?

　　用交流電壓表測某信號時，其值并不總是信號的有效值，它的讀數的含義與所測波形及所用交流電壓表的檢波方式都有關系。交流電壓表檢波方式的確定在測量交流電壓時非常關鍵，對于如何判斷交流電壓表的檢波方式，文獻給出了一種利用非定度系數波形換算的判斷方法，但該方法中非定度系數波形換算法的提法欠妥，因為定度系數這個概念對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這個概念引出，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，經檢驗該方法比文獻提供的方法更為簡單有效。

　　1 利用波形換算判斷交流電壓表檢波方式的相關知識

　　1.1 交流電壓表檢波方式的分類

　　交流電壓的測量方法很多，依據的原理也不同，但一般都是利用交流/直流轉換電路將交流電壓轉換成直流電壓，然后再接到直流電壓表上進行測量。交流/直流(AC/DC)轉換電路將交流電壓轉換成直流電壓，可通過檢波法得到。交流電壓常見的三個表征量是峰值、平均值、有效值，那么交流電壓應轉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、有效值來表征，但基于功率的概念，國際上一直以有效值作為交流電壓的表征量。對于電壓表，除特殊情況外，幾乎都是按正弦波的有效值來定度的。當用以正弦波的有效值定度的交流電壓表測量電壓時，如果被測電壓是正弦波，電壓表讀數即其有效值，由波峰系數定義式KP=UP/U及波形系數定義式

可求得其峰值和平均值(對于不同的波形，KP和KF不同，但它們的數值是可查的);如果被測電壓是非正弦波，那么須根據電壓表讀數和電壓表所采用的檢波方式，進行必要的波形換算，才能得到有關參數，若直接將電壓表示值作為被測電壓的有效值，必將帶來較大誤差，通常也稱為“波形誤差”。因此，對于非正弦波，從電壓表中直接讀到的示值無實際物理意義，即該讀數既不代表其有效值，也不代表其峰值或平均值，但可通過波形換算得到其有關的參數。下面以單峰值電壓表測交流電壓說明上述的“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：

?

?

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

?

　　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：

?

　　再利用波峰系數定義式KP=UP/U得到任意波形電壓的有效值：

?

　　最后，利用波形系數定義式

得到任意波形電壓的平均值：

?

?

　　由式(3)～式(5)可知，對于任意波形電壓，用單峰值電壓表測量時，都可以由電壓表示值Ua得到其峰值、有效值和平均值。對于正弦波，電壓表示值Ua即為其有效值;對于非正弦波，電壓表示值Ua無實際物理意義，須進行“波形換算”得到其有關的參數，那么式(3)～式(5)就是進行“波形換算”的理論依據。

　　可見，用單峰值檢波的單峰值電壓表測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，這個規律是“波形換算”的關鍵。同樣，對于均值檢波的均值電壓表也有這樣的規律，即用均值電壓表測量不同波形的交流電壓時，若它們的示值相等，則這些交流電壓的均值也相等;對于有效值檢波的有效值電壓表也有這樣的規律，即用有效值電壓表測量不同波形的交流電壓時，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律并結合各波形電壓的波形、波峰系數就能對被測的非正弦波形電壓進行“波形換算”。需要注意的是，由于有效值電壓表的突出優點是：輸出示值就是被測電壓的有效值，而與被測電壓的波形無關，故“波形換算”是對于用峰值或均值電壓表測量非正弦電壓時而言的，而對于用有效值電壓表測量任意波形電壓都無需進行波形換算。

　　2 利用波形換算判斷交流電壓表的檢波方式

　　對于前面的規律，即當用峰值電壓表測量任意波形電壓時，若它們的示值相等，則其峰值也相等;當用均值電壓表測量任意波形電壓時，若它們的示值相等，則其平均值也相等;當用有效值電壓表測量任意波形電壓時，若它們的示值相等，則其有效值也相等。這是進行“波形換算”的根本，反過來，當用某檢波方式的電壓表測量不同的波形電壓時，若它們的示值相等，當它們的峰值相等時，該電壓表的檢波方式應為峰值檢波;當它們的平均值相等時，該電壓表的檢波方式應為平均值檢波;當它們的有效值相等時，該電壓表的檢波方式應為

　　有效值檢波。在具體判斷交流電壓表的檢波方式時，可取兩種最常見，也較簡單的波形信號，即正弦波信號和方波信號，分別接到所用電壓表上，分別調節信號幅度，使電壓表的示值相等，然后保持這兩種信號不變。根據示值可求出正弦信號的有效值、平均值和峰值，而對于方波可通過示波器讀出其峰值(正弦信號的峰值也可通過示波器讀出)，由于方波的波形系數和波峰系數均為1，故該方波的有效值、平均值都等于其峰值。這樣，比較這兩種信號的峰值、平均值、有效值，看兩種信號的哪個表征量最接近(實際測量時誤差不可避免)，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 實例實驗

　　3.1 實驗儀器

　　交流電壓表1個，信號發生器1個，示波器1個。

　　3.2 操作步驟

　　操作步驟如下：

　　(1)用信號發生器產生正弦信號，并將其接入電壓表，調節該信號使電壓表的示值為5.00 V。

　　(2)用信號發生器產生方波，并將其接入電壓表，調節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 實驗結果分析

　　由步驟(1)知該正弦信號的有效值為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。比較上述結果，這兩種信號的峰值基本相等，而有效值和平均值均相差較大，故依據前面所述的“波形換算”理論，可判斷所用電壓表的檢波方式為峰值檢波。結果可用表1很直觀地來表示。

?

?

　　4 結語

　　用不同檢波方式的交流電壓表測量非正弦交流電時，其示值無實際物理意義，并且需在確定該電壓表檢波方式的前提下，通過進行“波形換算”求得該交流電信號的峰值、有效值和平均值。文中總結了利用波形換算判斷交流電壓表檢波方式的規律，并通過一個簡單的實驗給出了一種判斷交流電壓表所用檢波方式的有效方法。