对常用模拟式交流毫伏表电路结构形式与读数值修正方法的分析

山东信息职业技术学院电子与通信系 宋悦孝

威海市卫生学校 宋春意

模拟式交流毫伏表是日常工作中应用最普遍的电压测量仪器，正确理解掌握常用模拟式交流毫伏表电路结构形式与读数值的修正方法，对日常测量工作影响甚大。

模拟式交流毫伏表是日常工作中应用最普遍的电压测量仪器，也是数字式交流毫伏表的构成基础，正确理解掌握常用模拟式交流毫伏表电路结构形式与读数值的修正方法，对日常测量工作影响甚大。

1 模拟式交流毫伏表分类

为了利用直流电流表进行测量指示，需选用检波器将交流电压变为直流电压后送至电流表。按照检波器输出与输入的关系，将检波器分为均值、峰值和有效值检波器，三者的输出分别与其输入交流电压的平均值、峰值和有效值（或有效值的平方）成正比，对应的模拟式交流毫伏表依次称为均值电压表、峰值电压表和有效值电压表。因为有效值电压表结构复杂、受环境温度影响大、价格昂贵，平时较少用到，用的最多的是均值电压表。

2 模拟式交流毫伏表的电路结构形式与性能分析

模拟式交流毫伏表的基本组成主要包括衰减器、放大器、检波器和直流电流表。为了提高交流毫伏表的测量准确度，要求模拟式交流毫伏表的输入阻抗在1MΩ以上、10pF以下，亦即要求第一级电路的输入阻抗应符合上述要求。

放大器用于对其输入端的输入电压进行放大，以提高交流毫伏表的测量灵敏度（同时扩展交流毫伏表下限量程）与准确度。衰减器用于对其输入端的输入电压进行衰减，以扩展交流毫伏表上限量程。

如果将放大器作为交流毫伏表第一级，当测量较大的被测电压时，可能因其超出放大器能够正常放大的输入电压的范围而增大测量误差降低测量准确度，甚至因被测电压过大而烧坏交流毫伏表中的部分电路，故不可将放大器作为交流毫伏表第一级；而衰减器不存在放大器出现的以上问题，且衰减器的输入阻抗可以很高，故可将衰减器置于放大器之前或交流毫伏表的第一级。

2.1 均值电压表的电路结构形式与性能分析

均值电压表中，为了实现均值检波，要求均值检波器负载电阻值不能太大，故均值检波器只能与其后输入电阻值较小的电流表连接，而不能连接输入电阻值较大的衰减器或者交流放大器；而且因为均值检波器输入电阻值较小（一般为1～3kΩ），故不能将均值检波器作为交流毫伏表的第一级，均值电压表的电路结构形式只能是放大——检波式。均值电压表的具体电路构成是衰减器——交流放大器——均值检波器——直流电流表。

交流毫伏表作为专用的电压测量仪器，因其具有较高的测量灵敏度和测量准确度，所以要求放大器应具有较高的电压增益；又因交流放大器的增益与通频带乘积为常数，使得交流放大器的通频带变窄，所以均值电压表一般为低频或视频毫伏表，是最常用的交流电压测量仪器。

2.2 峰值电压表的电路结构形式与性能分析

峰值电压表中，为了实现峰值检波，要求峰值检波器的负载电阻值必须很大；否则，不能实现峰值检波。而且峰值检波器的负载电阻值越大，越有利于提高测量准确度，故电阻值比较小的电流表不可以接在峰值检波器之后。

峰值检波器具有输入阻抗高、灵敏度高、频率范围宽的特点，故可将峰值检波器置于第一级，且因峰值检波器具有体积小、灵敏度高、频率范围宽、无需直流供电电源等特点，可做成探头与被测电路直接进行连接；另外，将峰值检波器做成探头时，因其输出的是直流电压，即使其后有较长的测试线也不存在分布参数，且因测试线外加屏蔽层可以抑制干扰信号的影响，故可以提高交流毫伏表的测量准确度和灵敏度。

如果将峰值检波器置于衰减器和交流放大器之间，为了改变量程，则需要设置量程旋钮来改变衰减器衰减比，故不宜将衰减器单独做成探头直接跟被测电路连接，因此必须选用较长的交流测试线与被测电路进行连接。而采用较长的测试线时，因其分布参数增大、引入的干扰信号增大而降低测量准确度，故不宜将衰减器置于检波器之前。

可见，峰值电压表的电路结构形式只能是检波——放大式，具体电路构成是峰值检波器——衰减器——直流放大器——直流电流表。

为了避免直流放大器零点漂移降低测量准确度和灵敏度，峰值电压表通常选用调制式直流放大器。因为直流放大器不受电压增益与通频带乘积等于常数的限制，使得峰值电压表一般为高频或超高频毫伏表，是比较常用的交流电压测量仪器。

3 常用模拟式交流毫伏表读数值的修正

交流毫伏表是以正弦波有效值进行定度的，故在测量正弦波大小时，均值电压表或峰值电压表的读数值（设为Uα）均等于被测正弦波的有效值（设为U～），即U～=Uα。

3.1 均值电压表读数值的修正

因为均值电压表指针的偏转取决于检波器变换得到的输入给直流电流表的直流电压，而均值电压表均值检波器变换得到的直流电压与交流电压的平均值成正比，所以在测量非正弦波时，仅仅说明非正弦波的平均值（设为）与读数值相同的正弦波的平均值（设为）相等，即：

在测量非正弦波时，均值电压表的读数值无实际的物理意义。因为：

式中，KF为交流电压波形因数；U为交流电压有效值；为交流电压平均值；KP为交流电压波峰因数；为交流电压峰值。可以通过查表或数学推导得到KF、KP。波形相同，KF、KP分别相等；波形不同，KF、KP不相等。

在测量正弦波时，均值电压表存在关系如下：

在测量非正弦波时，均值电压表存在关系如下：

式中，UN为非正弦波有效值；KFN为非正弦波波形因数；为非正弦波峰值；KPN为非正弦波波峰因数。

均值检波器分为全波均值检波器和半波均值检波器，后者的输出等于前者的一半。如果均值电压表选用半波均值检波器，只是指针偏转角度变为全波均值检波时的一半，但指针对应的读数值不变，故均值电压表不管选用何种形式的均值检波器，读数值的修正方法相同。

3.2 峰值电压表读数值的修正

与均值电压表类似，因为峰值检波器变换得到的直流电压与交流电压的峰值成正比，所以峰值电压表在测量非正弦波时，仅仅说明非正弦波的峰值与读数值相同的正弦波的峰值相等，其读数值无实际的物理意义，且选用不同类型峰值检波器时的峰值电压表读数值的修正方法相同。

在测量非正弦波时，峰值电压表存在关系如下：

从电路结构形式上看，数字式电压表只是将模拟式电压表中的模拟指示（即电流表）改为数字显示（即数字表头），而对其读数值的修正方法相同。