PDF《两种测量电压有效值方法的比较》

TEST Vol.39 No.3 May,

2013 第39 卷第

3 期2013 年5月中国测试

2013 年5月1定义法的测量原理 让恒定电压和交变电压分别加在阻值相等的电 阻上, 使它们在相同时间内产生的热量相等, 就可把 该恒定电压等效于交变电压的有效值. 根据欧姆定律, T 时间内直流电压 UDC 在RL 电 阻上产生的热量 QDC 为QDC = U2 DC 伊T RL (1) 而T时间内交变电压 uAC (t) 在RL 电阻上产生的 热量 QAC 为QAC = T

0 乙u2 AC (t) dt RL (2) 所以, 根据有效值的定义和式 (1) 、 式(2) , 其有 效值电压计算公式[3] 为UDC = T

0 乙u2 AC (t) dt T 姨(3) 为得到交变电压的有效值, 可测量出和该交变电 压产生相同热效应的直流电压值, 也可根据式 (3) 计 算出此值. 故根据有效电压值的定义, 一般有热等效 法和公式计算法这两种测量方法[4] .

2 热等效法的测量电路 热等效法的原理是: 测量交变电压在电阻上产生 的热量, 并使用另外一个直流电压, 使该直流电压在相 同的电阻上产生的热量与交变电压产生的热量相同. 根据定义, 该直流电压即为被测交变电压的有效值. 在使用热等效法测量电压有效值的应用中, LT1088 使用的较为广泛[5] .LT1088 是linear 公司基 于热等效法测量交变电压有效值而研制的测量芯 片, 结构合理, 测量准确.图1为LT1088 的测量电 路. LT1088 内部有一组

50 赘 的电阻对和一组 250赘 的电阻对,可以根据输入电压范围的不同选择电阻. 同时还有一对测温二极管, 由电路理论可知, 当流过 二极管的电流恒定时, 其PN 结的正向压降与温度近 似为线性关系, 并可用来检测温度[6] . 图1所示电路为由 LT1088 构成的有效值测量 电路.电阻 R7, R9, R10, R13 和运放 A1 一起构成

9 000 倍的放大器, 加快三极管的饱和和截止, 使输出相应 速度加快.R

1、 C1 和C2 起到去耦和稳定输出的作用. Vin 端输入交变电压对电阻 R1 加热,使二极管 D1 的 管电压随着电阻 R1 的温度升高而降低, 运放 A1 的 输入电压不为零. 此电压经运放 A1 放大后输出一个 直流电压, 该直流电压对电阻 R2 加热, 使二极管 D2 上的管电压随着电阻 R2 的温度升高而降低.此时, 运放 A1 输出的直流电压比被测交变电压的有效值 大, 所以电阻 R2 的加热速度比电阻 R1 快, 二极管 D2 的管电压逼近二极管 D1 的管电压, 使运放 A1 的输入 电压趋近于零. 此时, 交变电压和直流电压对相同的 电阻加热产生相同的热量, 所以可认为此时运放 A1 输出的直流电压为被测交变电压的有效值. 变阻器 R8 是为了线性调节输出的幅度, 使输出 更加准确.运放 A2 是为了提高电路带负载能力.变 阻器 R3 是为了调节零点.在测量数据前, 先短接输 Vin

3 4

2 7

2 50赘NC 50赘R1 D1 V- V- V-

14 GND

2 50赘NC 50赘D2 R2 U2

9 11

10 GND LT1088 R8 10k赘56INB+ INB- + - VBO

7 Vout 10k赘10k赘R12 R14 A2 GND GND GND C4

104 2.7k赘2.7k赘R4 R5 1k赘R3 V+

104 C5 R9 R10 1k赘1k赘23R13 9M赘V+ C3

104 GND Q1 NPN V+ 1k赘3k赘GND 砸员员 1k赘 3酝赘 砸苑 砸远 砸圆 粤员 GND INA- INA+ - +VAO

1 C2 C1 R1 1.5酝赘

3 300 pF 0.022 滋F 图1 LT1088的测量电路

28 第39 卷第

3 期 入端和地, 调节变阻器 R3, 使输出为零;

然后在 Vin 端引入直流电压 V0, 调整变阻器 R8, 使电路 Vout 端的 输出等于上述直流电压 V0.经过调整后, 在输入端 引入交变电压, 用六位半高精度万用表直流挡测量 图1电路的 Vout 端的输出电压值, 该直流电压即为交 变电压有效值.