交流電壓的測(cè)量.doc

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1、5.2交流電壓的測(cè)量教學(xué)目的1.熟悉表征交流電壓的基本參量。2.了解峰值電壓表、均值電壓表、有效值電壓表的檢波原理和方法,及主要特點(diǎn)。3.掌握峰值電壓表、均值電壓表、有效值電壓表的刻度特性。4.了解提高電壓表靈敏度和擴(kuò)展測(cè)量范圍的寬頻電平表和外差式選頻電平表的組成原理。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)1.峰值電壓表、均值電壓表、有效值電壓表的刻度特性教學(xué)方式:講授教學(xué)過(guò)程:5.2.1交流電壓的檢波1)峰值檢波●原理:由二極管峰值檢波電路完成。有二極管串聯(lián)和并聯(lián)兩種形式2)平均值檢波●由二極管橋式整流(全波整流和半波整流)電路完成。3)有效值檢波原理(1)利用二極管平方律伏安特性檢波小信號(hào)時(shí)二極管正向伏

2、安特性曲線可近似為平方關(guān)系。缺點(diǎn):精度低且動(dòng)態(tài)范圍小。因此,實(shí)際應(yīng)用中,采用分段逼近平方律的二極管伏安特性曲線圖的電路。(2)利用模擬運(yùn)算的集成電路檢波通過(guò)多級(jí)運(yùn)算器級(jí)連實(shí)現(xiàn):模擬乘法器(平方)—〉積分—〉開(kāi)方—〉比例運(yùn)算。(3)單片集成TRMS/DC電路,如AD536AK等。(4)利用熱電偶有效值檢波●熱電效應(yīng):兩種不同導(dǎo)體的兩端相互連接在一起,組成一個(gè)閉合回路,當(dāng)兩節(jié)點(diǎn)處溫度不同時(shí),回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),從而形成電流,這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng),所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì)。、●有效值電壓表的特點(diǎn)理論上不存在波形誤差,因此也稱真有效值電壓表(讀數(shù)與波形無(wú)關(guān))。比如,對(duì)非正弦波,可視為由基波

3、和各次諧波構(gòu)成。5.2.2.峰值電壓表原理、刻度特性和誤差分析1)原理峰值響應(yīng),即:u(t)à峰值檢波à放大à驅(qū)動(dòng)表頭2)刻度特性●表頭刻度按(純)正弦波有效值刻度。因此:當(dāng)輸入u(t)為正弦波時(shí),讀數(shù)α即為u(t)的有效值V(而不是該純正弦波的峰值Vp)。對(duì)于非正弦波的任意波形,讀數(shù)α沒(méi)有直接意義(既不等于其峰值Vp也不等于其有效值V)。但可由讀數(shù)α換算出峰值和有效值。●由讀數(shù)α換算出峰值和有效值的換算步驟如下:●第一步,把讀數(shù)α想象為有效值等于α的純正弦波輸入時(shí)的讀數(shù),即●第二步,將V~轉(zhuǎn)換為該純正弦波的峰值,即●第三步,假設(shè)峰值等于Vp~的被測(cè)波形(任意波)輸入,即●注:“對(duì)于

4、峰值電壓表,(任意波形的)峰值相等,則讀數(shù)相等”?!竦谒牟?,由,再根據(jù)該波形的波峰因數(shù)(查表可得),其有效值3.平均值電壓表原理、刻度特性和誤差分析1)原理均值響應(yīng),即:u(t)à放大à均值檢波à驅(qū)動(dòng)表頭2)刻度特性●表頭刻度按(純)正弦波有效值刻度?!褚虼耍寒?dāng)輸入u(t)為正弦波時(shí),讀數(shù)α即為u(t)的有效值V(而不是該純正弦波的均值)?!駥?duì)于非正弦波的任意波形,讀數(shù)α沒(méi)有直接意義(既不等于其均值也不等于其有效值V)。但可由讀數(shù)α換算出均值和有效值。●由讀數(shù)α換算出均值和有效值的換算步驟如下:●第一步,把讀數(shù)α想象為有效值等于α的純正弦波輸入時(shí)的讀數(shù),即●第二步,由計(jì)算該純正弦波均

5、值第三步,假設(shè)均值等于的被測(cè)波形(任意波)輸入,即注:“對(duì)于均值電壓表,(任意波形的)均值相等,則讀數(shù)相等”。第四步,由,再根據(jù)該波形的波形因數(shù)(查表可得),其有效值上述過(guò)程可統(tǒng)一推導(dǎo)如下:上式表明,對(duì)任意波形,欲從均值電壓表讀數(shù)α得到有效值,需將α乘以因子k。(若式中的任意波為正弦波,則k=1,讀數(shù)α即為正弦波的有效值)。綜上所述,對(duì)于任意波形而言,均值電壓表的讀數(shù)α沒(méi)有直接意義,由讀數(shù)α到峰值和有效值需進(jìn)行換算,換算關(guān)系歸納如下:式中,α為均值電壓表讀數(shù),KF為波形因數(shù)。2)均值電壓表的波形誤差。3)若將讀數(shù)α直接作為有效值,產(chǎn)生的誤差小結(jié):本結(jié)應(yīng)掌握峰值電壓表、均值電壓表、有效

6、值電壓表的刻度特性5.3電壓測(cè)量的噪聲干擾教學(xué)目的1.了解電壓測(cè)量中,干擾的來(lái)源和分類、串模干擾和共模干擾的特點(diǎn)。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)1.串模干擾和共模干擾的特點(diǎn)干擾是對(duì)有用被測(cè)信號(hào)的擾動(dòng),特別是當(dāng)被測(cè)信號(hào)較?。ɑ蛭⑷酰r(shí),干擾的影響顯得更為嚴(yán)重。因此,必須提高電壓測(cè)量的抗干擾能力,特別是對(duì)于高分辨力高精度的數(shù)字電壓表更為重要。教學(xué)方式:講授教學(xué)過(guò)程:5.3.1干擾的來(lái)源及分類1)分類:串摸干擾和共摸干擾。串摸干擾是指干擾信號(hào)以串聯(lián)疊加的形式對(duì)被測(cè)信號(hào)產(chǎn)生的干擾;共摸干擾是指干擾信號(hào)同時(shí)作用于DVM的兩個(gè)測(cè)量輸入端(稱為高端H和低端L)。2)串模干擾起因及特性●可能來(lái)自于被測(cè)信號(hào)源本身(例

7、如,直流穩(wěn)壓電源輸出就存在紋波干擾);●也可能從測(cè)量引線感應(yīng)進(jìn)來(lái)的工頻(50Hz)或高頻干擾(如雷電或無(wú)線電發(fā)射引起的空中電磁干擾)?!窬透蓴_源的頻率來(lái)說(shuō),可從直流、低頻到超高頻;干擾信號(hào)的波形可以是周期性的或非周期性的,可以是正弦波或非正弦波(如瞬間的尖峰脈沖干擾),甚至完全是隨機(jī)的。各種干擾信號(hào)中,50Hz的工頻干擾是最主要的干擾源。3)共模干擾起因及特性●被測(cè)電壓本身就存在共模電壓(被測(cè)電壓是一個(gè)浮置電壓)。如測(cè)量一個(gè)直流電橋的輸出。●當(dāng)被測(cè)電壓與D

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