(hào)源輸出信號(hào)的非線性失真系數(shù)不可忽略，則被測電路的實(shí)際非線性失真系數(shù)可近似等于被測電路輸出信號(hào)的非線性失真系數(shù)減去其輸入信號(hào)的非線性失真系數(shù)。測量時(shí)，可用示波器進(jìn)行監(jiān)視，可以判斷有無失真和有