电子测量技术课件

4.5失真度的测量4.5.1非线性失真的定义（如果负载与信号频率无关，例如纯电阻电路）（实际应用中，只取到三到五次谐波就行）信号的非线性失真通常用非线性失真系数来表示，也就是失真度。1242322UUUU基波电压的有效值全部谐波电压的有效值基波功率全部谐波分量的功率失真度常用的失真度测量仪都γ’来计算，测量器便于制作，并能满足一定的要求，否则需要两套选择性网络，分别测出基波分量的有效值以及谐波分量总的有效值。24232221242322'UUUUUUU值被测信号总的电压有效谐波电压总的有效值失真度4.5.2失真度测量仪的基本原理失真度的测量有三种方法：1基波抑制法2交互调制法3白噪声法24232221242322'UUUUUUU被测电压总的有效值谐波电压总的有效值失真度开关1开关2，基波抑制网络滤除基波这样失真度就近似等于电压表两次测量的比值4.5.3有缘陷波电路有源滤波电路是一种特殊的有源滤波器，它仅仅在某一个频率上有陷波点。三种滤波电路：①双T形无源陷波器，②双T形有源陷波器，③由RC文氏电桥组成的陷波器。0.707横坐标：频率与陷波频率的比值纵坐标：输出电压与输入电压的比值陷波频率f0为输出电压为0的时所对应的频率。F1:下限截至频率fh:上限截至频率107.00fffBWfQh品质因数BW0.7为3dB带宽，即输出电压幅度与输入电压幅度之比为0.707时所对应的频带宽度。这种无源滤波器最大的品质因数只有1/4，显然它的选择性不够。2.双T型有源陷波器在衰减极点处谐振，谐振频率为:00021CRf11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2017/10/16星期一SheetofFile:D:\学习工具\AD\Examples\双T形有源滤波.SchDocDrawnBy:+_△∞+LF356N+_△∞+A2+_△∞+A3100kA1R268KR368KR?RESR4R5240R67.5KGNDUiC10.047uFC3C20.047uFRP2KGNDU0双T型有源滤波器电路原理图参数：R0=R2=R3，CO=C1=C2，R4=R/2，C3=2C1如果偏离以上条件，就不能获得最大衰减量。放大器A2的部分输出信号通过放大器A3反馈到电桥的纵臂。由于这种正反馈的作用，使频带变窄，提高Q值，选择性提高。正反馈滑动变阻器图。这里正反馈的反馈量由RA和RB的分压值确定。反馈系数:BAARRRFFQ141品质因数（0F1）这样我们就可以调节滑动变阻器来改变RA、RB的值，进而改变反馈系数F的值，最终改变Q的值。在确定Q值后，如果不在需要调整，去掉滑动变阻器，改用固定电阻。3.由RC文氏电桥组成的陷波器电桥的元件参数关系：R1=2R2，C1=C2=C，R3=R4=R。电桥的抑制频率:RCf210对于任意频率信号，因为R1=2R2，根据电阻的分压作用，所以uAD=ui/3。当频率为f0时，uBD=ui/3，这样AB两端电压就得0，此时电桥处于平衡状态，输出为0.当输入信号频率偏离f0时，电桥就会失去平衡，输出端将有电压输出。11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2017/10/16星期一SheetofFile:Sheet1.SchDocDrawnBy:+_△∞+LF356N+_△∞+A2+_△∞+A3R16KR510KR810KR16KR710KR620KGNDUiC0.01uFC0.01uFC322pFRP5KU0文氏电桥有源陷波器电路原理图A3输出的部分电压反馈至A2的同向端，并经A2输出到电桥桥臂。调节滑动变阻器可调节反馈量，进而改变品质因数Q的值，从而达到更好的选频作用。如果衰减特性已经调准，Q值已经选定，可将滑动变阻器换成固定电阻。运放A3的反馈回路中加入的电阻R8是为了抵消输入电流，以减小直流飘移。C3的作用抑制尖峰脉冲。运算放大器A2、A3都是电压跟随其形式，具有缓冲及隔离作用。由于电压跟随器具有高输入阻抗，低输出阻抗的特点，因此运放的接入不会影响选频电路的谐振频率。4.5.4失真度测量仪举例图4.5.7失真度测量仪的原理框图仪器测量原理依然是用γ’来代替γ一个典型的失真度测量仪，其被测信号的电压、失真度、频率全部由发光二极管LED自动显示，采用真有效值检波，并在失真度测量方式中实现中实现了宽范围校准。举例：为了特别是在0.1%以下的低失真信号时，使用仪器内的清0功能对信噪比进行均平方根运算；如果不使用清零功能，则按照以下公式计算：22'''（γ’’为滤除谐波之后，将输入信号去掉，然后用短路器将输入端短路，去掉输入信号时所显示的数值）为了提高测量精度，随时用相位调节和平衡调节来完成，设置了自动清0功能，目的是为了使用户在测量低失真、超低失真时，自动对信噪比进行均方根运算，以减少人工计算的麻烦。2失真度测量的误差分析①失真度测量仪用γ’来代替γ。②基波分量无法完全滤除，对二次以上谐波做不到一点也不衰减，同时还会加入一些杂散干扰信号。③失真测量系统本身存在的固有失真。④电压表读出的失真度应扣除仪器本身的失真度，同时用正确使用外接滤波器。⑤需使用有效值电压。⑥陷波滤波器也是一个误差源，通常对基波的衰减应该大于100dB，对二次谐波的衰减应该小于1dB，对更高次谐波的衰减应该更小。如果达不到衰减要求就会造成测量误差。4.6功率的测量4.6.1音频与较高频信号功率的测量吸收型功率表只能测量低于500MHZ的信号。它由一个电阻和一个电压表组成，原理：RUP2被测信号把电阻加热，使其温度上升，前后产生的温度差即为电阻器所产生热度的度量。知道液体的体积，比热容，和液槽的特性便可以计算出功率。特点：需要知道液槽材料的准确质量和比热容，而且做到完全隔热十分困难。为此我们引入了替代式功率表。原理：左右两侧分别工作一次，达到相同的平衡温度。两次工作状况相同，所以不用考虑绝缘隔热情况。比较流动式量热计功率表原理：只有输入负载与比较负载的没有温度差时，此时电桥才会达到平衡，比较负载中的功率必定与输入负载中的功率相等。11223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2017/10/17星期二SheetofFile:D:\学习工具\AD\Examples\Sheet2.SchDocDrawnBy:MR3R1θRLR311223344DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeA4Date:2017/10/17星期二SheetofFile:D:\学习工具\AD\Examples\remin.SchDocDrawnBy:+_△∞+LF356NWR2θR1θ2-+1KR3Res21KR4Res2GND原理：功率被此处的热敏电阻器吸收，产生热量的变化可以用电桥电路所测量。最典型的一种吸收型功率表是测热计电桥原理：热敏电阻Ɵ1，Ɵ2，一个与高频电阻耦合，一个与测量仪器内部直流电阻耦合。高频电阻加热，会使电桥失去平衡，经过放大器对直流电阻R2进行加热，直到两个热敏电阻的温度相等时，电桥才会再次达到平衡。直流电阻的功率与高频负载的功率相等。测热式热敏电阻功率表原理：热电偶与一个电阻性元件接触，使热电偶加热，由热电效应产生的电流使动圈式表头偏转。另外整个装置处于真空环境，可使热电偶的温度迅速上升，提高灵敏度。以上提供了两种设计方案，可变负载与串联负载。二极管吸收型功率表特点：响应迅速，但是准确度较低。功率测量的误差分析:误差来源包括：①仪器误差，②信号源与负载的失配以及③波形对某些功率表的影响误差。功率表实例-------射频功率表开关S2和滑动变阻器RP3的作用是用来扩展功率表的量程。