电压测量练习题.docx

1、电压测量练习题电压测量 一、填空题1、 用一只0.5 级50V的电压表测量直流电压，产生的绝对误差_伏。答案： 0.25 2、 用峰值电压表测量某一电压，若读数为1V，则该电压的峰值为_伏。答案： 1.41 3、采用某电压表（正弦有效值刻度）测量峰值相等（Vp=5V）的正弦波、方波、三角波，发现读数相同，则该表为_检波方式，读数_。答案： 峰值 3.53V 4、.峰值电压表的基本组成形式为_式。答案： 检波放大 7、某数字电压表的最大计数容量为19999，通常称该表为_位数字电压表；若其最小量程为0.2V，则其分辨力为_ 。答案： (或四位半) , 10V 9. 四位半的DVM测量15V的稳压

2、电源电压为15.125V，取四位有效数字时其值为 。答案： 15.12V 二、判断题：2、 数字电压表的固有误差由两项组成，其中仅与被测电压大小有关的误差叫读数误差，与选用量程有关的误差叫满度误差。（ ）5、 有效值电压表适应于非正弦波的电压测量，其电压刻度与被测电压波形无关。（ ）6、双斜式DVM中，其平均特性可以抑制共模干扰影响。（ ）7、双积分式DVM中变换结果与积分器积分元件RC有关，但其积分器线性不好也不会引起测量误差。（ ）8、对于双积分式DVM，对输入信号积分的时间只有等于工频（50Hz）的周期时，才能抑制工频干扰。（ ）9. 一台四位半的DVM，基本量程为2V，则其具有超量程能

3、力。( ) 四位半的DVM显示为19999，若基本量程为2V，则不能再超过此值。三、选择题：1、交流电压的波峰因素Kp定义为_。( C )A:峰值/平均值B:有效值/平均值C:峰值/有效值D:平均值/峰值2、波形因素为_。( B )A:平均值与有效值之比B:有效值与平均值之比C:峰值与平均值之比D:峰值与有效值之比5、交流电压V(t)的有效值的表达式为_。( D )A: B: C: D: 6、一台5位DVM，其基本量程为10V，则其刻度系数（即每个字代表的电压值）为_mv/字。( B )A:0.01B:0.1C:1D:107、一台5位半DVM，其基本量程为2V，则其刻度系数（即每个字代表的电压

4、值）为_mV/字。( A )A:0.01B:0.1C:1D:109、根据dB及dBm的定义，当负载阻抗为_时，dB=dBm。( D )A:75B:150C:300D:60010、在双斜式积分DVM中，积分过程可简述为_。( B )A: 对被测信号定斜率正向积分，对基准电压 定时反向积分B: 对被测信号定时正向积分，对基准电压 定斜率反向积分C: 对被测信号定时正向积分，对基准电压 定时反向积分D: 对被测信号定斜率正向积分，对基准电压 定斜率反向积分11、一台4 位DVM，因有误差为（0.01%读数+1字），则在2V量程上的满度误差为 ( C )。A:1mV B:2mV C:0.1mV D:0

5、.2mV基本量程为10.000V的四位斜坡电压式DVM中，若斜坡电压的斜率为10V/40ms，问时钟频率应为多少？当被测直流电压Ux=9.256V 时，门控时间及累计脉冲数各为多少？ 设一台基于单斜A/D转换器的4位DVM，基本量程为10V，斜波发生器的斜率为10V/100ms，试计算时钟信号频率。若计数值N=5123，则被测电压值是多少？P203解 4位DVM即具有4位数字显示，亦即计数器的最大值为9999。满量程10V（即A/D转换器允许输入的最大电压为10V）， 又，斜波发生器的斜率为10V/100ms，则在满量程10V时，所需的A/D转换时间即门控时间为100ms。即在100ms内计数

6、器的脉冲计数个数为10000（最大计数值为9999）。于是，时钟信号频率为 若计数值N=5123，则门控时间为又由斜率k=10V/100ms，即可得被测电压为VxkT10V/100ms51.23ms5.123V显然，计数值即表示了被测电压的数值，而显示的小数点位置与选用的量程有关。双斜积分式DVM基准电压Vr=10V，第一次积分时间T1=100ms，时钟频率f0=100kHz，问：（1）该DVM为多少位的电压表？（2）该DVM的分辨力为多少？（3）DVM显示出T2时间内的计数值N2=5600，问被测电压Vx=?解：（1） ，故DVM为四位（2）分辨力 （3） ， 5-23 甲、乙两台DVM，显

7、示的最大值为：甲9999 ；乙19999 ；问：它们各是几位的数字电压表？乙的最小误差为0.2V，其分辩力是多少？工作误差为（），分别用2V和20V量程，测量的电压，求绝对误差和相对误差？下面给出四种数字电压表的最大计数容量 word19 9999 ； 19999 ； 5999； 19999 。试说明它们分别是几位的数字电压表？其中第种的最小误差为0.2V，问它的分辩力是多少？解（1）4位；（2）位；（3） 位（也可以说4位）；（4）位位，其中第二种的最小量程为0.2V，它的分辨率是10V。数字电压表的固有误差U（0.001%读数0.002%满度），求用2V量程测量1.8V和0.18V电压时产

8、生的绝对误差和相对误差。解：用2V量程档，测1.8V电压的误差为V（0.001%Vx0.002%Vm）（0.001%1.80.002%2.0）5.8105V相对误差用2V量程档，测0.18V电压的误差为V（0.001%Vx0.002%Vm）（0.001%0.180.002%2.0）4.18105V相对误差例 一台3位半的DVM给出的精度为：（0.1%读数+1字），如用该DVM的020V DC的基本量程分别测量5.00V和15.00V的电源电压，试计算DVM测量的固有误差。解 首先，计算出“1字”对应的满度误差。 在020V量程上，3位半的DVM对应的刻度系数为0.01V/字，因而满度误差“1字

9、”相当于0.01V。 当Vx=5.00V时，固有误差和相对误差分别为： Vx(0.1%5.00V0.01V)0.015V 当Vx=15.00V时，固有误差和相对误差分别为： Vx(0.1%15.00V0.01V)0.025V 可见，被测电压愈接近满度电压，测量的（相对）误差愈小（这也是在使用DVM时应注意的）。用一只四位DVM的5V量程分别测量5V和0.1V电压，已知该仪表的准确度为0.01Ux1个字，求由仪表的固有误差引起的测量误差的大小。测量5V电压时的误差因为该仪表是四位的，用5V量程时，1个字相当于0.001V，所以绝对误差U0.01%51个字0.00050.0010.0015（V）示

10、值相对误差为测量0.1V电压时的误差绝对误差为U0.01%0.11个字0.00010.0010.001（V）示值相对误差为可见当不在接近满量程显示时，误差是很大的，为此，当测量小电压时，应当用较小的量程。又可看出“1个字”的误差对测量结果的影响也是较大的，不可忽视。试述电压测量的基本原理、方法和分类。被测电压按对象可以分为直流电压和交流电压，按技术可以分为模拟测量和数字测量。测量方法不同，所用的测量仪器有所不同。. 交流电压的模拟测量方法方法：交流电压（有效值、峰值和平均值）转换为直流电流驱动表头指示。模拟式电压表是指针式的，用磁电式电流表作为指示器，并在电流表表盘上以电压（或dB）刻度。根据

11、功能分为：直流电压表交流电压表、脉冲电压表和多用途电压表；根据使用频率范围分为：超低频电压表，低频（音频）电压表、高频电压表超高频电压表和选频电压表。根据测量目的的不同，可以选用不同特性的检波器，有峰值检波、平均值检波与有效值检波三种。 有效值、峰值和平均值电压表，电平表等。数字化直流电压测量方法数字式电压表首先将模拟量通过模/数（A/D）变换器变成数字量，然后用电子计数器计数，并以十进制数字显示被测电压值。模拟直流电压A/D转换器数字量数字显示（直观）。 数字电压表（DVM），数字多用表（DMM）。交流电压的数字化测量交流电压（有效值、峰值和平均值）直流电压A/D转换器数字量数字显示。 DV

12、M（DMM）的扩展功能。基于采样的交流电压测量方法交流电压A/D转换器瞬时采样值u (k) 计算。如根据， N为u(t)的一个周期内的采样点数可计算得到有效值。示波测量方法交流电压模拟或数字示波器显示波形读出结果。5. 表征交流电压的基本参量有那些？简述各参量的意义。交流电压可以用峰值、平均值、有效值、波形系数及波峰系数来表征。峰值以零电平为参考的最大电压幅值（用Vp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表示平均值交流电压测量中，平均值通常指经过全波或半波整流后的波形（一般若无特指，均为全波整流），数学上定义为： ， T为u(t)的周期。相当于交流电压u(t)的直流分量。

13、对理想的正弦交流电压u(t)= Vp sin(t)，若=2/T有效值交流电压u(t)在一个周期T内，通过某纯电阻负载R所产生的热量，与一个直流电压V在同一负载上产生的热量相等时，则该直流电压V的数值就表示了交流电压u(t)的有效值。对理想的正弦交流电压u(t)= Vp sin(t)，若=2/T Vp0.707 Vp 波峰因数峰值与有效值的比值，用Kp表示。 对理想的正弦交流电压u(t)= Vp sin(t)，若=2/T，有 1.414波形因数有效值与平均值的比值，用KF表示。对理想的正弦交流电压u(t)= Vp sin(t)，若=2/T，有 6.如何由峰值电压表和平均值电压表的读数换算得到被测

14、电压的有效值。峰值电压表的增益可以做得很高，而且噪声和零点漂移都很小，灵敏度可高达几十V，故常称超高频毫伏表。峰值响应，即：u(t) 峰值检波 放大 驱动表头原理：由二极管峰值检波电路完成。通过二极管正向快速充电达到输入电压的峰值，而二极管反向截止时“保持”该峰值。有二极管串联和并联两种形式。从波形图可以看出，峰值检波电路的输出存在较小的波动，其平均值略小于实际峰值。表头刻度按（纯）正弦波有效值刻度。因此：当输入u(t)为正弦波时，读数即为u(t)的有效值V（而不是该纯正弦波的峰值Vp）。 对于非正弦波的任意波形，读数没有直接意义（既不等于其峰值Vp也不等于其有效值V）。但可由读数换算出峰值和

15、有效值。1刻度特性峰值电压表是按正弦有效值来刻度的，即式中电压表读数；V正弦电压有效值；KP正弦波的波峰因数。由读数换算出峰值和有效值的换算步骤如下： 第一步，把读数想象为有效值等于的纯正弦波输入时的读数，即V 第二步，将V转换为该纯正弦波的峰值，即Vp V第三步，假设峰值等于Vp的被测波形（任意波）输入 ，即Vp任意 Vp 注：“对于峰值电压表，（任意波形的）峰值相等，则读数相等”。第四步，由Vp任意，再根据该波形的波峰因数（查表可得），其有效值 (5-17a)上述过程可统一推导如下： (5-17b)该式表明：对任意波形，欲从读数得到有效值，需将乘以因子k。（若式中的任意波为正弦波，则k=1

16、，读数即为正弦波的有效值）。综上所述，对于任意波形而言，峰值电压表的读数没有直接意义，由读数到峰值和有效值需进行换算，换算关系归纳如下： 式中，为峰值电压表读数，Kp为波峰因数。 若将读数直接作为有效值，产生的误差为 上式称为峰值电压表的波形误差，它反映了读数值与实际有效值之间的差异。例 用具有正弦有效值刻度的峰值电压表测量一个方波电压，读数为1.0V，问如何从该读数得到方波电压的有效值？解 根据上述峰值电压表的刻度特性，由读数=1.0V， 第一步，假设电压表有一正弦波输入，其有效值=1.0V； 第二步，该正弦波的峰值=1.4V； 第三步，将方波电压引入电压表输入，其峰值Vp=1.4V； 第四

17、步，查表可知，方波的波峰因数Kp=1，则该方波的有效值为： V=Vp/Kp=1.4V。 波形误差为：平均值检波 放大检波式电子电压表，即先放大后检波，在均值电压表中，检波对被测电平的平均值产生响应，一般都采用二极管全波或桥式整流作为检波器，一般所谓“宽频毫伏表”基本上属于这种类型。典型的频率范围为20Hz10MHz，故又视为“视频毫伏表”。由二极管桥式整流（全波整流和半波整流）电路完成。整流电路输出直流电流I0，其平均值与被测输入电压u(t)的平均值成正比（与u(t)的波形无关）。于是，I0的平均值与u(t)的平均值成正比。刻度特性和波形误差：均值电压表的表头偏转正比于被测电压的平均值平均值在

18、数学上定义为 对于纯粹的交流电压来说，比如正弦波电压，0。均值电压表虽然是均值响应，但是，仍以正弦有效值刻度。定义一个信号电压的有效值与平均值之比为波形因数，即 KF由读数换算出均值和有效值的换算步骤如下： 第一步，把读数想象为有效值等于的纯正弦波输入时的读数，即V 第二步，由V 计算该纯正弦波均值第三步，假设均值等于的被测波形（任意波）输入，即任意0.9注：“对于均值电压表，（任意波形的）均值相等，则读数相等”。第四步，由任意，再根据该波形的波形因数（查表可得），其有效值(5-20a)上述过程可统一推导如下：上式表明，对任意波形，欲从均值电压表读数得到有效值，需将乘以因子k。（若式中的任意波

19、为正弦波，则k=1，读数即为正弦波的有效值）。 综上所述，对于任意波形而言，均值电压表的读数没有直接意义，由读数到峰值和有效值需进行换算，换算关系归纳如下：(5-21)式中，为均值电压表读数，KF为波形因数。若将读数直接作为有效值，产生的误差为(均值电压表的波形误差)例 用具有正弦有效值刻度的均值电压表测量一个方波电压，读数为1.0V，问该方波电压的有效值为多少？解 根据上述均值电压表的刻度特性，由读数=1.0V， 第一步，假设电压表有一正弦波输入，其有效值=1.0V； 第二步，该正弦波的均值=0.9=0.9V； 第三步，将方波电压引入电压表输入，其均值0.9V；第四步，查表可知，方波的波形因

20、数=1，则该方波的有效值为: 0.9V。 波形误差为：8. 简述双积分式AD转换原理及特点。基本原理：通过两次积分过程(“对被测电压的定时积分和对参考电压的定值积分”)的比较，得到被测电压值。包括积分器、过零比较器、计数器及逻辑控制电路。双积分式ADC特点：一次测量包括3个连续过程，所需时间为T0+ T1+ T2，其中，T0、T1是固定的，T2则与被测电压Vx有关，Vx愈大T2愈大。一般转换时间在几十ms几百ms，（转换速度为几次/秒几十次/秒），其速度是较低的，常用于高精度慢速测量的场合。1）积分器的R、C元件对A/D转换结果不会产生影响，因而对元件参数的精度和稳定性要求不高。2）参考电压V

21、r的精度和稳定性对A/D转换结果有影响，一般需采用精密基准电压源。例如，一个16bit的A/D转换器，其分辨率1LSB=1/216=1/655361510-6，那么，要求基准电压源的稳定性（主要为温度漂移）优于15ppm（即百万分之15）。3）比较器要求具有较高的电压分辨力（灵敏度）和时间分辨力（响应带宽）。如一个6位的A/D转换器，若满度时积分器输出电压为10V，则ADC的1LSB=10V/106=10uV，则要求比较器的灵敏度优于10uV。响应带宽则决定了比较器及时响应积分器输出信号快速（斜率较陡峭）过零时的能力。4）积分器响应的是输入电压的平均值，因而具有较好的抗干扰能力。如输入电压vx

22、 = Vx + vsm，则T1阶段结束时积分器的输出为DVM的最大干扰来自于电网50Hz工频电压（周期为20ms），因此，只要选择T1时间为20ms的整倍数，则干扰信号vsm的平均值为零。若采用有正弦波有效值刻度的平均电压值表分别测量三种波形（正弦波、方波、三角波）交流电压进行测量，指示值均为1V，问各种波形有效值分别是多少？(波形因数分别为正弦波1.11，方波1，三角波1.15)设上题中，若采用有正弦波有效值刻度的峰值电压值表，三种波形（正弦波、方波、三角波）的有效值分别是多少？(波峰因数分别为正弦波1.414，方波1，三角波1.73)试述电压测量的基本原理、方法和分类。被测电压按对象可以分

23、为直流电压和交流电压，按技术可以分为模拟测量和数字测量。测量方法不同，所用的测量仪器有所不同。基本量程为10.000V的四位斜坡电压式DVM中，若斜坡电压的斜率为10V/40ms，问时钟频率应为多少？当被测直流电压Ux=9.256V 时，门控时间及累计脉冲数各为多少？基本量程为10.000V的四位斜坡电压式DVM中，若斜坡电压的斜率为10V/40ms，问时钟频率应为多少？当被测直流电压Vx9.256V 时，门控时间及累计脉冲数各为多少？答案：时钟脉冲频率为：若被测电压Vx9.256V门控时间累计脉冲数N37.024ms250kHz=9256个脉冲 设一台基于单斜A/D转换器的4位DVM，基本量

24、程为10V，斜波发生器的斜率为10V/100ms，试计算时钟信号频率。若计数值N=5123，则被测电压值是多少？P203若斜坡电压的斜率为10V/50ms，要求4位数字读出，则时钟脉冲频率应为若被测电压Vx9.163V门控时间T累计脉冲数45.85ms200kHz=9163个脉冲通过确定小数点位置，可显示出9.163V。用斜坡电压技术所能达到的测量准确度，取决于斜坡电压的线性及其绝对斜率稳定性，以及时间测量的准确度。此外，比较器的稳定性也是影响测量误差的重要因素。双斜积分式DVM基准电压Vr=10V，第一次积分时间T1=100ms，时钟频率f0=100kHz，问：（1）该DVM为多少位的电压表

25、？（2）该DVM的分辨力为多少？（3）DVM显示出T2时间内的计数值N2=5600，问被测电压Vx=?双斜积分式DVM基准电压Vr=10V，第一次积分时间T1=100ms，时钟频率f0=100kHz，问：（1）该DVM为多少位的电压表？（2）该DVM的分辨力为多少？（3）DVM显示出T2时间内的计数值N2=5600，问被测电压Vx=?解：（1），故DVM为四位（2）分辨力 （3）甲、乙两台DVM，显示的最大值为：甲9999 ；乙19999 ；问：它们各是几位的数字电压表？乙的最小误差为0.2V，其分辩力是多少？工作误差为（），分别用2V和20V量程，测量的电压，求绝对误差和相对误差？5-24、

26、一台DVM，准确度为 ，温度系数为，在室温为28时用2V量程档分别测量2V和0.4V两个电压，试求此时的示值相对误差。 例 一台3位半的DVM给出的精度为：（0.1%读数+1字），如用该DVM的020V DC的基本量程分别测量5.00V和15.00V的电源电压，试计算DVM测量的固有误差。解 首先，计算出“1字”对应的满度误差。 在020V量程上，3位半的DVM对应的刻度系数为0.01V/字，因而满度误差“1字”相当于0.01V。 当Vx=5.00V时，固有误差和相对误差分别为： Vx(0.1%5.00V0.01V)0.015V 当Vx=15.00V时，固有误差和相对误差分别为： Vx(0.1%15.00V0.01V)0.025V 可见，被测电压愈接近满度电压，测量的（相对）误差愈小（这也是在使用DVM时应注意的）。例 一台DVM，其输入等效电阻Ri=1000M, 输入零电流I0=1nA，被测信号源等效内阻Rs=2k，分别测量Vx=2V和Vx=0.2V两个电压，计算由Ri和I0引入的附加误差极限值。解 为计算由Ri和I0引入的附加误差极限值，可将分别由Ri和I0引入的附加误差进行代数和合成。即 将Ri=1000 M, I0=1nA，Rs=2k代入上式，计算得： 当Vx=2V时，当Vx=0.2V时，可见，当测量小电压时I0的影响较大。