电子测量与仪器 第五章 电压测量-数字万用表1

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1、仪器科学与工程系档位切换量程自动选择 包括直流测量和交流测量，以及其延伸出来的电流测量、电阻测量等。 电压测量的：1、频率范围、频率范围 包括直流，交流(10-6109Hz)。频段不同，测量方法手段也不同。2、测量范围、测量范围 测量电压范围低至几十V，上限可达几十kV。测量电压低，要求电压表具有较高的分辨力，测量电压高，要加入分压网络，这会降低电压表的输入阻抗。3、输入阻抗、输入阻抗 电子测量仪器的输入阻抗就是被测电路的额外负载。为减小测量仪器对被测量的影响，要求仪器具有很高的输入阻抗。4、抗干扰能力、抗干扰能力 仪器工作在高灵敏度时，干扰会引入测量误差。5、测量准确度、测量准确度 测量准确

2、度受被测电压的频率、波形等因素影响，在不同条件下准确度的差异较大。不同参数的测量, 其准确度相差很大。 电压值的基准是直流标准电压。 利用数字电压表可使直流电压测量精度优于10-7量级。 交流电压测量精度要低得多，在10-210-4量级。受AC/DC变换影响，高频时电路分布参数影响不容忽视。准确度的表示方法： 满度的百分数 - %Um 读数值的百分数 - %Ux 满度百分数+读数百分数 - %Ux+%Um 第一种是比较通用的，用于具有线性刻度的电压表； 第二种在对数刻度电压表中用得多； 第三种用于线性刻度电压表，是一种较严格的准确度表示方法，常用在数字电压表中。 在数字电压表中常有“”，误差是

3、“”的说法，指的是数字电压表的精度和误差。具体含义在DVM中叙述。 电压测量仪器的：1、按频率范围分、按频率范围分 直流电压表，交流电压表。 交流电压表又分低、高、超高等不同频段。2、按测量功能分类、按测量功能分类 分为直流电压表、交流电压表和脉冲电压表。其中脉冲电压表用于测量脉冲间隔很长的脉冲，一般情况下脉冲电压的测量已逐渐被示波器测量所取代。 3、按测量技术分类、按测量技术分类 模拟式电压测量和数字式电压测量。4、按测量电压量级分类、按测量电压量级分类 分为电压表和毫伏表。电压表的主量程为V(伏)量级，毫伏表的主量程mV(毫伏)量级。主量程是指不加分压器或外加前置放大器时电压表的量程 动圈

4、式电压表表头，其工作原理是利用载流导体与磁场间的作用来产生转动力矩，使导体框架转动而带动指针偏转。其偏转角度正比于流过线圈的被测电流大小。 图中虚框内为一直流动圈式高灵敏度电流表，内阻为Re，满偏电流(或满度电流)为Im，若作为直流电压表，满度电压：memIRU Im Re表头等效电路 动圈中容许通过的电流很小，例如满偏电流为50A，电流表内阻为20k ，则满偏电压为1V。为了扩大量程，通常采用(扩大电流测量范围)或(扩大电压测量范围) 。 Im ReRs并联分流法I串接倍压电阻扩大测量范围 除了不串接倍压电阻的最小电压量程U0外，又增加了 三个电压量程U1、U2、U3 ，对应三个量程，所串三

5、个电阻的阻值分别为：mmemIUURIUURRIUR/ )(/ )()/(23312211 Im ReR1 R2 R3U0 U1 U2 U3电压灵敏度 通常把电压表的内阻与量程之比定义为电压表的电压灵敏度（/V）。1VVmmRKUI 电压表在不同档位/量程，其内阻是不同的。 可以由电压灵敏度，算出在不同档位时的内阻。用普通电压表测量高输出电阻的直流电压00RRERUvvx 如果用内阻不同的两只电压表，或者同一电压表的不同电压档(可以知道其量程比值或内阻比值)测量，可由两次测得值计算得到近似的实际值E0。RVV+-UxR0 100kE05V表头的缺点表头的缺点 为了改善普通表头的缺点（阻抗不高，

6、不够灵敏），在表头中加装跟随器（提高输入阻抗）或直流放大器（提高测量灵敏度）。R1R2R3 放 大 器FET 源 极跟随器+-UxR0U1U2U3RmR1R2R3 放 大 器FET 源 极跟随器+-UxR0U1U2U3RmRF放大倍数A=1+Rm/RF 图中R0、R1、R2、R3组成分压器，由于FET源极跟随器输入电阻很大(几百M以上)，因此由Ux测量端看进去的输入电阻基本上只由R0、R1、R2、R3、等串联电阻决定，通常使它们的串联电阻和大于10M ，以满足高输入阻抗的要求。同时，在这种结构下，电压表的输入阻抗基本上是个常量，与量程无关。 (1) R0、R1、R2、R3可以用更大的电阻。 (

7、2) 电压表输入阻抗基本为常数 即流过电流表的电流I0与被测电压成正比，只要分压系数和RF足够精确和稳定，就可以获得良好的准确度，因此，各分压电阻及反馈电阻RF都要使用精密电阻。 在上述使用直流放大器的电子电压表中，直流放大器的零点漂移限制了电压表灵敏度的提高，为此，电子电压表中常采用调制式放大器代替直流放大器以抑制漂移，可使电子电压表能测量微伏量级的电压。 调制式直流放大器的原理: 微弱的直流电压信号经调制器(又称斩波器)变换为交流信号，再由交流放大器放大，经解调器还原为直流信号(幅度已得到放大)。振荡器为调制器和解调器提供固定频率的同步控制信号。两大特点两大特点: :(1) (1) 抑制直

8、流漂移抑制直流漂移(2) (2) 采用交流选频采用交流选频, ,提高抗干扰能力提高抗干扰能力. .调制式直流放大器的工作原理 一般采用选频放大器，只对与图中振荡器同频率的信号进行放大而抑制其他频率的噪声和干扰。在实际直流电子电压表中，还采用了其他措施以提高性能，比如在解调器输出端和调制器输入端间增加负反馈网络以提高整机稳定性等。振荡器交流放大器解调器调制器UitUAtUotUiUBttoTUM(c)toUi(b)toUA(d)123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeCDate:20-May-2008Sheet of File:F:mydocumen

9、t我的课件电子测量技术与仪器课件PPTcircuit.ddbDrawn By:RCR1KMUiUMUA开闭图中KD是与调制器中KM同步动作的机械式振子开关或场效应管电子开关，C为隔直流电容，正是由于它的隔直流作用，使放大器的零点漂移被阻断，不至传输到后面的直流电压表表头。R为限流电阻，Rf、Cf成滤波器，滤波后得到放大后的直流信号。 123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeCDate:20-May-2008Sheet of File:F:mydocument我的课件电子测量技术与仪器课件PPTcircuit.ddbDrawn By:CRRfKDCf

10、UBUDUOtttoooTUBUDUo(c)(d)(b)123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeCDate:20-May-2008Sheet of File:F:mydocument我 的 课 件 电 子 测 量 技 术 与 仪 器 课 件 PPTcircuit.ddbDrawn By:CRRfKDCfUBUDUO解调工作原理解调工作原理开闭 交流电压除用具体的函数关系式表达其大小随时间的变化规律外，通常还可以用峰值、幅值、平均值、有效值等参数来表征。 周期性交变电压u(t)在一个周期内偏离零电平偏离零电平的最大值称为峰值，用Up表示。正、负峰值不

11、等时分别用Up+和Up-表示。 u(t)在一个周期内偏离直流分量偏离直流分量U0的最大值称为幅值或振幅，用Um表示，正、负幅值不等时分别用Um+和Um-表示。（峰值与振幅的区别峰值与振幅的区别）u(t)的平均值 的数学定义为UTdttuTU0)(1 按照这个定义， 实质上就是周期性电压的直流分量U0。U 在电子测量中，平均值通常指交流电压检波(也称整流)以后的平均值，又可分为半波整流平均值(简称半波平均值)和全波整流平均值(简称全波平均值)。 未检波前电压波形 半波整流和全波整流后的波形 定义为dttuTUT)(10如不另加说明，本章所指平均值均为全波平均值全波平均值。 在电工理论中曾定义：某