第七章電壓測(cè)量(上)

第七章電壓測(cè)量

目錄7.1概述7.2模擬式直流電壓測(cè)量7.3交流電壓表征和測(cè)量方法7.4低頻交流電壓測(cè)量7.5高頻交流電壓測(cè)量7.6脈沖電壓測(cè)量7.7電壓的數(shù)字式測(cè)量17-1概述一、電壓測(cè)量的重要性電壓是表示電路中電信號(hào)能量的三個(gè)基本參數(shù)（電壓、電流、功率）之一，例如，電路的諧振、平衡、截止、飽和等工作狀態(tài)以及元器件的工作點(diǎn)和動(dòng)態(tài)范圍，通常都以電壓形式表現(xiàn)出來。第七章電壓測(cè)量2二、測(cè)量?jī)x器的主要技術(shù)參數(shù)電壓測(cè)量?jī)x器的主要參數(shù)包括如下幾個(gè)方面：1、頻率范圍：從10－6到109Hz，頻率不同測(cè)量的方法、手段也各異。2、測(cè)量幅值范圍：低至10－9

V，高到上千伏。3、信號(hào)波形：除正弦外，還包括失真的正弦波以及各種非正弦波（如脈沖電壓等），不同波形電壓的測(cè)量方法及對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響是不一樣的。第七章電壓測(cè)量3二、測(cè)量?jī)x器的主要技術(shù)參數(shù)電壓測(cè)量?jī)x器的主要參數(shù)包括如下幾個(gè)方面：4、被測(cè)電路的輸出阻抗：由待測(cè)電路兩端看去的電路的等效電路5、測(cè)量精度:受被測(cè)電壓的頻率、波形等因素的影響有較大差異。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.第七章電壓測(cè)量4三、電壓測(cè)量?jī)x器的分類按顯示方式不同，電子電壓表分為模擬式電子電壓表和數(shù)字式電子電壓表。模擬電壓表準(zhǔn)確度和分辨率不及數(shù)字式電壓表，數(shù)字電壓表的優(yōu)點(diǎn)是：準(zhǔn)確度高，測(cè)量速度快，輸入阻抗大，過載能力強(qiáng)，便于和計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。不足之處是頻率范圍不及模擬電壓表。1、按顯示方式分類第七章電壓測(cè)量52、模擬式電壓表分類1）按測(cè)量功能分類直流電壓表、交流電壓表和脈沖電壓表。2）按工作頻段分類超低頻電壓表（低于10Hz）、低頻電壓表（低于1MHz）、視頻電壓表（低于30MHz）、高頻或射頻電壓表（低于300MHz）和超高頻電壓表（高于300MHz）。3）按測(cè)量電壓量級(jí)分類電壓表和毫伏表。電壓表的量程為伏級(jí)，毫伏表的主量程為毫伏，主量程是指不加分壓器或外加前置放大器時(shí)電壓表的量程。第七章電壓測(cè)量6

0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0和10.0等級(jí)，其滿度相對(duì)誤差分別為0.05％、0.1％、···、10.0％。2、模擬式電壓表分類4）按電壓測(cè)量準(zhǔn)確度等級(jí)分類5）按刻度特征分類可分為線性刻度、對(duì)數(shù)刻度、指數(shù)刻度和其它非線性刻度電壓表。按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，模擬電壓表的主要技術(shù)指標(biāo)有固有誤差、電壓范圍、頻率范圍、頻率特性誤差、輸入阻抗、峰值因數(shù)（波峰因數(shù)）、等效輸入噪聲、零點(diǎn)漂移等共19項(xiàng)。第七章電壓測(cè)量73、數(shù)字式電壓表按測(cè)量功能分為:直流數(shù)字電壓表交流數(shù)字電壓表第七章電壓測(cè)量峰值交流數(shù)字電壓表平均值交流數(shù)字電壓表有效值交流數(shù)字電壓表按AC/DC變換原理83、數(shù)字式電壓表數(shù)字式電壓表的技術(shù)指標(biāo)較多，包括準(zhǔn)確度、基本誤差、工作誤差、分辨力、讀數(shù)穩(wěn)定度、輸入阻抗、輸入零電流、帶寬、串模干擾抑制比（SMR）、共模干擾抑制比（CMR）、波峰因數(shù)等30項(xiàng)指標(biāo)。第七章電壓測(cè)量9一、動(dòng)圈式電壓表7.2模擬式直流電壓測(cè)量圖中虛框內(nèi)為一直流動(dòng)圈式高靈敏度電流表，內(nèi)阻為Re，滿偏電流為Im，若作為直流電壓表，滿度電壓：（7.2-1）圖7.2-1直流電壓表電路第七章電壓測(cè)量（7.2-2）10一、動(dòng)圈式電壓表7.2模擬式直流電壓測(cè)量圖7.2-1直流電壓表電路第七章電壓測(cè)量為了估計(jì)電壓表的負(fù)載效應(yīng)影響，在電壓測(cè)量時(shí)要估計(jì)電壓表內(nèi)阻，磁電式（動(dòng)圈式）電壓表的內(nèi)阻與電壓量程有關(guān)，而且也與電流表表頭靈敏度有關(guān)。誤差：讀數(shù)誤差外，表頭本身和倍壓電阻的準(zhǔn)確度，一般在±1％左右，精密電壓表可達(dá)±0.1％。缺點(diǎn):靈敏度不高輸入電阻低，11第七章電壓測(cè)量

[例1]

在下圖中，虛框內(nèi)表示高輸出電阻的被測(cè)電路，電壓表的“Ω/V”數(shù)為20KΩ/V，分別用5V量程和25V量程測(cè)量端電壓Ux，分析輸入電阻的影響及用公式計(jì)算來消除負(fù)載效應(yīng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。一、動(dòng)圈式電壓表12解：理想情況，電壓表內(nèi)阻Rv

為無窮大，此時(shí)電壓表示值Ux

與被測(cè)電壓實(shí)際值E0

相等，即：Ux=E0=5V當(dāng)電壓表輸入電阻為Rv

時(shí)，電壓表測(cè)得值為：（7.2-3）（7.2-4）將有關(guān)數(shù)據(jù)值代入上面兩式，可得E0相對(duì)誤差為第七章電壓測(cè)量一、動(dòng)圈式電壓表13

5V電壓檔：25V電壓檔：由計(jì)算可知，5V電壓檔時(shí)輸入電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響大。第七章電壓測(cè)量一、動(dòng)圈式電壓表14根據(jù),我們可以推導(dǎo)出消除負(fù)載效應(yīng)影響的計(jì)算公式，進(jìn)而計(jì)算出待測(cè)電壓的近似值：（7.2-5）同理可得：（7.2-6）因此解出：（7.2-7）（7.2-8）其中第七章電壓測(cè)量一、動(dòng)圈式電壓表15因此，如果用內(nèi)阻不同的兩只電壓表，或者同一電壓表的不同電壓檔（此時(shí)k=Rv2/Rv1即等于電壓量程之比），根據(jù)上述兩式，即可由兩次測(cè)得值得到近似的實(shí)際值E0。例如將本題中有關(guān)數(shù)據(jù)代入式（7.2-7），可得待測(cè)電壓近似值在工程測(cè)量中提高輸入阻抗和靈敏度以提高測(cè)量質(zhì)量最常用的辦法是利用電子電壓表進(jìn)行測(cè)量。第七章電壓測(cè)量一、動(dòng)圈式電壓表16所謂電子電壓表，就是采用了提高輸入阻抗和測(cè)量靈敏度的電子器件的電壓表。通常使用高輸入阻抗的場(chǎng)效應(yīng)管（FET）源極跟隨機(jī)器或真空三極管陰極跟隨器以提高電壓表輸入阻抗，后接放大器以提高電壓表靈敏度。測(cè)量大的直流電壓時(shí)，輸入端接入分壓電路。分壓電阻的接入將使輸入電阻降低，但只要分壓電阻取值較大，仍然可以使輸入電阻較動(dòng)圈式電壓表大的多。二、直流電子電壓表1．電子電壓表原理第七章電壓測(cè)量17下圖是這種電子電壓表的示意圖。R0、R1、R2、R3

組成分壓器，由于FET源極跟隨器輸入電阻很大（幾百M(fèi)Ω以上）。因此由測(cè)量端看進(jìn)去的輸入電阻基本上由R0、R1、R2、R3

等串聯(lián)決定，通常使它們的串聯(lián)和大于10MΩ，以滿足高輸入阻抗的要求。同時(shí)，在這種結(jié)構(gòu)下，電壓表的輸入阻抗基本上是個(gè)常量，與量程無關(guān)。圖7.2-3電子電壓表框圖第七章電壓測(cè)量1．電子電壓表原理18圖7.2-4集成運(yùn)放電壓表原理當(dāng)運(yùn)放開環(huán)放大系數(shù)A足夠大時(shí)，對(duì)運(yùn)放進(jìn)行理想化處理，可以認(rèn)為(虛短路和虛斷路)，因而有：則（7.2-9）分壓器和電壓跟隨器的作用使Ui

正比于待測(cè)電壓Uz

，即因而（7.2-10）第七章電壓測(cè)量1．電子電壓表原理19圖7.2-4集成運(yùn)放電壓表原理即流過電流表的電流I0與被測(cè)電壓成正比，只要分壓電阻和RF有足夠精確和穩(wěn)定，就可以獲得良好的準(zhǔn)確度。因此，各分壓電阻及反饋電阻都要使用精密電阻。第七章電壓測(cè)量1．電子電壓表原理202、調(diào)制式直流放大器直流放大器的零點(diǎn)漂移限制了電壓表靈敏度的提高，電子電壓表中常采用調(diào)制式放大器代替直流放大器以抑制漂移。圖7.2-5調(diào)制式直流放大器原理圖中微弱的直流電壓信號(hào)經(jīng)調(diào)制器（又稱斬波器）變換為交流信號(hào)，再由交流放大器放大，經(jīng)解調(diào)器還原為直流信號(hào)（幅度已得到放大）。調(diào)制器和解調(diào)器實(shí)質(zhì)上是一對(duì)固定頻率的同步開關(guān)，開關(guān)控制信號(hào)由振蕩器提供。第七章電壓測(cè)量212、調(diào)制式直流放大器圖7.2-5調(diào)制式直流放大器原理圖中交流放大器一般采用選頻放大器，只對(duì)與圖中振蕩器同頻率的信號(hào)進(jìn)行放大而抑制其他頻率的噪聲和干擾。為提高性能，在解調(diào)器輸出端和調(diào)制器輸入端之間增加負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)以提高整個(gè)穩(wěn)定性等。第七章電壓測(cè)量227.3交流電壓表征和測(cè)量方法一、交流電壓的參數(shù)交流電壓除用具體的函數(shù)關(guān)系表達(dá)其大小隨時(shí)間的變化規(guī)律外，通常還可以用峰值、幅值、平均值、有效值等參數(shù)來表征。圖7.3－1交流電壓的峰值與幅值第七章電壓測(cè)量237.3交流電壓表征和測(cè)量方法一、交流電壓的參數(shù)1、峰值圖7.3－1交流電壓的峰值與幅值周期性交變電壓u(t)在一個(gè)周期內(nèi)偏離零電平的最大值稱為峰值，用Up表示，正、負(fù)峰值不等時(shí)分別用Up+和Up-表示，如圖（a）所示。u(t)在一個(gè)周期內(nèi)偏離直流分量U0的最大值稱為幅值或振幅，用Um表示，正、負(fù)幅值不等時(shí)分別用Um+

和Um-表示，如圖(b）所示，圖中U0=0，且正、負(fù)幅值相等。第七章電壓測(cè)量242、平均值U(t)的平均值的定義為:（7.3-1）就是周期性電壓的直流分量U0

，如左圖（a）中虛線所示。圖7.32半波和全波整流平均值通常指交流電壓檢波（也成整流）以后的平均值，又可分為半波整流平均值（簡(jiǎn)稱半波平均值）和全波整流平均值（簡(jiǎn)稱全波平均值），如右圖所示，其中（a）為未檢波前電壓波形，（b）、（c）分別為半波整流和全波整流后的波形。全波平均值定義為（7.3-2）圖7.3-1交流電壓的峰值與幅值第七章電壓測(cè)量253、有效值定義：某一交流電壓的有效值等于直流電壓的數(shù)值U，當(dāng)該交流電壓和數(shù)值為U的直流電壓分別施加于同一電阻上時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)兩者產(chǎn)生的熱量相等。用數(shù)學(xué)可表示為（7.3-3）上式實(shí)質(zhì)上即數(shù)學(xué)上的均方根定義，因此電壓有效值有時(shí)也寫作Urms

第七章電壓測(cè)量264、波形因數(shù)、波峰因數(shù)交流電壓的有效值、平均值和峰值間有一定的關(guān)系，可分別用波形因數(shù)（或稱波形系數(shù)）及波峰因數(shù)（或稱波峰系數(shù)）表示。波形因數(shù)KF

定義為該電壓的有效值與平均值之比:（7.3-4）波峰因數(shù)Kp

定義為該電壓的峰值與有效值之比:（7.3-5）不同電壓波形，其KF、Kp值不同，下表列出了幾種常見交流電壓的有關(guān)參數(shù)。有效值做為交流電壓的表征值。第七章電壓測(cè)量27表7.3-1不同波形交流電壓的參數(shù)名

稱波形系數(shù)KF波峰系數(shù)KP有效值U

平均值

正弦波1.111.414半波整流1.572A/2全波整流1.111.414三角波1.151.73A/2方波11AA鋸齒波1.151.73

脈沖波

隔直脈沖波白噪聲1.253A/3A/3.57注：A為波形峰值；tk

脈沖寬度。第七章電壓測(cè)量28二、交流電壓的測(cè)量方法1、交流電壓測(cè)量的基本原理測(cè)量交流電壓的方法很多，依據(jù)的原理也不同。其中最主要的是利用交流/直流（AC/DC）轉(zhuǎn)換電路將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，然后再接到直流電壓表上進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)AC/DC轉(zhuǎn)換器的類型，可分成檢波法和熱電轉(zhuǎn)換法。根據(jù)檢波特性的不同，檢波法又可分成平均值檢波、峰值檢波、有效值檢波等。第七章電壓測(cè)量292.模擬交流電壓表的主要類型（1）檢波－放大式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，電壓表的頻率范圍從幾十Hz到幾百M(fèi)Hz，輸入阻抗也較大。將這種電壓表稱為“高頻毫伏級(jí)”（“高頻電壓表”）或“超高頻毫伏級(jí)”（“超高頻電壓表）。圖7.3-3檢波－放大式電壓表框圖第七章電壓測(cè)量30當(dāng)被測(cè)電壓過低時(shí)，直接進(jìn)行檢波誤差會(huì)顯著增大。為了提高交流電壓表的測(cè)量靈敏度，可先將被測(cè)電壓進(jìn)行放大，而后再檢波和推動(dòng)直流電表顯示。這種電壓表的頻率范圍主要取決于寬帶交流放大器，靈敏度受到放大器內(nèi)部噪聲的限值。通常頻率范圍為20Hz～10MHz,因此也稱這種電壓表為“視頻毫伏表”，多用在低頻、視頻場(chǎng)合。圖7.3-4放大－檢波式電壓表框圖（2）放大－檢波式第七章電壓測(cè)量2.模擬交流電壓表的主要類型31（3）調(diào)制式在前面分析直流電壓表時(shí)已說明，在檢波放大式電壓表中，為了減少直流放大器的零點(diǎn)漂移對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，可采用調(diào)制式放大器以代替一般的直流放大器，這就構(gòu)成了如圖所示調(diào)制式電壓表。實(shí)際上這種方式仍屬于檢波－放大式。圖7.3-5調(diào)制式電壓表框圖第七章電壓測(cè)量2.模擬交流電壓表的主要類型32（4）外差式圖7.3－6外差式電壓表框圖中頻放大器具有良好的頻率選擇和固定中頻頻率，解決了放大器增益帶寬的矛盾，又因?yàn)橹蓄l放大器的極窄的帶通濾波特性，因而可以在實(shí)現(xiàn)高增益的同時(shí)，有效地削減干擾和噪聲。使測(cè)量靈敏度提高到μV級(jí)。第七章電壓測(cè)量2.模擬交流電壓表的主要類型33圖（b）接入電流表，則由于熱電動(dòng)勢(shì)又正比A、B端溫差。圖（c）將被測(cè)電壓Ux經(jīng)限流電阻R加到加熱絲FG上，F(xiàn)G的溫度與Ux的有效值平方成正比，熱偶元件熱端A與加熱絲偶合，溫度相同。冷端DE分開后接入直流電流表，該電流大小與Ux2成正比。（5）熱偶變換式圖7.3－7熱電偶原理圖第七章電壓測(cè)量2.模擬交流電壓表的主要類型34實(shí)際熱偶式電壓表中，為了克服直流與被測(cè)電壓有效值的非線性關(guān)系，利用兩個(gè)性能相同的熱電偶構(gòu)成熱電偶橋，稱為雙熱偶變換器.只要直流放大器的放大倍數(shù)足夠大，則輸入端電壓△U＝Ex－Ef＝0，所以U0＝Ux，從而直流電壓表讀數(shù)U0等于被測(cè)電壓的有效值Ux，頻率范圍寬（幾十MHz），輸入阻抗可達(dá)10M。圖7.3-8熱電偶式電壓表框圖平衡熱電偶，產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)Ef＝k2U02第七章電壓測(cè)量（5）熱偶變換式T1產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)Ex＝K1Ux235（6）其他方式交流電壓表還有其他一些方式，例如鎖相同步檢波式、取樣式、測(cè)熱電橋式等。①鎖相同步檢波式：利用同步檢波原理，濾除噪聲，消弱干擾，適用于被噪聲、干擾淹沒情況下電壓信號(hào)的檢測(cè)。②取樣式:實(shí)質(zhì)上是一種頻率變換技術(shù)，利用取樣信號(hào)中含有被取樣信號(hào)的幅度信息（隨機(jī)取樣）或者含有被取樣信號(hào)的幅度、相位信息（相關(guān)取樣）的原理將高頻被測(cè)電壓信號(hào)交換成低頻電壓信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。取樣電壓表可以測(cè)量1mV－1V，10k－1000MHz的電壓。第七章電壓測(cè)量2.模擬交流電壓表的主要類型36（6）其他方式③矢量電壓表：利用相關(guān)采樣技術(shù)，不僅可以測(cè)量幅度，還能測(cè)量其相位差。④測(cè)熱電橋式：利用具有正的或負(fù)的溫度系數(shù)的電阻如半導(dǎo)體熱敏電阻、鎮(zhèn)流電阻、薄膜測(cè)熱電阻等精密電橋，通過對(duì)低頻或直流電壓的測(cè)量來代替高頻電壓的測(cè)量，這種方式通常用于精密電壓測(cè)量。第七章電壓測(cè)量2.模擬交流電壓表的主要類型377.4低頻交流電壓測(cè)量通常把測(cè)量低頻（1MHz以下）信號(hào)電壓的電壓表稱做交流電壓表或交流毫伏表。這類電壓表一般采用放大－檢波方式，檢波器為平均值檢波器或者有效值檢波器，分別構(gòu)成均值電壓表和有效值電壓表。第七章電壓測(cè)量38一.均值電壓表1.平均值檢波器原理4只性能相同的二極管構(gòu)成橋式全波整流電路。圖（c）是其等效電路，整流后的波形為，整流器可等效為串聯(lián)一電壓源，為電流表內(nèi)阻，為濾波電容，慮除交流成分。將用傅立葉級(jí)數(shù)展開，其直流（7.4-1）恰為其整流平均值，加在表頭上，流過表頭的電流I0正比于u，即正比于全波整流平均值。第七章電壓測(cè)量392.檢波靈敏度表征均值檢波器工作特性的一個(gè)重要參數(shù)是檢波靈敏度Sd

，定義為(7.4-2）對(duì)于上圖（a）所示全波橋式整流器，可導(dǎo)出（7.4-3）若，則根據(jù)表7.3-1，有（7.4-4）所以（7.4-5）第七章電壓測(cè)量一.均值電壓表40如果Rd＝500Ω，Rm=1kΩ由上式得Ss＝1/314。要提高測(cè)量靈敏度，應(yīng)減小Rd和Rm。

由于二極管是非線性器件，當(dāng)電壓較低時(shí)，Rd急劇增大至幾kΩ到幾十kΩ，Sd急劇下降。因此不宜用這種檢波器直接測(cè)量0.5Ω以下的電壓。第七章電壓測(cè)量一.均值電壓表2.檢波靈敏度413.提高輸入阻抗以均值檢波為AC/DC變換器的均值電壓表一般都設(shè)計(jì)成放大－檢波式，如下圖所示。放大器的主要作用是放大被測(cè)電壓，提高測(cè)量靈敏度，使檢波器工作在線性區(qū)域，同時(shí)它的高輸入阻抗可以大大減少負(fù)載效應(yīng)。圖7.3-4放大－檢波式電壓表框圖第七章電壓測(cè)量一.均值電壓表424.波形換算

電壓表度盤是以正弦波的有效值定度的，而均值檢波器的輸出（即流過電流表的電流）與被測(cè)信號(hào)電壓的平均值成線性關(guān)系，有（7.4-7）式中Ua

為電壓指示值，為被測(cè)電壓平均值，Ka為定度系數(shù)。由于交流電壓表是以正弦波有效值定度，因此對(duì)于全波檢波（整流）電路構(gòu)成的均值電壓表，定度系數(shù)Ka就等于正弦信號(hào)的波形因數(shù)，即（7.4－8）第七章電壓測(cè)量一.均值電壓表434.波形換算根據(jù)式可知，電壓表示值Ua相等，則平均值也相等。因此可以由（7.4-7）、（7.4-8）兩式得到任意波形電壓的平均值（7.4－9）再由波形系數(shù)定義:（7.4－10）得到任意波形電壓的有效值:（7.4－11）被測(cè)信號(hào)為正弦波形，示值就是被測(cè)電壓的有效值。對(duì)非正弦波形，需進(jìn)行“波形換算”，由電壓表指示值和被測(cè)信號(hào)的具體波形，推算出被測(cè)信號(hào)的電壓數(shù)值。具體方法是：第七章電壓測(cè)量一.均值電壓表44[例2]

用全波整流均值電壓表分別測(cè)量正弦波，三角波和方波，若電壓表示值均為10V，問被測(cè)電壓的有效值各為多少？解：對(duì)于正弦波，由于電壓表本來就是按其有效值定度，即電壓表的示值就是正弦波的有效值，所以正弦波的有效值對(duì)于三角波，查表7.3-1，其波形系數(shù)KF＝1.15所以有效值

對(duì)于方波，查表7.3-1，其波形系數(shù)KF＝1，所以有效值第七章電壓測(cè)量一.均值電壓表4.波形換算45顯然，如果被測(cè)電壓不是正弦波形時(shí)，直接將電壓表示值作為被測(cè)電壓的有效值，必將帶來較大的誤差，通常稱作“波形誤差”，由式可以得到波形誤差的計(jì)算公式（7.4－12）仍以上面例中的三角波和方波為例，如果直接將電壓表示值Ua＝10V作為其有效值，可以得到波形誤差分別為三角波：方波：第七章電壓測(cè)量一.均值電壓表4.波形換算465.均值檢波器誤差均值電壓表的誤差包括下列因素：

直流微安表本身的誤差

檢波二極管老化、變質(zhì)、不對(duì)稱帶來的誤差

超過頻率范圍時(shí)二極管分布參數(shù)帶來的誤差（頻響誤差）

波形誤差

第七章電壓測(cè)量一.均值電壓表47二.有效值檢波器在上一節(jié)已介紹了電壓有效值的定義：（7.4-13）由式可見，為了獲得有效值（均方根）響應(yīng)，必須使AC/DC變換器具有平方律關(guān)系的伏安特性。這類變換器有二極管平方律檢波式、分段逼近式檢波式、熱電變換式和模擬計(jì)算式等四種。其中熱電變換式已在§7.3節(jié)進(jìn)行了分析。第七章電壓測(cè)量481.二極管平方律檢波式真空或半導(dǎo)體二極管在其正向特性的起始部分，具有近似的平方律關(guān)系，如下圖所示。圖7.4-5二極管的平方律特性第七章電壓測(cè)量二.有效值檢波器49圖中E0

為偏置電壓，當(dāng)信號(hào)電壓Ux

較小時(shí)，有（7.4-14）由于電容C

的積分（濾波）作用，流過微安表的電流正比于i

的平均值（7.4-15）K為檢波系數(shù)第七章電壓測(cè)量1.二極管平方律檢波式二.有效值檢波器50優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高。缺點(diǎn)是滿足平方律特性的區(qū)域（即有效值檢波的動(dòng)態(tài)范圍）過窄，特性不易控制和不穩(wěn)定，所以逐漸被晶體二極管鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)組成的分段逼近式有效值檢波器所代替。式中kE02

是靜態(tài)工作點(diǎn)電流，可以設(shè)法將其抵消,為Ux(t)的平均值，對(duì)于正弦波等周期對(duì)稱電壓,是的有效值U0

這樣流經(jīng)微安表的電流為（7.4-16）從而實(shí)現(xiàn)了有效值轉(zhuǎn)換。第七章電壓測(cè)量1.二極管平方律檢波式二.有效值檢波器512.分段逼近式檢波式圖7.4－6平方律伏安特性和二極管鏈?zhǔn)诫娐返谄哒码妷簻y(cè)量二.有效值檢波器工作原理：適當(dāng)選擇直流電源E和分壓電阻R3－R10的值，使U1<U2<U3<U4

。當(dāng)u<U1

時(shí)，D3－D4

截止，伏安特性起始部分是直線，斜率由R2決定。52當(dāng)U1<u<U2

時(shí)，D3導(dǎo)通，D4－D6仍然截止，此時(shí)R2與分壓電阻R3、R4并聯(lián)，伏安特性斜率增大。當(dāng)u

繼續(xù)增大時(shí)，D4、D5、D6

依次導(dǎo)通，伏安特性斜率也依次增大。只要各分壓電阻選擇合適，就可獲得如圖中（a）所示的近似的平方律關(guān)系的伏安特性。第七章電壓測(cè)量2.分段逼近式檢波式二.有效值檢波器53由于平方律特性檢波器電流與被測(cè)電壓有效值平方成正比，所以直接接微安表時(shí)，刻度是非線性的。國(guó)產(chǎn)DJ-2型有效值電壓表就利用了上述分段逼近式撿測(cè)原理，其電壓量程為10mV～300V，頻率范圍10HZ～150kHZ（上限主要受二極管鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)寄生電容和寄生電感限制，下限主要受變壓器特性限制），輸入阻抗1兆歐／/40PF，基本誤差±3％。第七章電壓測(cè)量2.分段逼近式檢波式二.有效值檢波器543.模擬計(jì)算式末級(jí)為放大器輸出正比于有效值（均方根值）顯然，這種模擬計(jì)算型電壓表的刻度是線性的。圖7.4-7模擬計(jì)算型有效值電壓表原理第七章電壓測(cè)量有效值電壓表的突出優(yōu)點(diǎn)是輸出示值就是被測(cè)電壓的有效值，而與被測(cè)電壓的波形無關(guān)。二.有效值檢波器55三.電壓分貝值測(cè)量常用分貝值來表示放大器的增益、噪聲電平等有關(guān)參數(shù)。分貝概念實(shí)際就是被測(cè)量對(duì)某一同類基準(zhǔn)量比值的對(duì)數(shù)值。例如電壓Ux

的分貝值（7.4-17）式中Us

為基準(zhǔn)電壓。一般規(guī)定在Zs＝600Ω上產(chǎn)生Ps=1mw的功率為基準(zhǔn)，相應(yīng)基準(zhǔn)電壓為由式（7.4-17）可見，分貝值的測(cè)量，實(shí)際上仍是電壓測(cè)量，僅是將原電壓示值取對(duì)數(shù)后在表盤上以分貝定度而已。顯然，當(dāng)Ux

>Us

時(shí)，分貝值為正，Ux

<Us時(shí)，分貝值為負(fù)，Ux

＝Us

時(shí)，分