电压测量的基本概念
- 定义：电压测量是使用仪器（如万用表、示波器等）来确定电路中两点之间的电位差（电势差）。
- 重要性：
- 电路状态诊断：通过测量关键节点的电压，可以判断电路是否正常工作（如电源电压是否稳定、晶体管是否导通/截止、逻辑电平是否正确）。
- 性能评估：测量放大器的增益、滤波器的频率响应、电源的纹波等。
- 故障定位：是电子设备维修和调试中最常用、最有效的手段之一。
主要测量仪器
用于电压测量的仪器多种多样,各有其特点和适用场景。
（图片来源网络，侵删）
| 仪器类型 | 基本原理 | 优点 | 缺点 | 主要应用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 模拟万用表 | 基于动圈式表头，通过电流流过线圈带动指针偏转来指示电压大小。 | 结构简单、抗干扰能力强、测量时不易引入噪声。 | 输入阻抗低（通常为20kΩ/V），会改变被测电路状态；精度较低；读数有视差；无法测量快速变化的信号。 | 维修、教学、对精度要求不高的直流电压测量。 |
| 数字万用表 | 基于模数转换器，将输入的模拟电压转换为数字信号，并用数字显示屏显示出来。 | 输入阻抗高（通常为10MΩ），对被测电路影响小；精度高；读数直观；功能多（可测AC/DC电压、电流、电阻、频率等）；有数据保持功能。 | 易受噪声和干扰影响；测量交流电压时，频率响应有限（通常低至几百Hz）。 | 最为通用，适用于实验室、生产、维修等各种场合的电压测量。 |
| 示波器 | 利用阴极射线管或现代数字技术，将随时间变化的电压信号以图形（波形）的方式显示在屏幕上。 | 实时显示信号波形，可以观察信号的瞬时值、频率、周期、相位、幅度、失真、噪声等所有信息；带宽高，可测量高频信号。 | 操作相对复杂；价格较高；单通道测量时不如万用表方便。 | 分析和调试模拟/数字电路、通信信号、开关电源、音频视频信号等。 |
| 高精度数字电压表 | 采用积分式或斜坡式A/D转换等高精度转换技术，内部有精密基准源和放大器。 | 精度极高（可达6位半甚至更高）；分辨率高；稳定性好；通常具有 GPIB/RS232 等接口，便于自动化测试。 | 价格昂贵；功能相对单一（主要用于高精度电压测量）；带宽较低。 | 实验室计量、校准、精密科学研究、自动化测试系统。 |
| 射频毫伏表 | 专门用于测量高频交流电压，内部采用检波-放大或放大-检波电路。 | 频率范围宽（可从MHz到GHz）；在特定频率下精度高；输入阻抗匹配（通常为50Ω）。 | 通常只能测量有效值；功能单一；价格较高。 | 射频/微波工程、通信、天线测试等领域。 |
测量中的关键参数
选择和使用仪器时，必须关注以下几个关键参数,它们直接决定了测量的准确性和适用性。
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量程：
- 仪器能够测量的最大电压值,一个20V的量程表示仪器可以测量0到20V的电压。
- 选择原则：应选择略大于被测电压的量程，以确保仪器不被过压损坏，并获得最高的测量精度，现代DMM通常有自动量程功能。
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输入阻抗：
- 定义：仪器输入端等效的电阻值,它相当于一个并联在被测电路两端的电阻。
- 影响：输入阻抗会从被测电路中分走一部分电流，从而改变被测电路的原有状态，导致测量值偏低，这种现象称为“仪器负载效应”。
- 理想值：越高越好，DMM的直流电压档输入阻抗通常为10MΩ，远高于模拟万用表的20kΩ/V,因此对电路的影响更小。
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精度：
（图片来源网络，侵删）- 定义：测量结果与“真值”的接近程度，通常用读数的百分比 ± 字数来表示。
- 示例：一个DMM的精度为 ±(0.5% + 2个字)，如果测量值为10.00V，那么可能的误差是 10.00V * 0.5% + 0.02V = 0.07V，真实电压在9.93V到10.07V之间。
- 注意：精度还受温度、湿度、校准周期等因素影响。
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带宽：
- 定义：仪器能够准确测量的信号频率范围，通常指-3dB点对应的频率，即信号幅度下降到实际幅度的70.7%时的频率。
- 应用：仅对交流电压测量有意义，如果测量一个频率超过仪器带宽的交流信号,读数将远小于实际值。
- 选择原则：为了准确测量，仪器的带宽应至少是被测信号最高频率的3到5倍。
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波形因数
- 定义：交流信号的峰值与有效值之比。
- 影响：普通DMM的交流电压档是按照正弦波的有效值来校准的，如果测量方波、三角波等非正弦波,读数将不准确。
- 解决方案：使用“真有效值” (True RMS) 万用表，它能准确计算任何周期性波形的有效值,不受波形影响。
测量方法与技巧
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直流电压测量：
- 仪器：DMM或模拟万用表。
- 步骤：
- 将表笔并联到被测电路的两点上。
- 将功能旋钮拨到 V= (直流电压) 档。
- 选择合适的量程（或使用自动量程）。
- 红表笔接高电位点，黑表笔接低电位点，如果接反，DMM会显示负号,模拟表针则会反打。
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交流电压测量：
（图片来源网络，侵删）- 仪器：DMM（注意是否为True RMS）、示波器、射频毫伏表。
- 步骤：
- 将表笔并联到被测电路的两点上。
- 将功能旋钮拨到 V~ (交流电压) 档。
- 选择合适的量程。
- 注意被测信号的频率是否在仪器的带宽范围内,是否为正弦波。
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接地与浮地测量：
- 接地测量：仪器的地（通常是黑表笔或BNC外壳）与市电地相连,适用于测量与大地有公共参考点的电路。
- 浮地测量：当被测电路本身“浮地”（不与大地相连，如某些电池供电设备、开关电源初级侧）时，如果使用接地的仪器测量，会造成地环路,可能损坏设备或得到错误读数。
- 解决方案：
- 使用电池供电的DMM（其地是浮地的）。
- 使用差分探头（特别是示波器），它可以隔离仪器的地,直接测量两点之间的电压差。
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减少噪声和干扰：
- 使用屏蔽线连接被测点和仪器。
- 尽量缩短测试线长度。
- 在测量高频或小信号时，使用有源探头。
- 如果DMM有“平均值”或“峰值保持”功能,可以利用它们来稳定读数。
电压测量是电子技术的基石,选择正确的仪器并掌握正确的测量方法至关重要。
- 快速、通用的测量，首选数字万用表。
- 观察波形、分析细节，必须使用示波器。
- 高精度、计量校准，需要高精度数字电压表。
- 射频领域，则要使用射频毫伏表。
在实际工作中，工程师需要根据**测量对象（
