交流電壓測量電路
（1）交流電壓的表征
交流電壓可以用峰值、平均值、有效值、波形系數以及波峰系數來表征。
①峰值
周期性交流電壓u（t）在一個周期內偏離零電平的Z大值稱為峰值，用U0表示，正、負峰值不等時分別用Up+和Up-表示，如圖1（a）所示。u（t）在一個周期內偏離直流分量U0的Z大值稱為幅值或振幅，用Um表示，正、負幅值不等時分別用Um+和Um-表示，如圖1（b）所示，圖中U0=0，且正、負幅值相等。
②平均值
u（t）的平均值
的數學定義為
（1）
按照這個定義，可實質上就是被測電壓的直流分量U0，如圖1（a）中虛線所示。
圖1 交流電壓的峰值和幅值
在電子測量中，平均值通常指交流電壓檢波（也稱整流）以后的平均值，又可分為半波整流平均值和全波整流平均值。全波整流平均值定義為
（2）
③有效值
一個交流電壓u（t）和一個直流電壓u分別加在同一電阻R上，若它們在一個周期內產生的熱量相等，則交流電壓有效值等于該直流電壓U，可表示為
即
（3）
④波形系數、波峰系數
交流電壓的波形系數KF定義為該電壓的有效值與平均值之比
（4）
交流電壓的波峰系數KP定義為該電壓的峰值與有效值之比
（5）
不同電壓波形，其KF、KP群值不同，表1列出了幾種常見電壓的有關參數。
表1 不同波形交流電壓的參數
雖然交流電壓量值可以用峰值、有效值和平均值表征，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。例如電壓表，除特殊情況外，幾乎都按正弦波的有效值來定度。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，那么由表1很容易從電壓表讀數即有效值得知它的峰值和平均值；如果被測電壓是非正弦波，那就需根據電壓表讀數和電壓表所采用的檢波方法，進行必要的波形換算，才能得到有關參數。
（2）交流電壓的測量方法
測量交流電壓的方法很多，依據的原理也不同，其中Z主要的是利用交流／直流（AC／DC）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。根據AC／DC轉換器的類型，可分為檢波法和熱電轉換法。根據檢波特性的不同，檢波法又可分成平均值檢波、峰值檢波、有效值檢波等。
按照AC／DC變換的先后不同，模擬式交流電壓表大致可分成下列三種類型。
①檢波-放大式
圖2（a）為檢波-放大式電壓表的組成方框圖，它是將被測電壓先檢波變成直流電流，然后再用直流放大器放大，放大后的直流電流去驅動電流表偏轉。這種類型的特點是“先檢波后放大”，故測量電壓的頻率范圍只決定于檢波器的頻響（一般在20 Hz至數百兆赫），通常所稱“高頻電壓表”或“超高頻電壓表”都屬于這一類型。早期的檢波－放大式電壓表，其靈敏度不高，一般約為0.1 V，主要受直流放大器增益的限制。目前，采用調制式直流放大器，可把檢波－放大式電壓表的靈敏度提高到mV級。進一步提高靈敏度將受到檢波器件的非線性限制。
圖2 交流電壓表類型
②放大-檢波式
當被測電壓較低時，直接檢波會顯著增大誤差。為提高交流電壓表的測量靈敏度，先用寬帶放大器放大被測電壓，然后再檢波。放大－檢波式電壓表的方框圖見圖2-9（b）。這種電壓表的頻率范圍主要受寬帶放大器帶寬的限制，而靈敏度受放大器內部噪聲的限制，一般可做到mV級，典型的頻率范圍為20Hz～10MHz，故又稱“視頻毫伏表”。
③外差式電壓表
檢波-放大式電壓表的靈敏度受檢波器件非線性的限制。而放大-檢波式電壓表，由于寬帶放大器增益和帶寬的矛盾，也很難把頻率上限提得很高，同時，兩種測量方法的靈敏度都受到儀器內部噪聲和外部干擾的限制。
圖3所示外差測量方法可以解決上述矛盾。輸入電路包括輸入衰減器（用于大電壓測量）和高頻放大器（用于寬頻帶低增益放大）。被測信號通過輸入電路，在混頻器中與本機振蕩器（本振）頻率fL混頻，輸出頻率固定的中頻（fL-fx）信號（可改變fL以跟蹤信號頻率fx，保持fL-fx不變），用中頻放大器選擇并放大，然后檢波，并用表頭指示。
由于中頻放大器具有良好的頻率選擇性，而且中頻是固定的，這樣就解決了放大器增益與帶寬的矛盾。同時，由于中頻放大器有很窄的帶通濾波特性，從而可以在高增益條件下，大大削弱內部噪聲的影響，使測量靈敏度提高到μV級。因此，這類儀表稱為高頻微伏表。
圖3 外差式電壓表
（3）低頻交流電壓的測量
通常把測量低頻（1MHz以下）信號電壓的電壓表稱作交流電壓表或交流毫伏表。這類電壓表一般采用放大－檢波式，檢波器多為平均值檢波器或有效值檢波器，分別構成均值電壓表或有效值電壓表。
平均值電壓表中的檢波器是平均值檢波器，電壓表的讀數與被測電壓的平均值成正比。但是，平均值電壓表的表頭卻不是按平均值定度的，而是按正弦波的有效值定度的。這就是說，一個有效值為U的正弦電壓加到平均值電壓表上時平均值電壓表的指示值也為U而不是。由式（2）可知，只有將指示值U除以正弦波的波形系數KF=1.11才能求得被測正弦電壓的平均值。
由于表頭是按正弦波的有效值定度的，因此表頭指示值并不適用于被測電壓為非正弦電壓的情況。當用平均值電壓表測量非正弦電壓時，應先將讀數值Ua除以正弦波的波形系數KF=1.11，折算成正弦波電壓的平均值。由于平均值電壓表的讀數只與被測電壓的平均值有關，與其波形無關，所以正弦波形與非正弦波形的指示值相等，就意味著兩者的平均值也相等。折算出的正弦電壓的平均值也就是被測非正弦電壓的平均值，將此平均值乘以被測電壓的波形系數KF，即可求得被測非正弦電壓的有效值Uxrms。因此，波形換算公式為
（4）
顯然，如果被測電壓不是正弦波時，直接將電壓表指示值作為被測電壓的有效值，必將帶來較大的誤差，通常稱作“小型誤差”。由上式可得，波形誤差計算公式為
（5）
（4）高頻交流電壓的測量
高頻交流電壓的測量不采用放大-檢波式（以避免高頻測量受放大器通頻帶的限制）而采用檢波-放大式或外差式電壓表來測量。Z常用的檢波-放大式高頻電壓表都把高頻二極管構成的峰值檢波器放置在屏蔽良好的探頭（探極）內，用探頭探針直接接觸被測點，把被測高頻信號首先變成直流電壓，這樣可大大減少分布參數的影響和信號傳輸損失。
采用峰值檢波器的電壓表，稱為峰值電壓表。像均值電壓表一樣，峰值電壓表也是按正弦電壓的有效值定度的。這就是說，一個有效值為u的正弦電壓加到峰值電壓表上時，峰值電壓表的指示值也為U而不是UP。據式（3）可知，只有將指示值Ua乘以正弦電壓的波峰系數
才能求得被測正弦電壓的峰值UP，即
（6）
如果被測電壓為非正弦電壓，峰值電壓表讀數也為Ua，那就意味著該被測非正弦電壓的峰值也為。據式（3），該被測非正弦電壓的有效值Uxrms。等于其峰值Up除以其波峰系數Kp，因此非正弦電壓的波形換算公式為
（7）
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