电压的测量方法

2．2．1　电压的测量方法

在测量电压时，要根据被测电压的性质（直流或交流）、工作频率、波形、被测电路阻抗、测量精度等来选择测量仪表（如仪表量程、阻抗、频率、准确度等级）。

1）直接测量法

用模拟指针式电压表可以直接测量交、直流电压的各主要参数。如磁电式仪表可以测量直流电压；电磁式或电动式仪表可以测出交流电压的有效值，也适用于低频交流电压的测量。

测量时，要考虑电表输入阻抗、量程、频率范围，尽量使被测电压的指示值在仪表满刻度量程的2／3以上，这样可以减少测量误差。

2）比较测量法——示波器法

比较测量法测电压是将已知电压值（一般为峰峰值）的信号波形与被测电压的信号波形做比较，计算出电压值。

（1）示波器测直流电压

将“AC－GND－DC”开关置于“GND”，并拉出触发电平旋钮得到一扫描线，将它移到示波器屏幕刻度中心作为零电压基准；然后将开关置于“DC”，扫描线将上移或下移。根据偏离值就可以算出直流电压值：

直流电压＝偏离值×（V／DIV）

式中，V／DIV为示波器面板上Y周衰减器的旋钮指示值。扫描线上移为正电压，下移为负电压。

（2）示波器测交流电压

将示波器的V／DIV微调旋钮和扫描时间／DIV微调旋钮置于校准位置，则荧光屏显示的信号如图2－1所示。

如V／DIV调在5V，则图示正弦信号的峰值电压为Up＝5V／DIV×2DIV＝10V，图示正弦信号的峰峰值电压为U_pp＝5V／DIV×4DIV＝20V，图示正弦信号的有效值为

图2－1　交流电压测试图

（3）周期和频率的测量

周期是指一个信号的重复时间间隔，可以用具有时间测量功能的示波器或数字频率计测量。在实验教学中，使用示波器即可满足要求。下面介绍用示波器测量周期的方法。

将示波器X轴扫描速度微调旋钮置于校准位置，将待测信号从Y轴（CH1）输入，将X轴扫描速度转换开关（T／DIV开关）置于适当位置，使波形幅度和显示的周期数易于读取。然后，在稳定的波形上选定可以代表周期的两点，例如将X轴扫描速度转换开关置于0．5ms／cm挡，则在示波器的荧光屏上显示一个完整周期的正弦波，其在X轴方向上的长度为4cm，待测信号的周期为4cm×0．5ms／cm＝2ms。

这种测量方法简便、直观，但测量精度较差。为了提高测量准确度，可用多周期法，即读出数个周期的时间间隔，再除以周期数。

频率是电信号的一个重要参数，实验中常用示波法和计数法进行测量。

①示波法。用示波器测出信号的周期，根据频率与周期的倒数关系f＝1／T计算出频率。

②计数法。用数字频率计直接测量频率既方便又准确，是目前广泛采用的一种方法。一般实验室使用的函数信号发生器兼有外测频率的功能，实验时，一般不必另配频率计。

对于非正弦的脉冲信号电压，一般不能用毫伏表来测量，而采用示波器。同样用比较法测量（方法同测正弦交流电压）。以上测量所用示波器为双踪示波器XXX型，如采用其他智能型示波器，如HP示波器，测量频率和周期就更简单了。若想了解采用其他型号示波器测量的方法，可以参阅本书仪器使用章节的内容。

图2－2　微差法电压测量图

3）用微差法测量大电压的变化量

为了正确地测量出大电压的微小变化量（如直流稳压源由于电网或负载变化而引起的输出电压的变化），可以用多位数字电压表直接测量。若无合适的数字电压表，可用微差法测量。如图2－2所示，E是一个标准电源，E＝Uo。当6V稳压电源有0．01V量级的变化时，用大量程电压表难以准确读数；可用一小量程（0～50mV）电压表来测量，就能得到较高的精度。微差法的测量精度取决于E和小量程电压表精度的组合关系。