對常用模擬式交流毫伏表電路結(jié)構(gòu)形式與讀數(shù)值修正方法的分析

山東信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與通信系 宋悅孝

威海市衛(wèi)生學(xué)校 宋春意

模擬式交流毫伏表是日常工作中應(yīng)用最普遍的電壓測量儀器，正確理解掌握常用模擬式交流毫伏表電路結(jié)構(gòu)形式與讀數(shù)值的修正方法，對日常測量工作影響甚大。

模擬式交流毫伏表是日常工作中應(yīng)用最普遍的電壓測量儀器，也是數(shù)字式交流毫伏表的構(gòu)成基礎(chǔ)，正確理解掌握常用模擬式交流毫伏表電路結(jié)構(gòu)形式與讀數(shù)值的修正方法，對日常測量工作影響甚大。

1 模擬式交流毫伏表分類

為了利用直流電流表進行測量指示，需選用檢波器將交流電壓變?yōu)橹绷麟妷汉笏椭岭娏鞅?。按照檢波器輸出與輸入的關(guān)系，將檢波器分為均值、峰值和有效值檢波器，三者的輸出分別與其輸入交流電壓的平均值、峰值和有效值（或有效值的平方）成正比，對應(yīng)的模擬式交流毫伏表依次稱為均值電壓表、峰值電壓表和有效值電壓表。因為有效值電壓表結(jié)構(gòu)復(fù)雜、受環(huán)境溫度影響大、價格昂貴，平時較少用到，用的最多的是均值電壓表。

2 模擬式交流毫伏表的電路結(jié)構(gòu)形式與性能分析

模擬式交流毫伏表的基本組成主要包括衰減器、放大器、檢波器和直流電流表。為了提高交流毫伏表的測量準(zhǔn)確度，要求模擬式交流毫伏表的輸入阻抗在1MΩ以上、10pF以下，亦即要求第一級電路的輸入阻抗應(yīng)符合上述要求。

放大器用于對其輸入端的輸入電壓進行放大，以提高交流毫伏表的測量靈敏度（同時擴展交流毫伏表下限量程）與準(zhǔn)確度。衰減器用于對其輸入端的輸入電壓進行衰減，以擴展交流毫伏表上限量程。

如果將放大器作為交流毫伏表第一級，當(dāng)測量較大的被測電壓時，可能因其超出放大器能夠正常放大的輸入電壓的范圍而增大測量誤差降低測量準(zhǔn)確度，甚至因被測電壓過大而燒壞交流毫伏表中的部分電路，故不可將放大器作為交流毫伏表第一級；而衰減器不存在放大器出現(xiàn)的以上問題，且衰減器的輸入阻抗可以很高，故可將衰減器置于放大器之前或交流毫伏表的第一級。

2.1 均值電壓表的電路結(jié)構(gòu)形式與性能分析

均值電壓表中，為了實現(xiàn)均值檢波，要求均值檢波器負載電阻值不能太大，故均值檢波器只能與其后輸入電阻值較小的電流表連接，而不能連接輸入電阻值較大的衰減器或者交流放大器；而且因為均值檢波器輸入電阻值較?。ㄒ话銥?～3kΩ），故不能將均值檢波器作為交流毫伏表的第一級，均值電壓表的電路結(jié)構(gòu)形式只能是放大——檢波式。均值電壓表的具體電路構(gòu)成是衰減器——交流放大器——均值檢波器——直流電流表。

交流毫伏表作為專用的電壓測量儀器，因其具有較高的測量靈敏度和測量準(zhǔn)確度，所以要求放大器應(yīng)具有較高的電壓增益；又因交流放大器的增益與通頻帶乘積為常數(shù)，使得交流放大器的通頻帶變窄，所以均值電壓表一般為低頻或視頻毫伏表，是最常用的交流電壓測量儀器。

2.2 峰值電壓表的電路結(jié)構(gòu)形式與性能分析

峰值電壓表中，為了實現(xiàn)峰值檢波，要求峰值檢波器的負載電阻值必須很大；否則，不能實現(xiàn)峰值檢波。而且峰值檢波器的負載電阻值越大，越有利于提高測量準(zhǔn)確度，故電阻值比較小的電流表不可以接在峰值檢波器之后。

峰值檢波器具有輸入阻抗高、靈敏度高、頻率范圍寬的特點，故可將峰值檢波器置于第一級，且因峰值檢波器具有體積小、靈敏度高、頻率范圍寬、無需直流供電電源等特點，可做成探頭與被測電路直接進行連接；另外，將峰值檢波器做成探頭時，因其輸出的是直流電壓，即使其后有較長的測試線也不存在分布參數(shù)，且因測試線外加屏蔽層可以抑制干擾信號的影響，故可以提高交流毫伏表的測量準(zhǔn)確度和靈敏度。

如果將峰值檢波器置于衰減器和交流放大器之間，為了改變量程，則需要設(shè)置量程旋鈕來改變衰減器衰減比，故不宜將衰減器單獨做成探頭直接跟被測電路連接，因此必須選用較長的交流測試線與被測電路進行連接。而采用較長的測試線時，因其分布參數(shù)增大、引入的干擾信號增大而降低測量準(zhǔn)確度，故不宜將衰減器置于檢波器之前。

可見，峰值電壓表的電路結(jié)構(gòu)形式只能是檢波——放大式，具體電路構(gòu)成是峰值檢波器——衰減器——直流放大器——直流電流表。

為了避免直流放大器零點漂移降低測量準(zhǔn)確度和靈敏度，峰值電壓表通常選用調(diào)制式直流放大器。因為直流放大器不受電壓增益與通頻帶乘積等于常數(shù)的限制，使得峰值電壓表一般為高頻或超高頻毫伏表，是比較常用的交流電壓測量儀器。

3 常用模擬式交流毫伏表讀數(shù)值的修正

交流毫伏表是以正弦波有效值進行定度的，故在測量正弦波大小時，均值電壓表或峰值電壓表的讀數(shù)值（設(shè)為Uα）均等于被測正弦波的有效值（設(shè)為U～），即U～=Uα。

3.1 均值電壓表讀數(shù)值的修正

因為均值電壓表指針的偏轉(zhuǎn)取決于檢波器變換得到的輸入給直流電流表的直流電壓，而均值電壓表均值檢波器變換得到的直流電壓與交流電壓的平均值成正比，所以在測量非正弦波時，僅僅說明非正弦波的平均值（設(shè)為）與讀數(shù)值相同的正弦波的平均值（設(shè)為）相等，即：

在測量非正弦波時，均值電壓表的讀數(shù)值無實際的物理意義。因為：

式中，KF為交流電壓波形因數(shù)；U為交流電壓有效值；為交流電壓平均值；KP為交流電壓波峰因數(shù)；為交流電壓峰值?？梢酝ㄟ^查表或數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到KF、KP。波形相同，KF、KP分別相等；波形不同，KF、KP不相等。

在測量正弦波時，均值電壓表存在關(guān)系如下：

在測量非正弦波時，均值電壓表存在關(guān)系如下：

式中，UN為非正弦波有效值；KFN為非正弦波波形因數(shù)；為非正弦波峰值；KPN為非正弦波波峰因數(shù)。

均值檢波器分為全波均值檢波器和半波均值檢波器，后者的輸出等于前者的一半。如果均值電壓表選用半波均值檢波器，只是指針偏轉(zhuǎn)角度變?yōu)槿ň禉z波時的一半，但指針對應(yīng)的讀數(shù)值不變，故均值電壓表不管選用何種形式的均值檢波器，讀數(shù)值的修正方法相同。

3.2 峰值電壓表讀數(shù)值的修正

與均值電壓表類似，因為峰值檢波器變換得到的直流電壓與交流電壓的峰值成正比，所以峰值電壓表在測量非正弦波時，僅僅說明非正弦波的峰值與讀數(shù)值相同的正弦波的峰值相等，其讀數(shù)值無實際的物理意義，且選用不同類型峰值檢波器時的峰值電壓表讀數(shù)值的修正方法相同。

在測量非正弦波時，峰值電壓表存在關(guān)系如下：

從電路結(jié)構(gòu)形式上看，數(shù)字式電壓表只是將模擬式電壓表中的模擬指示（即電流表）改為數(shù)字顯示（即數(shù)字表頭），而對其讀數(shù)值的修正方法相同。