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　　用交流電壓表測(cè)某信號(hào)時(shí)，其值并不總是信號(hào)的有效值，它的讀數(shù)的含義與所測(cè)波形及所用交流電壓表的檢波方式都有關(guān)系。交流電壓表檢波方式的確定在測(cè)量交流電壓時(shí)非常關(guān)鍵，對(duì)于如何判斷交流電壓表的檢波方式，文獻(xiàn)給出了一種利用非定度系數(shù)波形換算的判斷方法，但該方法中非定度系數(shù)波形換算法的提法欠妥，因?yàn)槎ǘ认禂?shù)這個(gè)概念對(duì)于理解交流電壓表的原理很重要，故不可忽視。本文中的波形換算法由定度系數(shù)這個(gè)概念引出，并利用該波形換算法得出了一種判斷交流電壓表檢波方式的新方法，經(jīng)檢驗(yàn)該方法比文獻(xiàn)提供的方法更為簡(jiǎn)單有效。

　　1 利用波形換算判斷交流電壓表檢波方式的相關(guān)知識(shí)

　　1.1 交流電壓表檢波方式的分類

　　交流電壓的測(cè)量方法很多，依據(jù)的原理也不同，但一般都是利用交流/直流轉(zhuǎn)換電路將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，然后再接到直流電壓表上進(jìn)行測(cè)量。交流/直流(AC/DC)轉(zhuǎn)換電路將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，可通過(guò)檢波法得到。交流電壓常見(jiàn)的三個(gè)表征量是峰值、平均值、有效值，那么交流電壓應(yīng)轉(zhuǎn)換成代表該交流電壓的峰值、平均值或有效值的直流電壓。相應(yīng)地，交流電壓表的檢波方式有峰值檢波、平均值檢波、有效值檢波。

　　1.2 波形換算

　　電壓量值可以用峰值、平均值、有效值來(lái)表征，但基于功率的概念，國(guó)際上一直以有效值作為交流電壓的表征量。對(duì)于電壓表，除特殊情況外，幾乎都是按正弦波的有效值來(lái)定度的。當(dāng)用以正弦波的有效值定度的交流電壓表測(cè)量電壓時(shí)，如果被測(cè)電壓是正弦波，電壓表讀數(shù)即其有效值，由波峰系數(shù)定義式KP=UP/U及波形系數(shù)定義式

可求得其峰值和平均值(對(duì)于不同的波形，KP和KF不同，但它們的數(shù)值是可查的);如果被測(cè)電壓是非正弦波，那么須根據(jù)電壓表讀數(shù)和電壓表所采用的檢波方式，進(jìn)行必要的波形換算，才能得到有關(guān)參數(shù)，若直接將電壓表示值作為被測(cè)電壓的有效值，必將帶來(lái)較大誤差，通常也稱為“波形誤差”。因此，對(duì)于非正弦波，從電壓表中直接讀到的示值無(wú)實(shí)際物理意義，即該讀數(shù)既不代表其有效值，也不代表其峰值或平均值，但可通過(guò)波形換算得到其有關(guān)的參數(shù)。下面以單峰值電壓表測(cè)交流電壓說(shuō)明上述的“波形換算”理論。電壓表示值Ua與單峰值檢波器輸出UP間滿足：

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　　式中：Ka為定度系數(shù);UP為被測(cè)電壓Ux的峰值。又由于電壓表是以正弦波的有效值來(lái)定度的，所以對(duì)于正弦波，Ua即其有效值，故Ka根據(jù)下式可求得：

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　　由式(1)知，只要電壓表示值Ua相等，則峰值UP相等，因此可得任意波形電壓的峰值：

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　　再利用波峰系數(shù)定義式KP=UP/U得到任意波形電壓的有效值：

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　　最后，利用波形系數(shù)定義式

得到任意波形電壓的平均值：

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　　由式(3)～式(5)可知，對(duì)于任意波形電壓，用單峰值電壓表測(cè)量時(shí)，都可以由電壓表示值Ua得到其峰值、有效值和平均值。對(duì)于正弦波，電壓表示值Ua即為其有效值;對(duì)于非正弦波，電壓表示值Ua無(wú)實(shí)際物理意義，須進(jìn)行“波形換算”得到其有關(guān)的參數(shù)，那么式(3)～式(5)就是進(jìn)行“波形換算”的理論依據(jù)。

　　可見(jiàn)，用單峰值檢波的單峰值電壓表測(cè)量不同波形的交流電壓，電壓表示值相等，則這些波形的峰值就相等，這個(gè)規(guī)律是“波形換算”的關(guān)鍵。同樣，對(duì)于均值檢波的均值電壓表也有這樣的規(guī)律，即用均值電壓表測(cè)量不同波形的交流電壓時(shí)，若它們的示值相等，則這些交流電壓的均值也相等;對(duì)于有效值檢波的有效值電壓表也有這樣的規(guī)律，即用有效值電壓表測(cè)量不同波形的交流電壓時(shí)，若它們的示值相等，則這些交流電壓的有效值也相等。只要利用上面三條規(guī)律并結(jié)合各波形電壓的波形、波峰系數(shù)就能對(duì)被測(cè)的非正弦波形電壓進(jìn)行“波形換算”。需要注意的是，由于有效值電壓表的突出優(yōu)點(diǎn)是：輸出示值就是被測(cè)電壓的有效值，而與被測(cè)電壓的波形無(wú)關(guān)，故“波形換算”是對(duì)于用峰值或均值電壓表測(cè)量非正弦電壓時(shí)而言的，而對(duì)于用有效值電壓表測(cè)量任意波形電壓都無(wú)需進(jìn)行波形換算。

　　2 利用波形換算判斷交流電壓表的檢波方式

　　對(duì)于前面的規(guī)律，即當(dāng)用峰值電壓表測(cè)量任意波形電壓時(shí)，若它們的示值相等，則其峰值也相等;當(dāng)用均值電壓表測(cè)量任意波形電壓時(shí)，若它們的示值相等，則其平均值也相等;當(dāng)用有效值電壓表測(cè)量任意波形電壓時(shí)，若它們的示值相等，則其有效值也相等。這是進(jìn)行“波形換算”的根本，反過(guò)來(lái)，當(dāng)用某檢波方式的電壓表測(cè)量不同的波形電壓時(shí)，若它們的示值相等，當(dāng)它們的峰值相等時(shí)，該電壓表的檢波方式應(yīng)為峰值檢波;當(dāng)它們的平均值相等時(shí)，該電壓表的檢波方式應(yīng)為平均值檢波;當(dāng)它們的有效值相等時(shí)，該電壓表的檢波方式應(yīng)為

　　有效值檢波。在具體判斷交流電壓表的檢波方式時(shí)，可取兩種最常見(jiàn)，也較簡(jiǎn)單的波形信號(hào)，即正弦波信號(hào)和方波信號(hào)，分別接到所用電壓表上，分別調(diào)節(jié)信號(hào)幅度，使電壓表的示值相等，然后保持這兩種信號(hào)不變。根據(jù)示值可求出正弦信號(hào)的有效值、平均值和峰值，而對(duì)于方波可通過(guò)示波器讀出其峰值(正弦信號(hào)的峰值也可通過(guò)示波器讀出)，由于方波的波形系數(shù)和波峰系數(shù)均為1，故該方波的有效值、平均值都等于其峰值。這樣，比較這兩種信號(hào)的峰值、平均值、有效值，看兩種信號(hào)的哪個(gè)表征量最接近(實(shí)際測(cè)量時(shí)誤差不可避免)，若兩者的峰值相等，則可判斷所用交流電壓表的檢波方式為峰值檢波;若兩者的平均值相等，則可判斷所用交流電壓表的檢波方式為均值檢波;若兩者的有效值相等，則可判斷所用交流電壓表的檢波方式為有效值檢波。

　　3 實(shí)例實(shí)驗(yàn)

　　3.1 實(shí)驗(yàn)儀器

　　交流電壓表1個(gè)，信號(hào)發(fā)生器1個(gè)，示波器1個(gè)。

　　3.2 操作步驟

　　操作步驟如下：

　　(1)用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生正弦信號(hào)，并將其接入電壓表，調(diào)節(jié)該信號(hào)使電壓表的示值為5.00 V。

　　(2)用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生方波，并將其接入電壓表，調(diào)節(jié)該方波使電壓表的示值也為5.00 V。

　　(3)保持該方波不變，并接入示波器，讀出其峰值為7.06 V。

　　3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

　　由步驟(1)知該正弦信號(hào)的有效值為5.00 V，峰值為

(即7.07 V)，平均值為0.9×5 V(即4.5 V)。由步驟(2)，(3)可得該方波的有效值、峰值、平均值均為7.06 V。比較上述結(jié)果，這兩種信號(hào)的峰值基本相等，而有效值和平均值均相差較大，故依據(jù)前面所述的“波形換算”理論，可判斷所用電壓表的檢波方式為峰值檢波。結(jié)果可用表1很直觀地來(lái)表示。

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　　4 結(jié)語(yǔ)

　　用不同檢波方式的交流電壓表測(cè)量非正弦交流電時(shí)，其示值無(wú)實(shí)際物理意義，并且需在確定該電壓表檢波方式的前提下，通過(guò)進(jìn)行“波形換算”求得該交流電信號(hào)的峰值、有效值和平均值。文中總結(jié)了利用波形換算判斷交流電壓表檢波方式的規(guī)律，并通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)給出了一種判斷交流電壓表所用檢波方式的有效方法。