电基本参数测量

第5章电基本参数测量第5章电基本参数测量本章学习要求掌握测量频率的基本原理掌握测量相位的基本原理如何测量电压第5章电基本参数测量§5.３电压的测量1、直流电压的测量仪器普通直流电压表直流电子电压表直流数字电压表２、交流电压的测量３、分贝的测量４、数字万用表的原理重点：掌握测量电压的方法。第5章电基本参数测量ACRLC电网电压220V？电压测量的重要性电压是基本物理量之一，电压、电流和功率是表征电信号能量的三个基本参量，在集总参数电路中，电压是最常用的参量。V,i,p→vR,L,C,f,ф→v电压派生量的测量：调幅比，非线性失真度→v非电量→v第5章电基本参数测量电压测量要求及仪器分类测量要求：1、频率范围：直流,几Hz~1MHz,甚至1GHz2、测量范围：量程V~kV有效值、峰值3、测量准确度：表示满度值的百分数：%*Vm模拟表（线性）读数值的百分数：%*Vx对数、数字（非线性）%*Vm+%*Vx较合理数字、DC表：准确度10–6模拟、AC：10–2~10–4第5章电基本参数测量4、高输入阻抗：DC：10V，10~1000M;高量程10MAC：1M//15pF5、抗干扰能力ACRLC电网电压220V？第5章电基本参数测量电压测量仪器分类：1.工作方式分：模拟式：指针式。简单、价廉，高频精确度不差峰值电压表、平均值电压表和有效值电压表数字式：计数显示。A→D2.测量方法分直接间接第5章电基本参数测量一、直流电压的测量直流电压的测量仪器普通直流电压表直流电子电压表直流数字电压表第5章电基本参数测量１、普通直流电压表测量直流电压动圈式高灵敏度电流表串联电阻测量原理：设电流表满偏电流Im，电流表本身内阻Re,串联电阻Rn,此时满度电压为:()mmenUIRR11(/)meRUIR221()/mRUUI332()/mRUUI电压表灵敏度：vvmRKU单位：/V某电压表：为问：5V量程和25V量程内阻/V20/kV第5章电基本参数测量普通直流电压表测量直流电压的误差用普通万用表测量高输出电阻电路的直流电压00000mVVVmEEUURRRRRI低压档时：小，对测量结果影响大读数相对误差：00000VUERERRVR为了满足准确度的要求，常采用直流电子电压表来测量第5章电基本参数测量２、直流电子电压表测量直流电压磁电式表头加跟随器和直流放大器测量高直流电压时，有高阻值的分压电路缺点：直流放大器的零漂限制了电压灵敏度的提高第5章电基本参数测量３、直流数字电压表测量直流电压特点：Ａ/D转换器和数字显示器代替磁电式表头原理：通过Ａ/D转换器把模拟量转换成数字量在数字显示器中显示出来。第5章电基本参数测量二、交流电压的测量交流电压的表征峰值平均值有效值波形因数、波峰因数交流电压的测量方法第5章电基本参数测量１、交流电压的表征ａ、峰值：周期性电压一个周期内偏离零电平的最大值ｂ、平均值：实际上为被测电压的直流分量001()TUutdtT电子测量中全波整流平均值：01()TUutdtT幅值：偏离直流分量的最大值第5章电基本参数测量交流电压的表征（续）ｃ、有效值：一个交流电压和一个直流电压同时加到电阻上，如产生的热量相同，则交流电压的有效值等于直流电压。220()TutUdtTRRｄ、波形因数、波峰因数（表征同一信号不同值关系）FUKU201()TUutdtT交流电压的波形因数定义为该电压的有效值与平均值之比交流电压的波峰因数定义为该电压的峰值与有效值之比PPUKU第5章电基本参数测量常用波形KP方波1正弦波2三角波3半波SIN4第5章电基本参数测量２、交流电压的测量方法原理：利用交流/直流转换电路将交流电压转换成直流电压，然后接到直流电压表上进行测量分类：峰值检波平均值检波有效值检波热电转换法第5章电基本参数测量峰值检波器峰值VP：观察时间内的最大值AC电路中，指不含DC的振幅不对称时，+Vp、-Vp峰-峰值Vp-p:|+Vp|+|-Vp|=+Vp-(-Vp)第5章电基本参数测量峰值响应表原理A串联检波器电容C：充电快、而放电慢条件：RCTmaxTmin(Rs+Rd)C含有较大的直流分量，无隔直能力cpUU第5章电基本参数测量B并联：有隔直能力，应用广，如:DYC-5便于测量含直流分量的交流电压RpUU第5章电基本参数测量C倍压式：输出电压高特点：检-放。适合于高频测量。如：DYC-1520Hz~300MHz2RpUU第5章电基本参数测量峰值表误差分析理论误差频率误差波形误差第5章电基本参数测量放电影响，输出RUUP(或2Up)：232.2()vURsRdUR原因：电阻电容充放电影响理论误差相对误差：绝对误差：RpUUU第5章电基本参数测量低频误差Tmax,RCTmax难于满足12LUURCff越高，L越小频率误差高频误差与分布参数（Cr，L）及二极管频率有关。f很高时，引起充放电误差常采用探头式“检-放”、高速二极管第5章电基本参数测量[例]若放电回路电阻R=30M,C=0.01F,f=5Hz的正弦波f=5Hz时L=1/2RCf=33%f=20Hz时L=1/2RCf=8.0%第5章电基本参数测量对失真正弦波测量。峰值表对凸起部分敏感，波形误差很大一般不用，一定要用时，要修正。对有规律非正弦波，可以换算。来减小波形误差波形误差第5章电基本参数测量峰值电压表刻度特性（波形换算方法）峰值电压表是按正弦波有效值来刻度的注意：测量非正弦波形时，其读数没有直接意义，只有把读数乘以才等于被测波形的峰值ppVVK电压表读数正弦电压有效值正弦波的波峰因数VpKpK第5章电基本参数测量举例：用峰值电压表测量一个方波电压，读数为10V，问该方波电压的有效值为多少？21014.1pUVppUKU被测电压峰值为方波波峰因数为1pK14.1ppUUVK第5章电基本参数测量均值检波器（10MHz）定义：数学：V=TT01V(t)dt测量：V=TT01V(t)dt1.原理：全波整流简化全波整流TmdmdrRVrRtVxTI0022)(1第5章电基本参数测量放-检，深度负反馈(温漂、非线性）；Rw1调整量程、Rw2调零第5章电基本参数测量均值电压表刻度特性均值电压表是按正弦有效值来刻度的，注意：测量非正弦波形时，其读数没有直接意义，只有把读数除以才等于被测电压的平均值FVKV电压表读数电压表所刻度的正弦电压有效值被测电压平均值VFKV方波KF=1正弦波KF=1.11三角波KF=1.15半波SINKF=1.5第5章电基本参数测量*换算Step1示值V正弦均值Step2用Vx波形系数KF，计算Vx，rmsVKVVF9.0/~VKVKVFFrmsx9.0,第5章电基本参数测量举例：用平均值电压表测量一个三角波电压，测量值为1V，试求有效值为多少？10.91.11FUUVKFUKU被测电压平均值为三角波波形因数为1.15FK1.150.90.94FUKU第5章电基本参数测量均值表误差方法误差(平均时间)频率误差（20~10MHz）非线性刻度误差元件及环境误差*波形误差第5章电基本参数测量举例：分析用平均值电压表测量一个包含二次和三次谐波的失真正弦电压时所产生的误差？01()TxxVvtdtT先求平均值被测电压的读数1.11xxVV()(sinsin())xpnnvtVkn真正有效值2201xnVVV误差00xxxVVVVV第5章电基本参数测量有效值检波器必要性：非正弦、失真正弦．例如，噪声、失真度直流热量相等数学上:TrmsdttvTV02)(1第5章电基本参数测量转换原理——有效值／直流，关键在于“平方律”（一）非线性元件小信号，二极管V-I特性20)]([)(tvEktixxkVVkEkEI200202])(1[202dttvTkkVIxTx当含谐波，][22212VVkkVIx第5章电基本参数测量有效值表误差理论上无波形误差,实际上有：i)频率：带宽误差。[例]方波]5sin513sin31[sin4)(tttVtVmx频率f,B=10Hz~10MHz当f=1MHZ,则11次以上的谐波通不过U=A22)9/1()3/1(1——2%若f=5MHz，则3次以上的谐波通不过——11%第5章电基本参数测量(ii）幅度（动态）误差。如热惯性，大Kp，如：Û/U~=10，超过响应范围，产生误差。关于波形误差的几个问题1.波形与电压参量同U~，波形不同，使Û，U-不同。2.Û,U-,U~之间的关系：KF=V~/V-≥1Kp=Vp/V~≥1第5章电基本参数测量3.交流电压表的刻度：IDC=K·?(U,U~)——三种检波器,以U~刻度a.只有纯正弦波，才准Vx,Vα=U~b.对失真正弦波有误差,Vα≠U~，c.对特定波形Û=2V——峰值检波U=V/1.11——均值检波U~=V——有效值检波再换算第5章电基本参数测量３．分贝的测量重点：分贝数学定义功率/电压分贝、绝对功率/电压电平、VU等概念；测量方法：宽频电平表、刻度、读数、换算、校准、选频测量分贝测量：与基准值之比的对数——分贝实质：AC测量，仅读法不同（dB刻度）第5章电基本参数测量分贝的数学定义功率之比的对数12lgPP如果1210PP12lglg101PP１贝尔（Bel）=10dBdB表示功率比为1210lgPP电压之比的对数21112222//PVRPVR两边取对数112210lg20lgPVPV12RR211222PVPV第5章电基本参数测量绝对电平功率电平dBm：以基准量P0=1mW作为零功率电平0[]10lg10lg1xxwmPPPdBP电压电平dB：以基准量V0=0.775作为零电压电平0[]20lg20lg0.775xxvvVVPdBV第5章电基本参数测量MF－20型多用表第5章电基本参数测量分贝刻度特点0dB——基准功率/电压，（规定AC在600产生1mW功率）0.775处定为0dB，V0＞0.775V,为+V0＜0.775V，为-该仪表刻度为-30dB～+5dB3000106000.775VPZV第5章电基本参数测量[例1］Vx=1.38V时，对应的分贝值应是多少？[例2］若dBVVx20lg200时，对应的Vx=少？根据计算可知1.3820lg50.775dB-20dB表示Vx=0.10.775=0.0775V第5章电基本参数测量[例3］用30V电压刻度时，若示值为27．5V，对应的分贝．值应是多少？用30V量程时,被测分贝值=分贝指示值十26dB.本例为（＋5）＋26＝31dB根据计算可知:27.520lg310.775dB第5章电基本参数测量［例4］当用300mV量程测量，针指在一10dB处，分贝值是多少？须用左侧附表来换算，此置程应减去14dB，即被测分贝值=指示值-14dB本例为（-10）-14=-24dB综上所述，*只有用1．5V量程时，才可以从dB刻度上直读分贝值。*被测分贝值等于读取dB值与量程附加dB值的代数和。（注意在dB表频率范围内、且正弦波）第5章电基本参数测量思考题１、示波器上分别观察到峰值相等的正弦波、方波和三角波，Vp=5V,分别用三种不同检波方式，采取正弦波有效值刻度的电压表测量之，试求读数分别为多少？第5章电基本参数测量思考题２２、实验中，利用同一块峰值电压表测量幅度相同的正弦波，方波，三角波，读数相同吗？为什么？