电压与电流参数的测量.ppt

电压与电流的测量 3 1直流电压与电流的测量3 2交流电压与电流的测量3 3高频电压与电流的测量3 4电平的测量3 5噪声电压的测量 3 1直流电压与电流的测量 3 1 1直流电压的测量3 1 2直流电流的测量 3 1 1直流电压的测量 直流电压的测量大体上有直接测量和间接测量两种方法 1 数字万用表测量直流电压2 模拟式万用表测量直流电压3 零示法测量直流电压4 用电子电压表测量直流电压5 示波器测量直流电压6 含交流成分的直流电压的测量 直接测量 就是将电压表直接并联在被测电路的两端 如图3 1 a 所示 用模拟式电压表测量时应注意电压表的极性 它影响到测量值与参考极性之间的关系 也影响模拟式电压表指针的偏转方向 如果电压表的内阻为无穷大 则电压表的示数即是被测电路两点间的电压值 间接测量 如图3 1 b 所示 若要测量R3两端的电压差 可以分别测出R3对地的电位U1 和U2 然后利用公式UR3 U1 U2求出要测量的电压值 1 数字万用表测量直流电压 熟悉数字万用表的主要性能指标含义是正确使用数字万用表的前提 而表征数字万用表的主要性能指标有 测量范围 分辨率 输入阻抗 抗干扰能力 测量速度及准确度等 1 测量范围 数字万用表一般用量程显示位数以及超量程能力来反映它的测量范围 量程 显示位数 超量程能力 量程 数字万用表的量程是以基本量程 即未经衰减和放大的量程 为基础 利用步进衰减器和放大器向两端扩展来实现的 显示位数 数字万用表的显示位数通常为31 2 1 2位 它的意思是指能显示 所有数字的位是整数位 分数位的数值是以最大显示值中最高位的数字为分子 而用满量程时最高位的数字作为分母 如31 2数字万用表的最大显示值为 1999 量程计数值为2000 0 1999 这表明在其最大显示值中最高位的数字为1 作分子 满量程时最高位数字为2 作分母 因此最高位是半位 记作1 2位 它只能显示0或1 其余三位均是整数位 超量程能力 数字万用表是否具有超量程能力 与基本量程有关 带有1 2位数字万用表 如按2V 20V 200V 分档 没有超量程能力 但按1V 10V 100V分档的 才具有超量程能力 如最大显示1999V的数字万用表 在10V量程上 允许有100 的超量程 2 分辨率 数字万用表最低电压量程上末位1个字所对应的电压值 称为分辨率 显然在不同量程上具有不同的分辨率 在最小量程上具有最高分辨率 如某数字万用表最小量程0 2V 最大显示正常数为2000 末位一个字为100 V 即该数字万用表的分辨率为100 V 3 输入阻抗 由于输入有衰减器 所以输入阻抗不是固定值 小电压档测量时 Ri可达500M 大电压档测量时 Ri只有10M 4 测量速度 测量速度是在单位时间内以规定的准确度完成的最大测量次数 其单位是 次 S 31 2 41 2位数字万用表的测量速度大约为2 次 S 5 抗干扰能力 数字万用表普遍采用积分式 包括双积分 多重积分式 A D转换器 能有效地抑制串模干扰 此外 对于共模干扰的抑制能力也很强 中 低档数字万用表的共模抑制比 CMRR 可达86 120dB 高档数字万用表则为100 160dB 6 准确度 测量误差 数字万用表的测量误差通常用准确度来表示 准确度愈高 测量误差愈小 在测量电压时准确度通常有以下两种表示方法 Ux 被测电压读数 Um 该量程的满度值 Ux 读数误差 Um 表示满度误差 也可以用 n个字表示 即在该量程上末位跳n个单位电压值恰好等于 Um 例题3 1 DT980型41 2位数字万用表直流2V档的准确度为 0 05 Ux 0 015 Um 求满度误差相当几个字 解 由已知条件可知 满度误差为0 015 Um 0 015 2V 0 0003V 所以0 0003V中的3为41 2位数字万用表的末位 即有3个字的满度误差 例题3 2 用DT930F41 2位数字万用表的2V量程档分别测量2V和0 1V电压 已知该仪表的准确度为 0 05 Ux 3个字 求由于仪表的固有误差引起测量误差的大小 解 1 测量2V电压时的绝对误差因为该表是41 2位 用2V量程档时 3个字相当于 0 0003V 所以绝对误差 示值相对误差为 可见 当被测电压与满量程值相差太大时 误差是很大的 为此 当测量小电压时 应当用较小的量程 这一点和使用模拟万用表的要求是一样的 另外 数字万用表的准确度远优于模拟式万用表的准确度 以直流电压档的基本误差为例 模拟式万用表通常为 2 5 而31 2位数字万用表为 0 5 2 测量2V电压时的绝对误差 示值相对误差为 2 模拟式万用表测量直流电压 模拟式万用表的直流电压档由表头 磁电系微安表 全偏转电流40 100 A 串联分压电阻和并联分流电阻组成 因而其输入电阻一般比数字万用表低一个数量级 由于各量程档串 并联电阻不同 所以各量程档的内阻不同 通常把内阻Rv与量程之比 每伏欧姆数即 V数 定义为直流电压灵敏度Sv 因此同一块表 量程越大内阻越大 例如MF500 HA型万用表的直流电压灵敏度Sv 20K V 则10V量程和50V量程的电压表内阻分别为200K 和1000K V 在使用模拟式万用表测量直流电压时 一定要注意表的内阻对被测电路的影响 否则将可能产生较大的测量误差 2 模拟式万用表测量直流电压 如用上述万用表测量如图3 2所示电路的等效电动势E 当选用10V量程档 其内阻为Rv 10V 20K V 200K 50K 的电阻与万用表内阻串联 根据分压定律测量值Ux 9V 200K 200K 50K 7 2V 而理论值为9V 相对误差 u 9 7 2 9 20 这就是由所用万用表直流电压档的内阻Rv与被测电路等效内阻相比不够大所引起的 是测量方法不当引起的误差 因此模拟式万用表的直流电压档只适用于被测电路等效内阻很小或信号源内阻很小的情况 3 零示法测量直流电压 图3 2万用表直接测量等效电动势V50k E 9V图3 3零示法测量直流电压VR0EES零示法测量直流电压主要用于测量直流电路等效电势 它可减小由于模拟式电压表内阻不够大而引起的测量误差 所谓零示法 就是将一标准直流电源与被测电路按极性相接 并且电压表的正极与被测电路的正极相接 电压表的负极与标准电源的正极相接 如图3 3所示 测量时 先将标准电源Es置最小 电压表的量程放在较大档 然后缓慢调节标准电源Es的大小 并逐步减小电压表的量程档 直到电压表在最小量程档指示为零 此时E Es 电压表中没有电流流过 电压表的内阻对被测电路无影响 然后断开电路 用电压表测量标准电源Es的大小即为被测E的大小 在此由于标准直流电源的内阻很小 一般均小于1 而电压表的内阻一般在k 级以上 所以用电压表直接测量标准电源的输出电压 电压表内阻引起的误差完全可以忽略不计 图3 3零示法测量直流电压 4 用电子电压表测量直流电压 为了提高电压表的内阻 直流电子电压表通常将磁电式表头加装跟随器和直流放大器构成 当需要测量高直流电压时 输入端接入具有一定放大量的电子线路构成电子电压表 一般采用跟随器和放大器等电路以提高电压表的输入阻抗和测量灵敏度 这种电子电压表可在电子电路测量中提高电阻电路构成的分压电路 在直流电子电压表中 通常采用斩波式放大器 或称调制式放大器 以抑制零点漂移 提高了直流放大器的电压灵敏度 使电子电压表能测量微伏级的电压 直流电子电压表的组成如图3 4所示 图3 4电子电压表的组成 5 示波器测量直流电压 用示波器测量电压时 首先应将示波器的垂直偏转灵敏度微调旋钮置校准档 或关闭 否则电压读数不准确 具体测量步骤如下 1 定零电压线 将示波器的输入耦合开关置于 GND 档 调节垂直位移旋钮 将荧光屏上的水平亮线 时基线 移动 置于荧光屏中间的坐标线上 此时基线所在位置即为零电压所在位置 然后将输入耦合开关置于 DC 档 并将垂直偏转灵敏度调节旋钮置较大档 2 将待测信号送至示波器的垂直输入端 3 确定直流电压的极性 接入被测信号后 荧光屏上同样会出现水平亮线 如这条亮线在上面所定零压线以上 即被测电压为正极性 反之 为负极性 4 确定读数 根据输入信号将垂直偏转灵敏度调节旋钮调整适当档位 读出此时荧光屏上的水平亮线与零电压线之间的垂直距离y 如图3 5所示 将y乘以示波器的垂直灵敏度Sy即可得到被测电压 x的大小 即 x Sy y 如输入信号较大时 垂直偏转灵敏度已经较大时 将示波器的输入耦合开关置于 GND 档 将零压线向信号极性相反的方向移动至最顶端或最底端 此时基线所在位置即为零压线所在位置 然后再进行上述测量 图3 5示波器测量直流电压 6 含交流成分的直流电压的测量 由于磁电式表头的偏转系统对电流有平均作用 不能反映纯交流量 所以 含交流成分的直流电压的一种常用测量方法就是用模拟式电压表直流档测量 如果叠加在直流电压上的交流成分具有周期性和幅度对称性 可直接用模拟式电压表测量其直流电压的大小 由交流信号转换而得到的直流 如整流滤波后得到的直流平均值 以及非简谐波的平均直流分量都可用模拟式电压表测量 一般不能用数字式万用表测量含有交流成分的直流电压 因为数字式直流电压表要求被测直流电压稳定 才能显示数字 否则数字将跳变不停 3 1 2直流电流的测量 1 用模拟式万用表测量直流电流2 用数字式万用表测量直流电流3 用并联法测量直流电流4 用间接测量法测量直流电流 1 用模拟式万用表测量直流电流 模拟式万用表的直流电流档一般由微安表头 40 A 100 A 并联分流电阻而构成 量程的扩大通过并联不同的分流电阻实现 这种电流表的内阻随量程的改变而不同 量程越大 内阻越小 用模拟式万用表测量直流电流时 是将万用表串联在被测电路中 因此表的内阻可能影响电路的工作状态 使测量结果出错 也可能由于量程不当而烧坏万用表 所以 使用时若不知被测电流的大小 则应选择直流电流档的最大档 并注意万用表的极性 在接入被测电路后 再根据被测电流的大小调整电流档 使被测电流的示数尽量大于满量程的2 3 以减小测量误差 2 用数字式万用表测量直流电流 数字式万用表测量直流电流的原理是在数字式电压表基础上 通过电流 电压转换电路 使被测电流流过标准电阻 将被测电流转换为直流电压 再进行测量 如图3 6所式 由于运算放大器的输入阻抗很高 根据运算放大器虚断的概念 可以认为被测电流Ix全部流经标准采样电阻RNX上 转换电压与被测电流Ix成正比 经放大器放大后输出电压U0 U0 1 R2 R3 RNXIX 就可以作为数字式电压表的输入电压来进行测量 并用转换开关S1 4切换不同的采样电阻 即可得到不同的电流量程 量程越小 取样电阻越大 而输入到数字式电压表的电压不变 在使用时应注意的是 当数字式万用表串联在被测电路中时 取样电阻的阻值会对被测电路的工作产生一定的影响 使测量产生误差 图3 6电流 电压转换电路 3 用并联法测量直流电流 流表与被测电路串联是电流表测量电流的使用常识 但是作为一个特例 当被测电流是一个恒流源 而电流表的内阻又远小于被测电路中某一串联电阻时 电流表可以并联在这个电阻上测量电流 此时电路中的电流绝大部分流过电阻小的电流表 而恒流源的电流是不会因外接电阻的减小而改变的 如图3 10所示射极偏置电路 要测量晶体管三极管的集电极电流IC 我们知道VB是固定的 可以认为IE固定 而IE IC 则认为IC恒定 与Rc无关 若Rc阻值比电流表内阻大得很多 当电流表与Rc并联后 虽然电流表分流了Rc上的电流 但对流过三极管的集电极电流的影响很小 且电流表的测量值几乎为集电极电流 在做这种不规范的测量时 一定要概念清楚 分析要正确 思想要集中 否则会造成三极管或电流表的损坏 图3 7并联法测量电流 4 用间接测量法测量直流电流 有时在测量电子电路的某一支路电流时 要求断开回路后 才能将电流表串联接入 往往比较麻烦 容易造成损坏 不宜采用直接测量法 这时可以利用被测支路内的电阻R 通过测量电阻两端的直流电压U 然后根据欧姆定律求出被测电流I U R 这个电阻R一般称为电流取样电阻 由于R上的标称值与实际阻值之间有误差 因此 这种测量误差较大 一般多用于检修或调式电路时估测当然 当被测支路无现成的电阻可利用时 也可以人为地串入一个取样电阻来进行间接测量 取样电阻的取值原则是对被测电路的影响越小越好 一般在1 10 之间 很少超过100 3 2交流电压与电流的测量 3 2 1交流电压的测量3 2 2交流电流的测量 3 2 1交流电压的测量 交流电压的测量与直流电流的测量一样 一般可分为两大类 一类是具有一定内阻的交流信号源 如图3 8 a 所示 另一类是电路中任意一点对地的交流电压 如图3 8 b 所示电路中的U1 U2 也包括电路中任意两点间的交流电压 如UR1 UR3 在此要注意 用间接测量法求电压时 其值由矢量差求出 只有当U1和U2同相位 才能用代数差表示 图3 8两种交流电压 3 2 1交流电压的测量 1 表征交流电压的基本参量2 交流电压的测量 1 表征交流电压的基本参量 1 峰值 2 平均值 3 有效值 4 波形因数和波峰因数 1 峰值 交流电压的峰值是指以零电平为参考的最大电压幅值 即等于电压波形的正峰值 用Up表示 以直流分量为参考的最大电压幅值则称为振幅 通常用Um表示 如图3 9所示 另外 还有正峰值Up 和负峰值Up 之分 正峰值与负峰值一起包括时称为峰峰值Up p 当电压中包含直流成分时 Up与Um是不相同的 只有纯交流电压或输入电压被隔离了直流电压的交流电压时 振幅Um与峰值Up相等 图3 9交流电压的峰值与幅度 2 平均值 流电压的平均值简称均值 用表示 在数学上的定义为式中 为的周期 3 有效值 在电路原理中 用U表示交流电压的有效值 并定义交流电压u t 在一个周期T内 通过某个纯电阻负载所产生的热量 和一个直流电压在同一电阻上 所产生的热量相等时 则交流电压的有效值就等于该直流电压的电压值 推导公式如下 4 波形因数和波峰因数 通常情况下各类交流电压表都是按正弦波的有效值来刻度的 为此 用电压的有效值与平均值比值定义为波形因数 用KF表示 表3 1几种典型的交流电压波形的参数 表3 1几种典型的交流电压波形的参数 2 交流电压的测量 交流电压的测量通常有电压表法和示波器法 1 交流电压表法 2 示波器测量交流电压 1 交流电压表法 测量交流电压信号大小的仪表统称交流电压表 与直流电压表一样 交流电压表也分模拟式和数字式两大类 但不论是模拟式还是数字式 交流电压表测量交流电压时 都要通过交 直流电压转换器将交流电压转换为与之成比例的直流电压后再进行测量 用模拟式万用表测量交流电压 用数字式万用表测交流电压 用模拟式电子电压表测量交流电压 用模拟式万用表测量交流电压 用万用表的交流电压档测量电压时 是先将交流电压通过检波器转换成直流后 再推动磁电式微安表头 由表头指针指示出被测交流电压的大小 因为模拟式万用表多采用半波式或全波式检波器 而这两种检波器属于平均值检波器 这样表头指针的偏转角 与被测电压平均值成正比 仪表刻度盘的刻度则用正弦波的有效值来定度 读数 为定度系数 所以 只有当被测电压u t 为正弦波时 读数即为该正弦波的有效值 对于非正弦波 读数U 没有直接意义 既不等于其平均值也不等于其有效值 但可由读数U 换算出均值和有效值 以全波式检波器为例 换算步骤如下 第一步 按 平均值相等示数也相等 的原则将示值折算成被测电压的平均值则有 第二步 再根据波形因数 将式 3 12 代入下式 求出被测电压的有效值 例题3 3 用模拟式万用表 全波整流式 分别测量正弦波 方波及三角波电压 电压表示值为10V 问被测电压的有效值分别是多少伏 并进行波形误差分析 解 例题3 3结论 可见 对于不同的波形 其示值作为被测电压的有效值所产生的波形误差大小方向是不同的 用模拟式万用表测量交变电压 除产生波形误差外 还有直流微安表本身的误差 检波二极管的老化或变质等所造成的误差 但主要是波形误差 另外 因为模拟式万用表的内阻较低 且各量程的内阻不同 各档的内阻Rv 量程 灵敏度Sv 测量时应注意其内阻对被测电路的影响 此外 万用表测量交流电压的频率范围较小 一般只能测量频率在1KHz以下的交流电压 它的优点是 由于模拟式万用表的公共端与外壳绝缘胶木无关 与被测电路无共同机壳接触 即接 地 问题 因此 可以用它直接测量两点之间的交流电压 用数字式万用表测交流电压 用数字式万用表的交流电压档测量交流电压时 是先将交流电压检波 线性地转换成直流电压 再通过A D变换器变换成数字量 然后用计数器记数 以十进制显示被测电压值 与模拟式万用表交流电压档相比 数字式万用表的交流电压档输入阻抗较高 对被测电路的影响小 如DT 890B 型数字万用表的交流电压档的输入阻抗为10M 但它同样存在测量频率范围小的缺点 一般在40 200Hz的测量频率范围内 数字万用表测量交流电压产生的误差可用 3 1 或 3 2 式计算 用模拟式电子电压表测量交流电压 模拟式电子电压表是实验室中一种常用的电子测量仪器 例如晶体管毫伏表 它是将被测信号经过放大后再检波 或先将被测信号检波后再放大 变换成直流电压 推动微安表头 由表头指针指示出被测电压的大小 因此 这类电压表的输入阻抗高 量程范围广 使用频率范围宽 如EM2171型晶体管毫伏表的输入电阻大于2M 输入电容小于20pF 量程从1mV 300V 测量频率范围是20Hz 1MHz 一般模拟式电子电压表的金属机壳为接地端 另一端为被测信号输入端 因此 这种表一般只能测量电路中各点对地的交流电压 不能直接测量任意两点间的电压 通常 模拟式电子电压表的表盘刻度都是按正弦波的有效值刻度的 所以用它来测量正弦波形的电压时 可以由表盘直接读取电压有效值 但若用它测量非正弦电压 不能直接读数 需根据表内检波器的检波方式和被测波形的性质将读数乘上一个换算系数 见式3 13 才能得到被测非正弦波的电压有效值 2 示波器测量交流电压 示波器只能用于测量被测电压的峰值 峰 峰值 任意时刻的瞬时电压值或任意两点之间的电位差值 如果需要求出被测电压的有效值或平均值还需进行换算 测量方法如下 首先选择通道CH1或CH2 触发方式置 自动 触发源选择 INT 将Y1轴的耦合方式或开关置于 GND 处 调节Y轴 位移 旋钮使扫描线至屏幕中心 或所需位置 以此作为零电平线 此后不再移动Y轴 位移 将Y1轴的耦合开关置于 AC 处 当被测信号频率很低时 应置于 DC 处 调节Y1轴灵敏度旋钮 选择合适的Y轴灵敏度 V div 使显示的波形在Y轴方向的中心位置尽可能展开 按坐标刻度片的分度读出波形中被测点到零电平间的分度格数H 再与Y1轴灵敏度 V div 示值Sy相乘 则可求出被测点间的电压式中K为探头衰减倍数 例题3 4 如图3 10 a 所示 显示波形的振幅所占高度为3div 而峰 峰值所占高度为6div 如果此时Y轴灵敏度为2V div 则峰 峰值UP P 振幅值Um 有效值U分别为 例题3 5 如图3 10 b 所示 用示波器测量含直流分量的正弦电压 若aa 线为零参考电平线 bb 相对于aa 为3div 正弦波峰点相对于aa 为4 5div 峰 峰值所占格数为3div 若Y轴灵敏度为1V div 分别计算直流分量U0 峰点电压的瞬时值UP 峰 峰值UP P 振幅值Um 有效值U 用示波器法测量交流电压与电压表法相比具有如下优点 速度快 由于被测电压的波形能立即显示在屏幕上 故避免了表头的惯性 能测量各种波形的电压 电压表一般只能测量失真很小的正弦电压 而示波器能测量各种非正弦电压 还能测量脉冲电压 已调幅电压等 能测量瞬时电压 电压表由于惯性只能测出周期性变化信号的有效值电压 或峰值电压 而不能反应被测信号幅度的变化情况 而示波器的惯性很小 因此它不但能测量周期信号峰值电压 还能观测信号幅度的变化情况 甚至能够测量单次出现的信号电压 此外 它还能测量被测信号的瞬时电压和波形上任意两点间的电位差 能同时测量直流电压和交流电压 在一次测量过程中 电压表一般不能同时测量出被测电压的直流分量和交流分量 示波器能方便地实现这一点 应该指出的是用普通的模拟示波器测量直流电压主要缺点是误差较大 一般达5 10 采用数字式存储示波器测量 误差可减小到1 以下 另外 用示波器测量交流电压时 读得的是最大值或峰峰值 要知道有效值还需进行换算 3 2 2交流电流的测量 用间接法测量交流电流的方法与间接法测量直流电流的方法相同 只是对取样电阻有一定的要求 1 当电路工作频率在20KHz以上时 就不能选用普通线绕电阻作为取样电阻 而应应用薄膜电阻 以避免分布电感或分布电容的影响 2 由于一般电子仪器都有一个公共地 且与机壳相连 在测量中必须将所有的地连在一起 即必须共地 因此取样电阻的一端要连接在接地端 在LC振荡电路中 要连接在低阻抗端 这种利用取样电阻将交流电流的测量转换成交流电压的间接测量方法 可以使我们很方便地利用一切测量交流电压的方法来完成交流电流的测量 而且还可以利用示波器观察电路中电压和电流的相位关系 3 3高频电压与电流的测量 1 高频电压的测量2 高频电流的测量 1 高频电压的测量 为了分析电压表对被测电路的影响 我们来研究电压表的等效电路 图3 12 c 也可以代表电压表的输入电路 图中的电阻R代表电压表的输入电阻Ri 电容C0代表电压表的输入电容Ci 电压表的输入阻抗Zi越大 对被测电路的影响就越小 也就是说 Ri要大 Ci要小 否则 会引起很大的测量误差 特别是测量谐振回路的电压时 图3 11 电压表的Ci越大 回路的电容C越小 引起回路失谐越严重 输入电阻Ri并联在回路上 它将改变其工作状态 Ri越小 工作状态改变越显著 在宽频段内使用的电压表 其工作原理应当是示值与频率无关 图3 11测量谐振回路的电压 在无线电电子技术中 主要用电子电压表测量电压 它们的特性如下 1 在宽频段内 读数同被测电压的频率关系不大 2 消耗被测源的功率小 即对被测源工作状态的影响小 换句话说 输入电阻要大 输入电容小 3 测量电压的范围宽 灵敏度高 4 读数建立时间短 5 有承受过载的能力 电压表的输入端的电压超过允许值 2 高频电流的测量 与测量直流电流和交流电流相比 在宽频段内测量电流具有一系列的特点 为了阐明这些特点 我们首先研究高频电流表的等效电路如图3 12 a 所示 这里 A和B 电流表的输入接线柱 C1和C2 接线柱对地 机壳 的电容 C 电流表接线柱之间的电容 L和R 电流表的电感和电阻 还可以把以上电路化成更简单的形式如图3 12 b 用R 和jX 来表示电流表的等效电阻和等效电抗 它们都与被测电流的频率有关 图3 12高频电流表的等效电路 a 完全电路图 b 折合的电路图 c 简化的电路图 3 4电平的测量 1 电平的概念2 电平计算3 电平表与电平测量 1 电平的概念 人们对两个电信号强弱的水平高低常用两个信号的功率或电压之比的对数来表示 有时也用两电流之比的对数来表示 即 电平 其单位为贝尔 Bel 但由于这个单位太大 实际上常用贝尔的十分之一作为新单位 称为分贝 应特别注意是这里所指的电平与数字电路中所说的电平是完全不同的 在数字电路中只有0和1两个数字量 其对应的低电位和高电位也称为低电平和高电平 2 电平计算 1 绝对功率电平Lp 2 相对功率电平L p 3 绝对电压电平LU 4 相对电压电平L U 5 绝对电压电平与绝对功率电平的关系 1 绝对功率电平Lp 在电信工作中 由于历史原因 常用 600 电阻消耗1mW的功率 作为0功率电平参考点 用P0表示 任意功率与之相比的对数称为绝对功率电平 式中PX为任意功率 2 相对功率电平L p 任意两功率之比的对数称为相对功率电平 或 3 绝对电压电平LU 当600 电阻上消耗1mW的功率时 600 电阻两端的电位差为0 775V 此电位差称为基准电压 任意两点间电压与基准电压之比的对数称为该电压的绝对电压电平 即Ux为任意两点间的电压 4 相对电压电平L U 任意两电压之比的对数称为相对电压电平 或 5 绝对电压电平与绝对功率电平的关系 当被测电压为非600 电阻上的电压时 其绝对功率电平与绝对电压电平的关系是由上式可见 当Rx 600 时 电阻Rx的绝对功率电平等于它的绝对电压电平 而当Rx 600 时 电阻Rx的绝对功率电平不等于它的绝对电压电平 而相差10lg 600 Rx 即电阻Rx 600 的修正值 3 电平表与电平测量 电平表是利用电平与电压的关系进行标尺重新刻度的电压表 从电压电平的定义就可以看出电平与电压之间的关系 电平的测量实际上就是电压的测量 只是标尺刻度不同而已 任何电压表只要表盘按分档 刻度都可以成为一个测量电压电平的电平表 在此要注意的是电平刻度是以1mW功率消耗于600 电阻为零分贝进行计算的 即0dB 0 775V 3 5噪声电压的测量 噪声又分外界干扰和内部噪声两大部分 由于外界干扰可通过技术手段消除 所以最终关心的噪声电压的测量主要是对电路内部产生的噪声电压的测量 电路中固有噪声主要有热噪声 霰弹噪声和闪烁噪声三种 其中 闪烁噪声又称为1 f噪声 主要对低频有影响 又称为低频噪声 而热噪声和霰弹噪声在线性频率范围内能量分布是均匀的 因而被称为白噪声 本节主要介绍白噪声电压的测量 白噪声 噪声是一种随机信号 其波形是非周期性的 变化是无规律的 电压瞬时值按高斯正态分布规律分布 其概率密度函数为 式中U为噪声电压的有效值 u是噪声电压的瞬时值 噪声电压一般指的是噪声电压的均方值 即有效值 因此 白噪声的波形因数KF为 白噪声的有效值 均方值 为 白噪声的检波平均值为 噪声电压的测量方法主要有电压表法和示波器法 1 用交流电压表测量噪声电压 噪声电压一般指有效值 均方值 因此用有效值电压表测量噪声电压有效值是很方便的 但是这种电压表较少 且多数有效值电压表的频带较窄 所以一般都用平均值电压表进行噪声电压的测量 平均值电压表的指针偏转角与被测电压的平均值成正比 但表盘刻度按正弦波电压有效值刻度 因此 用它测量非正弦的噪声电压时 其表针示数没有直接意义 必须经过换算 才能得到被测噪声电压的有效值 换算的原则是无论被测电压是何种波形 只要平均值相等 则表盘指针示数相等 用平均值电压表测量噪声电压还要注意两点 电压表的频带宽度应比被测电路的噪声带宽大得多 对放大器而言 其噪声频带宽近似为放大器的 3dB带宽 根据噪声的特性 在某些时刻噪声电压的峰值可能很高 可能会超过表中放大器的动态范围而产生削波现象 所以在噪声测量中 平均值电压表指针应指在表盘刻度线的1 3 1 2之间读数 以提高测量准确度 2 用示波器测量噪声电压 示波器的频带宽度很宽时 可以用来测量噪声电压 使用极其方便 尤其适合于测量噪声电压的峰峰值 测量时将被测噪声信号通过AC耦合方式送入示波器的垂直通道 将示波器的垂直灵敏度置于合适档位 将扫描速度置较低档 在荧光屏上即可看到一条水平移动的垂直亮线 这条亮线垂直方向的长度乘以示波器的垂直电压灵敏度就是被测噪声电压的峰峰值UP P 则噪声电压的有效值为U 1 6 UP P