第3章 电压测量与电压表.doc

课题第3章电压测量与电压表
课时分配:八课时
教学目的要求:
(1)明确交流电压表的结构类型有检波-放大式、放大-检波式和外差式等多种,性能最好的是外差式电压表,频宽范围大的是检波-放大式。
(2)明确测量交流电压时,一般利用检波器将交流电压变换为直流电压。检波器分为均值、峰值、有效值检波器三种。模拟式交流电压表分为均值、峰值、有效值电压表三种。均值电压表的结构为放大—检波式,属于高频毫伏表。峰值电压表的结构一般为检波—放大式,但也可构成放大—检波式,属于超高频毫伏表。
(3)掌握A/D变换器分为积分式、比较式和复合式等类型,常用的是双积分式和逐次比较式A/D变换器。
(4)掌握双积分式A/D变换器由积分器、电子开关、比较器、逻辑控制电路等组成,分为准备、定时取样、定值比较三个工作过程,取样与比较是方向相反的两次积分。它的工作速度较低,但抗干扰能力强,测量准确度高、价格低廉。
(5)了解三次积分式A/D变换器是双积分式A/D变换器的改进型,与双积分式A/D变换器的区别之处是改变双积分式A/D变换器的第二次积分(比较)为粗积分和精积分两次积分。它除了具有双积分式A/D变换器的优点外,其变换速度很快。
(6)明确逐次比较式A/D变换器主要由数码寄存器、D/A变换器等组成,它根据“大者弃、小者留”的原则,将模拟量变换为数字量。其变换精度高,速度快,但抗干扰能力差。
(8)明确数字电压表分为双积分式、比较式和复合式DVM。交流数字电压表也必须先将交流输入变换为直流电压后进行测量。
教学重点:
交流电压的表征,模拟式交流电压表的结构,检波器,正弦波有效值定度,电压测量,数字电压表的组成、性能指标,A/D变换器
教学难点:
模拟式交流电压表的结构,检波器,正弦波有效值定度,数字电压表的组成、性能指标,A/D变换器的结构、原理
教学方法:
演讲法、实验法、问题教学法、设计教学法、小组研讨法、辩论法、座谈研讨、多媒体辅佐教学等
教学仪器:模拟式交流电压表,数字电压表等
教学过程
导入新课:
电压测量是电子测量的基础,基本的电压测量仪器是电压表。电压表、示波器、计数器是电子测量三大仪器。
新课内容:
概述
电压测量的基本要求
在实际测量中,被测电压具有频率范围宽、幅度差别大、波形种类多等特点,电压测量应满足下列基本要求:
1. 频率范围宽
被测电压的频率范围自零赫兹到数百兆赫兹,大致分为直流、低频、视频、高频和超高频等。所用电压表必须具有足够宽的频率范围。
2. 量程宽
被测电压的量值范围很宽,小到几纳伏,大到几百伏,甚至几千伏至几万伏。测量之前,应对被测电压有大概的估计,所用电压表应具有相当宽的量程或具有针对性。测量小信号时应选用高灵敏度电压表,测量高电压时应选用绝缘强度高的电压表来测量。
3. 输入阻抗高
测量电压时,电压表等效为输入电阻Ri和输入电容Ci的并联,其输入阻抗(Ri//Ci)是被测电路的额外负载。为了使被测电路的工作状态尽量少受影响,电压表应具有足够高的输入阻抗,即Ri应尽量大、Ci应尽量小。低频测量时,因为交流电压表的输入电阻、输入电容一般为1MΩ、1~10pF,二者对被测电路的影响很小,故一般
不考虑电压表输入阻抗对被测电路的影响。但在高频测量时,输入电阻Ri和输入电容Ci的容抗将变小,二者对被测电路的影响变大,一般要考虑电压表输入阻抗的影响,当它的影响不可忽略时,应对测量结果进行修正。
4. 抗干扰能力强
测量工作一般是在受各种干扰的情况下进行的。当电压表工作在高灵敏度时,干扰会引入明显的测量误差,这就要求电压表具有较强的抗干扰能力。必要时,应采取一些抗干扰措施,如良好接地、使用短的测试线、进行屏蔽等,以减小干扰的影响。
5. 测量精确度高
直流电压的测量可获得较高的测量精确度,例如直流数字电压表一般可达10-4~10-7量级;交流电压表的测量精确度可达10-2~10-4量级。在测量精确度要求不高时,可选用测量精确度在1%~3%左右的电压表。电压表精确度表示方法如下:
(1)满度值的百分数±β%Um
具有线性刻度的模拟式电压表一般采用这种表示方法,式中±β%为满度相对误差,Um为电压表满刻度值。
(2)读数值的百分数±α%Ux
具有对数刻度的电压表一般采用这种表示方法,式中±α%为读数相对误差,Ux为电压表测量读数值。
(3)±(α%Ux+β%Um)
数字电压表一般采用这种表示方法。
(6)被测电压波形种类多
不同类型电压表的适用对象和使用方法是不同的,测量时,应根据电压表的类型和电压波形来确定被测电压的大小。
交流电压的表征
交流电压的表征量包括平均值、峰值、有效值U以及