作者：邓显林,肖晓萍
出版社：电子工业出版社
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电子测量仪器(第4版)试读：
前言
PREFACE本教材是在前三版的使用基础上，根据当前电子测量仪器的发展和教育部对中等职业教育教材的要求修订的。与前三版相比，此次修订的第4版有如下变化：（1）教材采用面向学生为主体的“项目教学”模式。（2）尽量采用符合当前发展水平的仪器取代过时的仪器。
本教材是按照教育部中等职业学校国家规划教材《电子测量仪器》教学大纲的要求而编写的，供电子信息类专业及其相关专业使用。针对本课程实践性强的特点及中等职业教育特色，编写时进一步降低了理论深度。一个项目包含一种仪器类型的基本理论知识和操作应用，分为知识目标、能力目标、知识链接、思考与练习、技能训练、综合训练6部分。
教材内容层次分明：知识目标、能力目标概括项目要求的基本概念和理论及能力训练要求；知识链接简明扼要，充分反映新知识、新技术和新方法，具有先进性，通俗易懂，打破了原有教材的编写习惯，便于学生掌握基本概念和基础理论；技能训练培养学生的基本技能；综合训练以培养学生分析问题、解决问题的综合能力为目标，注重和强调实践。各项目的内容具有相对独立性，适于不同的课时安排和学生自学。
本书经过多年的教学使用，能更好地适应职业学校教学的需求。既能够使学生具备一定的理论基础，又培养一定的技能，力求做到“理论－实践”一体化。
本教材由重庆电子工程职业学院邓显林和江西财经大学电子学院肖晓萍担任主编，大庆职业学院郑严担任副主编，邓显林编写第1～7章，肖晓萍编写第8～14章，郑严编写第15～17章。
由于编者水平有限，书中难免存在疏漏乃至不妥之处，欢迎广大师生批评指正。
为了方便教师教学，本书还配有教学指南、电子教案及习题答案（电子版）。请有此需要的教师登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）免费注册后再进行下载，有问题时请在网站留言板留言或与电子工业出版社联系（E-mail：yhl@phei.com.cn）。编 者2013年7月项目一 模拟电压表
知识目标
了解模拟电压表的类型；理解交流电压的基本参数；理解直流电压表的基本结构；理解交流电压表的结构原理。
能力目标
掌握交流电压表的正确使用；理解直流稳压电源纹波系数的测量原理。
电压是表征电信号能量的三个基本参数(电压、电流、功率)之一。在电子电路中，电路的工作状态，如谐振、平衡、截止、饱和以及工作点的动态范围，通常都以电压形式表现出来。电子设备的控制信号、反馈信号及其他信号也主要表现为电压量。电路中其他电参数，如电流和功率、信号的调幅度、波形的非线性失真系数、元件的Q值、网络的频率特性和通频带，以及设备的灵敏度等，都可以视为电压的派生量，通过电压测量获得其量值。因此电压测量是电子测量中最基本、最常用和最重要的内容之一。
电压测量仪器主要指各类电压表。在一般工频(50Hz)和要求不高的低频(低于几万赫兹)测量时，可使用万用表电压挡，其他大都使用电子电压表。
按显示方式不同，电子电压表分为模拟电压表和数字电压表两类。知识链接一 模拟电压表的分类
模拟电压表是以模拟电表显示测量结果的仪器，其结构简单、价格较便宜，频率范围宽。
模拟电压表一般有模拟直流电压表和模拟交流电压表。模拟直流电压表又分普通直流电压表和直流电子电压表。模拟交流电压表的类型较多，一般分类如下。
(1) 按电压表工作频段分：超低频(10Hz以下)、低频(1MHz以下)、视频(30MHz以下)、高频(射频)(300MHz以下)和超高频(300MHz以上)电压表。
(2) 按测量电压的量级分：电压表(基本量程为伏特量级)和毫伏表(基本量程为毫伏量级)。
(3) 按刻度特性分：线性刻度、对数刻度、指数刻度和非线性刻度。
(4) 按电路组成不同分：放大—检波式、检波—放大式、调制式、外差式和热电转换式。
另外，还可以按检波原理分为平均值型、峰值型、有效值型电压表。思考与练习1
按照不同的情况说说模拟电压表的类型有哪些。知识链接二 交流电压的基本参数
交流电压除可以用具体的函数关系式表达其随时间的变化规律外，通常还可以用峰值、平均值、有效值等参数来表征。一、峰值
周期性交变电压u(t)在一个周期内偏离零电平的最大值称为峰值，用U表示，正、负峰值不等时分别用U和U表示，如图1-1(a)pp+p-所示。u(t)在一个周期内偏离直流电平分量U的最大值称为幅值或振0幅，用U表示，正、负幅值不等时分别用U和U表示。在图1-1(b)mm+m-中， U=0，且正、负幅值相等。0二、平均值
如图1-1(a)虚线所示，周期性电压u(t)在一个周期之内的平均值为直流分量U。0
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)，如图1-2(a)所示为未检波前的电压波形，图1-2(b)、图1-2(c)分别为半波整流和全波整流后的波形，平均值记为。图1-1 交流电压的峰值和幅值图1-2 交流电压半波整流和全波整流后的波形三、有效值
有效值是根据电热效应来规定的，让一个交流电压和一个直流电压分别加在阻值相同的电阻上，如果在相同时间内产生的热量相等，那么就把这一直流电压的数值叫做这一交流电压的有效值，记为U。U实质上是按数学上的均方根定义的，因此电压有效值有时也可写成U。rms四、波形系数和波峰系数
交流电压的有效值、平均值和峰值之间的关系，可分别用波形系数及波峰系数表示。 波形系数(或波形因数)定义为交流电压的有效值与平均值之比。K=F(1-1)
波峰系数(或波峰因数)定义为交流电压的峰值与有效值之比。K=p(1-2)
不同电压波形，K、K值不同，表1-1列出几种常见交流电压的pF波形与参数。表1-1 交流电压的波形与参数思考与练习2
(1) 交流电压的平均值、峰值、有效值是如何定义的？
(2) 交流电压的平均值与其直流分量有何区别？知识链接三 直流电子电压表的结构原理一、普通直流电压表
普通直流电压表采用动圈式高灵敏度直流电流表串联适当的电阻构成，如图1-3所示。图1-3 普通直流电压表电路
设电流表的满偏电流(或满度电流)为I，电流表的内阻为R，串me联电阻为R（n=0……N），所构成电压表的满度电压为nU=I(R+R+R+…+R)mme01n(1-3)
电压表的内阻为R=R+R+R+…+R=U/IVe01nmm(1-4)
图1-3有四个量程U、U、U、U，U(=IR+IR)为基本量程，01230mem0U、U、U为扩展量程。根据所需的扩展量程，不难估算出三个扩展123量程电阻的阻值。R=(U-U)/I110mR=(U-U)/I221mR=(U-U)/I332m
通常把内阻R与量程U之比(每伏欧姆数Ω/V)定义为电压表的电Vm压灵敏度。K=R/U=1/IVVmm(1-5)“Ω/V”数值越大，表明为使指针偏转同样角度所需驱动电流越小。“Ω/V”数一般标在磁电式电压表的表盘上，可根据它推算出不同量程的电压表内阻，即R=KUVVm(1-6)
例如，电压表的“Ω/V”数值为20kΩ/V，则5V量程和25V量程时电压表内阻分别为100kΩ和500kΩ。
动圈式直流电压表结构简单，使用方便，一般误差在±1%左右，精密电压表可达±0.1%。主要缺点是灵敏度不高、输入电阻小。二、直流电子电压表
如图1-4所示，直流电子电压表常由磁电式表头加装跟随器(以提高输入阻抗)和直流放大器(以提高测量灵敏度)构成，当需要测量高直流电压时，输入端接入由高阻值电阻构成的分压电路。直流放大器的零点漂移限制了电压灵敏度的提高，因此电子电压表中常采用斩波式放大器或称调制式放大器，以抑制零点漂移，使电子电压表能测量微伏级的电压。图1-4 直流电子电压表的结构原理思考与练习3
某电压表的电压灵敏度为20kΩ/V，试确定电压表20V量程时的内阻。知识链接四 模拟交流电压表的结构原理
测量交流电压主要是通过交-直流转换器将被测的交流电压转换为与之成比例的直流电压后，再进行直流电压的测量。
目前在模拟交流电压表中，大都采用各种形式的检波器(整流)将交流信号转换为直流信号，再以其平均值驱动指示器，给出有效值读数。
另外还有热电转换法和公式法，热电转换法是通过热电偶将交流电压有效值转换成直流电压；公式法是根据有效值公式，经过模拟平方器、积分器、开方器等环节得到直流电压。
检波的原理有平均值型、有效值型和峰值型，模拟交流电压表分为平均值电压表、峰值电压表和有效值电压表。一、平均值电压表
平均值电压表的读数与被测电压的平均值成正比。但电压表刻度盘是以正弦波的有效值定度的，这就是说，一个有效值为U的正弦电压加到平均值电压表时指示值为U而不是。由式(1-1)可知，只有将指示值U除以正弦信号的波形系数K(K=1.11)才能得到被测正弦电αFF压的平均值。
如果被测信号是非正弦波，则必须进行“波形换算”，由指示值U通过计算可得被测信号的平均值。α==0.9Uα(1-7)
再根据被测信号的波形系数得到被测电压的有效值U。rmsU=0.9KUrmsFα(1-8)
显然，如果被测信号是非正弦波时，直接将电压表的指示值作为被测电压的有效值，必将带来较大的误差，通常称为“波形误差”或“指示值误差”，由上式可得，波形误差的计算公式为γ=×100%=(1-0.9K)×100%F(1-9)
［例1-1］ 用全波均值型电压表测量正弦波、方波、三角波，电表指示值都为1V，问被测电压的有效值分别为多少？波形误差分别为多少？
解：根据式(1-7)，正弦波、方波、三角波的平均值为=0.9U=0.9×1=0.9Vα
查表1-1，K=1.11，K=1.15，K=1F~FΔF
正弦波有效值：U=K=1.11×0.9V=1VF~
三角波有效值:U=K=1.15×0.9V=1.04VFΔ
方波有效值:U=K=1×0.9=0.9VF
根据式(1-9)计算波形误差。
测量正弦波时γ=(1-0.9×1.11)×100%=0.1%
测量三角波时γ=(1-0.9×1.15)×100%=-4%
测量方波时γ=(1-0.9)×100%=10%
可见，用均值型电压表测量正弦交流电压是准确的，测量其他波形电压时有较大波形误差，需换算。二、峰值电压表
峰值电压表的读数与被测电压的峰值成正比。电压表刻度盘同样是以正弦波的有效值定度的，这就是说，一个有效值为U的正弦电压加到峰值电压表上时指示值为U而不是U。由式(1-2)可知，只有将指P示值U乘以正弦信号的波峰系数K(K=)才能得到被测正弦电压αP~P~的峰值U。P
如果被测信号是非正弦波，则必须进行“波形换算”，由指示值U通过计算得出被测信号的峰值为αU=UPα(1-10)
再根据被测信号的波峰系数得到被测电压的有效值U。rmsU==Urmsα(1-11)
显然，如果被测信号是非正弦波时，直接将峰值电压表的指示值作为被测电压的有效值带来的波形误差为γ=×100%=×100%(1-12)
［例1-2］ 用峰值电压表分别测量方波及三角波电压，电表指示值为1V，问被测电压的峰值、有效值各为多少？波形误差各为多少？
解：由式 (1-10) 计算方波、三角波的峰值为U=U=1.414VPα
查表1-1得，K=，K=1。PΔP
方波的有效值为U==V=1.414V
三角波的有效值为U==V=0.816V
由式(1-12)计算波形误差。
测量三角波时的波形误差为γ=×100%≈18%
测量方波时的波形误差为γ=×100%≈-41.4%
可见，用峰值电压表测量非正弦波时，波形误差比平均值电压表的波形误差更大。三、有效值电压表
有效值电压表测量交流电压时，指示值就是被测交流信号的有效值。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]