電壓測量技術(shù)

電壓測量技術(shù)第一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一1：電壓測量的必要性

電壓、電流、功率是表征電信號能量大小的三個基本參量。在電子電路中，只要測量出其中一個參量就可以根據(jù)電路的阻抗求出其它兩個參量?？紤]到測量的方便性、安全性、準(zhǔn)確性等因素，幾乎都用測量電壓的方法來測定表征電信號能量大小的三個基本參量。第二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一1：電壓測量的必要性此外，許多參數(shù)，例如頻率特性、諧波失真度、調(diào)制度等都可視為電壓的派生量。所以電壓的測量是其它許多電參量測量的基礎(chǔ)。非電量測量中，物理量——〉電壓信號，再進(jìn)行測量

如：溫度、壓力、振動、（加）速度第三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一2：電壓測量的特點(diǎn)電子電路中的電壓具有頻率范圍寬、幅度差別大、波形多樣化等特點(diǎn)，所以對測量電壓所采用的電子電壓表也提出了相應(yīng)的要求，主要有：1．頻率范圍寬除直流電壓外，交流電壓的頻率可以從0Hz到千兆赫茲范圍內(nèi)變化，甚至達(dá)到G兆赫茲。第四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一2：電壓測量的特點(diǎn)2．量程寬(測量范圍)

通常，被測信號電壓小到微伏級，大到千伏以上。這就要求測量電壓儀表的量程相當(dāng)寬。電壓表所能測量的下限值定義為電壓表的靈敏度，目前只有數(shù)字電壓表才能達(dá)到微伏級的靈敏度。第五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一2：電壓測量的特點(diǎn)3．輸入阻抗高電壓測量儀器以并聯(lián)方式連入電路，其輸入阻抗是被測電路的附加并聯(lián)負(fù)載。為了減小電壓表對測量結(jié)果的影響，對于直流和低頻電壓，就要求電壓表的輸入阻抗很高，即輸入電阻大；對于高頻電壓，要求輸入電容小，使附加的并聯(lián)負(fù)載對被測電路影響很小。目前，直流數(shù)字電壓表在小量程上的輸入阻抗高達(dá)10GMΩ，高量程時可達(dá)10MΩ。第六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一2：電壓測量的特點(diǎn)4．測量精度高一般的工程測量，如市電的測量、電路電源電壓的測量等都不要求高的精度，準(zhǔn)確度在1%~3%即可。一般對直流電壓的測量可獲得最高準(zhǔn)確度，達(dá)10-4~10-7量級(數(shù)字表)；對交流電壓的測量可獲得10-2~10-4量級的準(zhǔn)確度。模擬式電壓表一般只能達(dá)到10-2量級。第七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一2：電壓測量的特點(diǎn)5．抗干擾能力強(qiáng)測量工作一般都在有干擾的環(huán)境下進(jìn)行，所以要求測量儀表具有較強(qiáng)的抗干擾能力。對于數(shù)字電壓表來說，這個要求更為突出。測量時，采取必要的措施，如接地、屏蔽等，可減小干擾的影響。第八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一2：電壓測量的特點(diǎn)6.被測波形的多樣性除正弦波外，電路中還有失真的正弦波和大量的非正弦波。測量時，應(yīng)考慮不同波形的需要。測非正弦波形時其讀數(shù)無直接意義，被測電壓大小要根據(jù)電壓表的類型和波形來確定，即需要進(jìn)行換算。第九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一3：電壓表的分類電壓表按其工作原理和讀數(shù)方式分為模擬式電壓表和數(shù)字式電壓表兩大類。1．模擬式電壓表模擬式電壓表又叫指針式電壓表，一般都采用磁電式直流電流表頭作為被測電壓的指示器。測量直流電壓時，可直接或經(jīng)放大或經(jīng)衰減后變成一定量的直流電流驅(qū)動直流表頭的指針偏轉(zhuǎn)指示。第十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一3：電壓表的分類2．?dāng)?shù)字式電壓表數(shù)字式電壓表實際上就是一種用A／D變換器作測量機(jī)構(gòu)，用數(shù)字顯示器顯示測量結(jié)果的電壓表。測量交流電壓及其它電參量的數(shù)字式電壓表必須在A／D變換器之前對被測電參量進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，將被測電參量變換成直流電壓。第十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一3：電壓表的分類A／D變換器是數(shù)字式電壓表的核心部分，它的變換精度、分辨力、抗干擾能力直接影響數(shù)字式電壓表的測量精度、靈敏度和抗干擾能力。第十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一提問1.峰值和峰峰值有什么區(qū)別和聯(lián)系?用圖示說明2.什么是振幅值?振幅的參考電平是什么?用圖示說明3.峰值和振幅有什么區(qū)別和聯(lián)系?用圖示說明4.什么是平均值?純粹的交流電壓平均值是多少?5.全波平均值和半波平均值的定義有什么區(qū)別?對正弦波來講,這兩者大小關(guān)系如何?第十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一提問6.有效值的定義?試推導(dǎo)正弦電壓U=Asinωt的有效值是多少?7.波形因數(shù)的定義是什么?試?yán)枚x推導(dǎo)正弦波的波形因數(shù)的大小8.波峰因數(shù)的定義是什么?試?yán)枚x推導(dǎo)正弦波的波峰因數(shù)的大小第十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一4：交流電壓的基本參數(shù)電路中某點(diǎn)的電壓是指該點(diǎn)信號的電壓，它可能是直流，一般是含有直流成分的復(fù)雜信號。波形是指電壓隨時間變化的U-t圖形，反映電壓瞬時值的變化情況。一個交流電壓的幅度特性可用峰值、平均值、有效值等基本參數(shù)來表征。第十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一4：交流電壓的基本參數(shù)

要點(diǎn)1．峰值一個周期性交流電壓u(t)在一個周期內(nèi)所出現(xiàn)的最大瞬時值稱為該交流電壓的峰值Up。峰值Up是參考零電平計算的。有正峰值和負(fù)峰值之分，分別用Up+和Up-表示。含直流分量的交流電壓，其正峰值Up+和負(fù)峰值Up-的絕對值大小是不相等的；第十六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一4：交流電壓的基本參數(shù)要點(diǎn)1．峰值振幅Um是參考直流分量值開始計算。下圖的直流分量U0大于零，注意Up+、Up-和Um的區(qū)別。其中，Upp是峰峰值正峰值Up+≠負(fù)峰值Up-的絕對值≠交流電壓的振幅值Um！第十七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一4：交流電壓的基本參數(shù)要點(diǎn)1．峰值下圖的直流分量等于零。與前面的直流分量大于零的情況作對比，注意Up+、Up-和Um的區(qū)別。

正峰值Up+＝負(fù)峰值Up-的絕對值＝交流電壓的振幅值Um！第十八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一4：交流電壓的基本參數(shù)

要點(diǎn)2．平均值又稱為均值。交流電壓的平均值在數(shù)學(xué)上定義為顯然，不含直流分量的正弦信號的電壓平均值為零。平均值又分為半波平均值和全波平均值，分別記為和。第十九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一4：交流電壓的基本參數(shù)要點(diǎn)2．平均值半波平均值是指交流電壓的正半周或負(fù)半周在一個周期內(nèi)的平均值。

(U(t)≥0)(U(t)＜0)通常用全波檢波后的波形的平均值來表征正弦信號的幅度特性，故有：第二十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一4：交流電壓的基本參數(shù)

要點(diǎn)2．平均值全波整流波形，表征正弦信號的幅度特性半波整流波形，半波檢波后的平均值是全波平均值的一半，即為正弦信號電壓平均值的一半。

第二十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一4：交流電壓的基本參數(shù)

要點(diǎn)3．有效值交流電壓的有效值理論上定義為：交流電壓加在某個電阻上產(chǎn)生的功率與一個直流電壓在同一個電阻上產(chǎn)生的功率相同時，則定義這個直流電壓值為該交流電壓的有效值。數(shù)學(xué)上交流電壓的有效值定義為它的方均根值：第二十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一4：交流電壓的基本參數(shù)要點(diǎn)3．有效值以正弦波為例，代入有效值計算公式第二十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一4：交流電壓的基本參數(shù)

要點(diǎn)3．有效值對正弦波而言，其有效值為最大值的倍。第二十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一4：交流電壓的基本參數(shù)

要點(diǎn)4．波形因數(shù)Kf

交流電壓的有效值與平均值之比稱為該交流電壓的波形因數(shù)，用Kf表示。正弦信號的波形因數(shù)＝1.11三角波的波形因數(shù)方波信號的波形因數(shù)＝1第二十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一4：交流電壓的基本參數(shù)

要點(diǎn)5．波峰因數(shù)Kp波峰因數(shù)Kp定義為峰值與有效值之比：正弦信號的波峰因數(shù)三角波的波峰因數(shù)方波信號的波峰因數(shù)第二十六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一5：模擬電壓表的分類在模擬式交流電壓表中，大都采用整流的方法將交流信號變成直流信號，再以其平均值驅(qū)動指示器，給出有效值讀數(shù)。這種方法在電子測量領(lǐng)域中稱檢波法。它具有準(zhǔn)確度高、頻帶寬、靈敏度較高等優(yōu)點(diǎn)，是目前使用比較廣泛的方法。第二十七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一5：模擬電壓表的分類另外還有熱電轉(zhuǎn)換法和公式法。熱電轉(zhuǎn)換法是通過熱電偶將交流電有效值轉(zhuǎn)換成直流電壓；公式法是利用有效值公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，經(jīng)過模擬平方器、積分器、開平方器等轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)來完成。根據(jù)電壓表電路組成的方式不同，模擬式電壓表又可分為以下幾種。第二十八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一5：模擬電壓表的分類

要點(diǎn)1．檢波-放大式檢波-放大式電壓表的電路結(jié)構(gòu)如圖所示。將被測電壓Ux先變成直流電壓，再經(jīng)直流放大器放大，然后驅(qū)動直流微安表指針偏轉(zhuǎn)。第二十九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一5：模擬電壓表的分類

要點(diǎn)1．檢波-放大式電壓表的頻帶寬度主要取決于檢波電路的頻率響應(yīng)。通常所稱“高頻電壓表”或“超高頻電壓表”都屬于這一類。由于二極管導(dǎo)通時有一定的起始電壓，且采用普通直流放大器會有零點(diǎn)漂移，故其靈敏度不高，不適宜測量小信號。第三十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一5：模擬電壓表的分類

要點(diǎn)2．放大-檢波式被測電壓先經(jīng)寬帶放大器放大，然后再檢波，變成直流電信號，驅(qū)動微安表指針偏轉(zhuǎn)。這種電壓表靈敏度由于先行放大而提高，但受放大器內(nèi)部噪聲的限制；其頻率范圍主要受放大器帶寬的限制，典型第三十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一5：模擬電壓表的分類

要點(diǎn)2．放大-檢波式的頻率范圍為20HZ～10MHZ,稱“視頻毫伏表”。平均值電壓表屬于放大-檢波式電壓表。第三十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一5：模擬電壓表的分類

要點(diǎn)3．外差式檢波-放大式和放大-檢波式兩種電壓表，頻率響應(yīng)和靈敏度互相矛盾，很難兼顧，可以通過外差測量方法來解決。外差式電壓表的電路結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，其原理與外差式收音機(jī)相似。第三十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一5：模擬電壓表的分類

要點(diǎn)3．外差式外差測量法的中頻是固定不變的，中頻放大器有良好的選擇性，相當(dāng)高的增益，這樣就解決了放大器的帶寬與增益的矛盾，削弱噪聲的影響，提高了測量靈敏度，擴(kuò)展了頻率范圍。一般的高頻微伏表即屬于這一類。第三十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一6：均值電壓表在均值電壓表內(nèi)，電壓的平均值指被測電壓經(jīng)整流后的平均值，這通常是就全波整流而言，即輸入電壓的絕對值在一個周期的平均值。均值電壓表一般采用放大-檢波式電路組成低頻電壓表，或采用外差式電路組成高頻微伏表。第三十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一6：均值電壓表

要點(diǎn)1.均值表的一般組成均值電壓表框圖如下。均值表的輸入級，通常采用射極跟隨器或源極跟隨器來提高均值表的輸入阻抗阻容分壓電路，用來改變均值表的量程采用多級負(fù)反饋電路，其性能是整個電壓表質(zhì)量的關(guān)鍵通過整流和濾波提取寬放輸出電壓的平均值，并輸出與它成正比的直流電流第三十六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一6：均值電壓表

要點(diǎn)2.(平)均值檢波器電子電壓表內(nèi)常用的全波均值檢波器電路如下圖所示，圖（a）為橋式電路，圖（b）為半橋式電路。檢波器輸出平均電流正比于輸入電壓的平均值。濾波電容，使指針穩(wěn)定濾去檢波器輸出電流中的交流成分R使檢波器損耗增加，使流經(jīng)微安表的電流減小，應(yīng)保證充放電的時間常數(shù)相等。第三十七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一6：均值電壓表

要點(diǎn)2.(平)均值檢波器被測電壓為Ux，電表內(nèi)阻rm，D1~D4的正反向電阻分別為Rd、Rr。一般Rd為100~500Ω，Rr為1~3KΩ。由于Rr＞＞Rd，忽略反向電流的作用，流過電表的平均電流為第三十八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一6：均值電壓表

要點(diǎn)3.定度系數(shù)和波形換算幾乎所有的交流電壓表都是按照正弦波電壓有效值定度的。顯然，均值檢波器不是有效值響應(yīng)，則標(biāo)稱值（即示值）與實際響應(yīng)值之間存在一個系數(shù)，此系數(shù)即為定度系數(shù)，記作。第三十九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一6：均值電壓表

要點(diǎn)3.定度系數(shù)和波形換算對于均值響應(yīng)檢波器，在額定頻率下加正弦波電壓時的示值可見，均值表的讀數(shù)乘以0.9等于被測電壓的平均值。第四十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一6：均值電壓表

要點(diǎn)3.定度系數(shù)和波形換算同理，對于半波均值表，有半波均值表的讀數(shù)乘以0.45等于被測電壓的平均值。對于全波均值表，如果被測電壓不是正弦波，而是任意波形時，如果要求它的有效值，則利用波形因數(shù)Kf=

，則第四十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一6：均值電壓表

要點(diǎn)3.定度系數(shù)和波形換算綜上所述，波形換算的方法是：當(dāng)測量任意波形電壓時，將測量結(jié)果Uα（即表盤上的示值）先除以定度系數(shù)Kα折算成被測電壓的平均值，再乘以被測電壓的波形因數(shù)Kf（如果被測電壓的波形已知）即可得到被測的非正弦電壓有效值Ux。第四十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一6：均值電壓表

要點(diǎn)3.定度系數(shù)和波形換算[例5-1]用全波式均值電壓表分別測量方波及三角波電壓，示值均為1V，問被測電壓的有效值分別為多少？[解]示值Uα＝1V（1）對于方波（Kf

＝1）（2）對于三角波（Kf≈1.15）第四十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一6：均值電壓表

要點(diǎn)4.誤差分析(波形誤差)均值電壓表誤差的主要來源有：指示電流表的誤差、檢波二極管的不穩(wěn)定性、被測電壓超過頻率范圍及波形所造成的誤差。著重分析波形誤差。以全波均值表為例，當(dāng)把示值Uα作為被測電壓的有效值Ux時會引起的絕對誤差為第四十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一6：均值電壓表

要點(diǎn)4.誤差分析(波形誤差)示值相對誤差γu為當(dāng)被測電壓為方波時(Kf

＝1)，

γu＝(1－0.9Kf)×100%＝10％當(dāng)被測電壓是三角波時(Kf

＝1.15)，

γu＝(1－0.9Kf)×100%

＝1－0.9×1.15≈-3.5％第四十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一6：均值電壓表

4.誤差分析(波形誤差)如果知道檢波器的類型及被測電壓的波形因數(shù)，進(jìn)行換算也是很方便的。均值電壓表電路簡單，靈敏度高，波形失真小，因此它得到了廣泛應(yīng)用。第四十六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一7：峰值電壓表峰值電壓表的工作頻率范圍寬，輸入阻抗高，有較高的靈敏度，但存在非線性失真。峰值電壓表簡稱峰值表，屬于檢波—放大式電子電壓表，又稱為超高頻毫伏表。第四十七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一7：峰值電壓表

要點(diǎn)1.峰值表組成峰值表由峰值檢波器、分壓器、直流放大器和微安表組成，如下圖所示。檢波輸出的直流電壓與輸入交流信號峰值成比例的檢波器第四十八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一7：峰值電壓表

要點(diǎn)2.峰值檢波器峰值檢波器有串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種。(a串聯(lián)式，b并聯(lián)式，c波形)第四十九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一7：峰值電壓表

要點(diǎn)2.峰值檢波器通過二極管正向快速充電達(dá)到輸入電壓的峰值，而二極管反向截止時“保持”該峰值。且被測回路的內(nèi)阻Rs應(yīng)小，負(fù)載電阻RL要大(常取10M~100MΩ)，以保證上式的成立。第五十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一7：峰值電壓表

要點(diǎn)2.峰值檢波器這樣，檢波器輸出的直流電壓(RL的兩端電壓)就正比于被測電壓的峰值。設(shè)被測電壓為U(t)=Umsinwt,對于上述串聯(lián)式及并聯(lián)式均可得到：電容器充電時間很快，放電時間非常緩慢，能一直維持電容器兩端的平均電壓與被測電壓的峰值近似相等。第五十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一7：峰值電壓表

要點(diǎn)2.峰值檢波器由于RL取值很大，故峰值檢波器作輸入級也可使電壓表具有很高的輸入電阻。峰值表適合于高頻電壓的測量。其特點(diǎn)是增益高、噪聲低、漂移小，靈敏度可達(dá)幾十μV。又稱為超高頻毫伏表。峰值檢波器中，流經(jīng)負(fù)載電阻RL的電流非常小，因此，直流放大器是檢波—放大式電壓表中必不可少的部分。第五十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一7：峰值電壓表

要點(diǎn)3.定度系數(shù)和波形換算峰值電壓表響應(yīng)被測電壓的峰值Up。按正弦波有效值定度，則讀數(shù)UαK：定度系數(shù)，K=Up~：被測電壓峰值，Kp~：正弦波波峰因數(shù)。峰值電壓表的讀數(shù)乘以后所得就是輸入電壓的峰值。第五十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一7：峰值電壓表

要點(diǎn)3.定度系數(shù)和波形換算用一臺理想的峰值電壓表去測任意波形的非正弦波電壓，其讀數(shù)沒有直接的物理意義，該讀數(shù)只有乘以后才等于其峰值。若要求其有效值，還需通過本身的波峰因數(shù)和求得的峰值來加以換算。

Ux：被測電壓有效值；

Kp：被測電壓波峰因數(shù)。第五十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一7：峰值電壓表

要點(diǎn)4.誤差分析(波形誤差)峰值電壓表的讀數(shù)沒有直接的物理意義，測量非正弦波時，如果不進(jìn)行換算，將產(chǎn)生波形誤差γu。第五十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一7：峰值電壓表

要點(diǎn)4.誤差分析(波形誤差)[例5-2]用峰值電壓表測量一個三角波電壓，示值為10V，問被測電壓的有效值為多少？波形誤差為多少？如果是方波結(jié)果又是多少(請同學(xué)自己思考)？[解]第五十六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一7：峰值電壓表

要點(diǎn)4.誤差分析(波形誤差)可以看出，用峰值電壓表測量失真的正弦波或非正弦波電壓時，若將讀數(shù)當(dāng)成輸入電壓的有效值，則會產(chǎn)生較大的波形誤差。但用峰值表測量正弦波時，讀數(shù)就是其有效值。第五十七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一8：有效值電壓表實際測量中，遇到的往往是失真的正弦波且難以知道其波形參數(shù)(Kp和Kf)，因此，電壓表若能響應(yīng)有效值，那么測量其有效值就變得容易。有效值電壓表屬于放大—檢波式電壓表。其交—直流變換電路主要有熱耦式和計算式等類型。第五十八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一提問1.有效值電壓表有哪幾種形式?2.根據(jù)交流電壓有效值的定義,要完成有效值檢波,這種檢波器應(yīng)該具有什么樣的伏安特性3.利用檢波二極管如何完成有效值的檢波?它利用了二極管的什么特性?4.利用檢波二極管完成有效值的檢波有什么樣的缺點(diǎn)?為什么?5.簡述熱電偶的熱電轉(zhuǎn)換效應(yīng),熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢與什么相關(guān)?第五十九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一提問6.試簡述圖5-9中,利用熱電轉(zhuǎn)換效應(yīng)完成有效值檢波的基本原理.7.利用圖5-9推導(dǎo)流過微安表的平均電流與被測電壓有效值之間的關(guān)系8.簡述圖5-10的有效值檢波的過程9.圖5-10中,兩個熱電偶M1和M2的作用相同嗎?如果不同,兩者的作用分別是什么?10.熱電轉(zhuǎn)換式有效值電壓表的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)分別是什么?這種電壓表的讀數(shù)需要經(jīng)過波形換算嗎?為什么?第六十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一8：有效值電壓表

要點(diǎn)1．熱電轉(zhuǎn)換式它利用具有熱電效應(yīng)功能的熱電偶來實現(xiàn)有效值變換。熱電效應(yīng)：兩種不同導(dǎo)體的兩端相互連接在一起，組成一個閉合回路，當(dāng)兩節(jié)點(diǎn)處溫度不同時，回路中將產(chǎn)生電動勢，從而形成電流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，所產(chǎn)生的電動勢稱為熱電動勢。當(dāng)熱端T和冷端T0存在溫差時（即T≠T0），則存在熱電動勢，且熱電動勢的大小與溫差ΔT=T-T0成正比。第六十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一8：有效值電壓表

要點(diǎn)1．熱電轉(zhuǎn)換式右圖是熱電轉(zhuǎn)換電壓表的示意圖。圖中，直流電流I與被測電壓u(t)的有效值V的關(guān)系：

電流I∝?zé)犭妱觿荨責(zé)岫伺c冷端的溫差，而熱端溫度∝u(t)功率∝u(t)的有效值V的平方，故

第六十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一8：有效值電壓表

要點(diǎn)1．熱電轉(zhuǎn)換式圖5-10是DA-24型有效值電壓表簡化組成方框圖，它采用熱電偶作為AC／DC變換元件。其中M1為測量熱電偶，M2為平衡熱電偶。

K為熱電偶轉(zhuǎn)換系數(shù)第六十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一8：有效值電壓表

要點(diǎn)1．熱電轉(zhuǎn)換式當(dāng)直流放大器的增益足夠高且電路達(dá)到平衡時，其輸入電壓Uin＝Ex－Ef≈0，即Ex＝Ef，所以Uout＝A1Ux。由此可知，如兩個熱電偶特性相同（即K相同），則通過圖示反饋系統(tǒng)，輸出直流電壓就正比Ux(t)有效值Ux，所以表頭示值與輸入呈線性關(guān)系。平衡熱電偶M2與M1的性能相同，其作用有二：一使表頭刻度線性化，二是提高熱穩(wěn)定性。第六十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一8：有效值電壓表

要點(diǎn)1．熱電轉(zhuǎn)換式這種儀表的靈敏度及頻率范圍取決于寬帶放大器的帶寬及增益，表頭刻度線性，基本沒有波形誤差，讀數(shù)與波形無關(guān)。其主要缺點(diǎn)是有熱慣性，使用時需等指針偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定后才能讀數(shù)，而且過載能力差，容易燒壞，使用時應(yīng)注意。第六十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一8：有效值電壓表

要點(diǎn)2．計算式有效值電壓表交流電壓的有效值即其方均根值。根據(jù)這一概念，利用模擬電路對信號進(jìn)行平方、積分、開平方等運(yùn)算即可得到測量結(jié)果。第六十六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一8：有效值電壓表

要點(diǎn)2．計算式有效值電壓表第一級為模擬乘法器，第二級為積分器，第三級對積分器的輸出電壓進(jìn)行開方使輸出電壓大小與被測電壓有效值成正比，從而得到最后測量結(jié)果。第六十七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表DVM的組成數(shù)字電壓表（DigitalVoltageMeter，簡稱DVM）。組成框圖第六十八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)1：基本組成包括模擬和數(shù)字兩部分。輸入電路：對輸入電壓衰減/放大、變換等。核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器（AnalogtoDigitalConverter，簡稱ADC），實現(xiàn)模擬電壓到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。數(shù)字顯示器：顯示模擬電壓的數(shù)字量結(jié)果。邏輯控制電路：在統(tǒng)一時鐘作用下，完成內(nèi)部電路的協(xié)調(diào)有序工作。第六十九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一提問1電壓表的量程上下限擴(kuò)展從電路上來說是如何實現(xiàn)的？2什么叫DVM的顯示位數(shù)？什么叫完整顯示位？什么叫不完整顯示位？最大計數(shù)容量為99999、1999和5999的分別是幾位表？3什么叫超量程能力？最大計數(shù)容量為19999的DVM的超量程能力為多大？4哪些DVM具有超量程能力？5什么叫DVM的分辨力？最大計數(shù)容量為1999的DVM在1V和10V量程分辨力分別是多大？第七十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一提問6DVM的誤差有哪兩項構(gòu)成？它們分別代表哪些誤差來源？7DVM的輸入電阻和輸入偏置電流有什么限制？它們對被測有什么影響？8什么叫串模干擾？什么叫共模干擾？這兩種干擾有哪些抑制方法？第七十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)2：DVM的主要技術(shù)性能1．電壓測量范圍(1)量程：DVM的量程以其基本量程（即未經(jīng)衰減和放大的量程，亦即A／D轉(zhuǎn)換器的電壓范圍）為基礎(chǔ)，再和輸入通道中的步進(jìn)衰減器及輸入放大器適當(dāng)配合向兩端擴(kuò)展。如DS-14型電壓表的量程為500V、50V、5V、0.5V四檔，5V為基本量程。第七十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)2：DVM的主要技術(shù)性能(2)顯示位數(shù)：DVM的位數(shù)指完整顯示位，顯示0～9十個數(shù)碼。最大顯示為999、1999和5999的數(shù)字電壓表都是三位數(shù)字電壓表。不完整位，常用分?jǐn)?shù)表示，把最大顯示為19999(首位只能顯示0、1)的數(shù)字電壓表稱作位數(shù)字電壓表；最大顯示為59999(首位顯示0~5)的電壓表稱為位數(shù)字電壓表。第七十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)2：DVM的主要技術(shù)性能(3)超量程能力：指DVM所能測量的最大電壓超過量程值的能力，且不降低測量結(jié)果的精度和分辨力。如，當(dāng)滿量程為10V的四位表，其輸入電壓從9.999V變至10.001V時，若無超量程能力，計數(shù)器溢出，量程自動切換到100V，得到“10.00V”的顯示，丟失了0.001V的信息；若有超量程能力，則不會降低精度和分辨力，量程仍為10V，顯示為“10.001V”。第七十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)2：DVM的主要技術(shù)性能數(shù)字式電壓表有無超量程能力，要根據(jù)它的量程分檔情況及能夠顯示的最大數(shù)字情況決定。顯示位數(shù)全是完整位的DVM，沒有超量程能力。帶有1/2位的數(shù)字電壓表，如最大顯示為1999，如果按2V、20V、200V分擋，也沒有超量程能力。帶有1/2位并以1V、10V、100V分擋的DVM，才具有超量程能力。第七十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)2：DVM的主要技術(shù)性能如5位的DVM，在10V量程上，最大顯示19.9999V電壓，允許有100％的超量程。如果數(shù)字電壓表的最大顯示為5.9999，如量程按5V、50V、500V分擋，則允許有20％超量程。第七十六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)2：DVM的主要技術(shù)性能2．分辨力指DVM能夠顯示輸入電壓最小變化值的能力，即顯示器末位讀數(shù)跳一個單位所需的最小電壓變化值。在不同的量程上，分辨力是不同的。在最小量程上，DVM具有最高分辨力。如DO26型DVM，最小量程為0.100000V末位跳一個字為1μV，即該DVM的分辨力為1μV。第七十七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)2：DVM的主要技術(shù)性能3．測量誤差固有誤差：標(biāo)準(zhǔn)條件下的誤差，常以下述形式給出：式中，Ux為被測電壓讀數(shù)；Um為該量程的滿度值；α為誤差的相對項系數(shù)；β為誤差的固定項系數(shù)第七十八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)2：DVM的主要技術(shù)性能①讀數(shù)誤差α％Ux為讀數(shù)誤差，式中第一項與讀數(shù)成正比，它包括由儀器各單元電路(如衰減器、AD變換器等)引起的轉(zhuǎn)換誤差，非線性等產(chǎn)生的誤差，可以看做隨機(jī)誤差。第七十九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)2：DVM的主要技術(shù)性能②滿度誤差（可看做作系統(tǒng)誤差）β為誤差的固定項系數(shù)，β％Um表示滿度誤差；對于給定的量程，β％Um是不變的。一部分是不隨被測電壓而變的固定成分(如儀表放大器、基準(zhǔn)器、積分等的零點(diǎn)漂移所引起的誤差)；另一部分是量化誤差(±1個字)，有時又用與之相當(dāng)?shù)哪┪粩?shù)字的跳變個數(shù)來表示，第八十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)2：DVM的主要技術(shù)性能記為±n個字，即在該量程上末位跳n個單位時的電壓值恰好等于β％Um

。如，國產(chǎn)DS-14型數(shù)字電壓表在5V量程時，誤差，其中第二項誤差的數(shù)值為±0.004%×5=±0.0002V，顯示數(shù)字為5位，所以±0.0002V相當(dāng)于±2個字，則上述誤差又可以寫成第八十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)2：DVM的主要技術(shù)性能DVM測量的相對誤差寫成如用DS-14型數(shù)字電壓表5V量程測量0.4V電壓時，其相對誤差如換用0.5V量程測量(α=0.01β=0.0006)第八十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)2：DVM的主要技術(shù)性能4．輸入電阻和輸入偏置電流①輸入電阻Ri，一般不小于10MΩ，高準(zhǔn)確度的可優(yōu)于1000MΩ。②輸入偏置電流I0

由于儀器內(nèi)部產(chǎn)生的表現(xiàn)于輸入端的電流，在信號源內(nèi)阻上建立一個

附加電壓I0Rs與被測電壓疊加，帶來誤差。應(yīng)盡量使該電流減小，小于10-9A。第八十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)2：DVM的主要技術(shù)性能5．抗干擾特性表示數(shù)字電壓表的抗干擾能力。按干擾作用在儀器輸入端的方式分為串模干擾和共模干擾。①串模干擾指在儀器輸入端疊加在被測電壓上的交流干擾電壓，它可能是信號源的一部分，也可能是從輸入端引線感應(yīng)而來。右圖為示意圖。第八十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)2：DVM的主要技術(shù)性能通常用串模干擾抑制比(NMR)來表示儀器對這種干擾的抑制能力。式中，Unm為串模干擾電壓峰值；

ΔUnmax：由Unm產(chǎn)生的最大干擾電壓，即讀數(shù)的最大變化(干擾引起的轉(zhuǎn)換誤差)。一般串模干擾抑制比可達(dá)50～90dB。NMR越大，表示DVM的抗干擾能力越強(qiáng)。第八十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)2：DVM的主要技術(shù)性能抑制原理及基本方法直流串模干擾：由于串模干擾是疊加在被測信號上，則很難從硬件上予以抑制，通常可采用軟件校準(zhǔn)和數(shù)據(jù)處理的方法來處理。周期性串模干擾：可采用濾波的方法抑制（從被測信號中濾除掉干擾信號）。另外，采用積分式A/D轉(zhuǎn)換器的DVM，由于積分對輸入信號的平均作用，因此，具有較好的抑制干擾的作用。尖峰脈沖的干擾：由于干擾強(qiáng)度大持續(xù)時間短，一般首先應(yīng)在信號輸入端加入限幅，再采用模擬硬件濾波器或軟件數(shù)字濾波。第八十六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)2：DVM的主要技術(shù)性能②共模干擾是指被測信號Ui的地線與電壓表的地線之間存在著電位差(直流或交流)，它所產(chǎn)生的電流對高、低兩根輸入線都有干擾。即被測信號與電壓表之間不共地。第八十七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)2：DVM的主要技術(shù)性能常用共模抑制比(CMR)來表示儀器對這種干擾的抑制能力。式中，Ucm為共模干擾電壓峰值；

ΔUcmax：由Ucm產(chǎn)生的最大干擾電壓，即讀數(shù)的最大變化(干擾引起的轉(zhuǎn)換誤差)。第八十八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)2：DVM的主要技術(shù)性能分析表明，只有當(dāng)共模干擾電壓形成串模干擾時才會產(chǎn)生測量誤差。共模干擾有交流和直流電壓，CMR也有交流和直流抑制比之分，CMR越大，儀器的抗干擾能力越強(qiáng)。一般共模干擾抑制比可達(dá)80～150dB。第八十九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)2：DVM的主要技術(shù)性能共模干擾的抑制措施浮置測量：將DVM的接地端浮置，即不與機(jī)殼地連接（隔離），DVM接地端到機(jī)殼的絕緣電阻Z2無窮大。浮置雙端對稱測量：雙端對稱輸入＋浮置方法。屏蔽與隔離：采用雙層屏蔽技術(shù)，即將內(nèi)部模擬電路部分（包括輸入電路）設(shè)置在一個屏蔽盒內(nèi)（其模擬地與屏蔽盒之間有很高的絕緣電阻），同時，屏蔽盒與DVM的外殼（外層屏蔽）也高度絕緣。第九十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)2：DVM的主要技術(shù)性能6．測量速率測量速率是DVM在單位時間內(nèi)以規(guī)定的準(zhǔn)確度完成的最大測量次數(shù)，每秒幾次或幾十次不等，一般規(guī)律是測量速度越高的儀表，測量誤差也大。測量速度主要取決于數(shù)字電壓表中的A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。第九十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)3.DVM的主要類型

根據(jù)A／D變換的基本原理進(jìn)行分類，分為比較式、積分式和復(fù)合式。第九十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一提問:1.什么是斜坡電壓?從波形上來看,電壓與時間之間有什么關(guān)系?2.斜坡式A／D轉(zhuǎn)換器組成框圖中,兩個電壓比較器的作用是什么?輸出是什么信號?3.上題圖中,與門的工作原理是怎么樣的?門控信號由什么提供?4.由2,3題,簡述斜坡式A／D轉(zhuǎn)換器的基本工作原理5.當(dāng)Ux<0時,試畫出工作波形圖并描述過程6.當(dāng)Ux中存在干擾時,對轉(zhuǎn)換結(jié)果有影響嗎?為什么?7.斜坡式A／D轉(zhuǎn)換器有何特點(diǎn)?第九十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)4.斜坡式A／D轉(zhuǎn)換器1.工作原理線性電壓常稱為鋸齒波電壓或斜坡電壓，其電壓隨時間呈線性變化，一定的時間間隔相應(yīng)于一定的電壓變化，所以電壓可以轉(zhuǎn)換為一定的時間間隔。第九十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)4.斜坡式A／D轉(zhuǎn)換器式中，Ui表示被轉(zhuǎn)換的輸入電壓；ΔT＝ｔ2－ｔ1，k為斜波電壓斜率。利用斜波電壓和輸入電壓進(jìn)行比較，在規(guī)定時間間隔ΔT內(nèi)，斜波電壓的變化與輸入電壓相等，則這段時間間隔與輸入電壓Ui成正比。第九十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)4.斜坡式A／D轉(zhuǎn)換器斜坡電壓式DVM轉(zhuǎn)換過程分為兩步：⑴第一步是用線性斜坡電壓發(fā)生器和比較器將模擬直流電壓變換成時間間隔，而該時間間隔與被測量成正比。⑵第二步是利用脈沖發(fā)生器和計數(shù)器，脈沖發(fā)生器提供頻率穩(wěn)定的脈沖源作為時間間隔整量化的基準(zhǔn)單位，計數(shù)器記錄這個時間間隔內(nèi)的脈沖個數(shù)，把被測量用數(shù)字形式顯示出來。第九十六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)4.斜坡式A／D轉(zhuǎn)換器斜坡電壓分別接到兩個比較器：信號比較器和接地(零)比較器。第九十七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)4.斜坡式A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換開始時，啟動信號使線性電壓發(fā)生器輸出線性壓，設(shè)輸入Ui＜0。t1時刻Ui和線性電壓相等，信號比較器輸出正信號開門脈沖使控制門打開，計數(shù)器開始計數(shù)t2時刻，線性電壓為零，零比較器輸出一正信號使控制門關(guān)閉，計數(shù)器停止計數(shù)第九十八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)4.斜坡式A／D轉(zhuǎn)換器當(dāng)U2=0時有下列關(guān)系：即輸入電壓與所計得的脈沖數(shù)成正比。當(dāng)確定了T0和K以后，即可用ΔT內(nèi)所計得的數(shù)N來表示被測電壓Ui。第九十九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一

思考：分析Ui＞0時，工作波形與前所述有何不同？對不同的極性的輸入電壓，開門與關(guān)門信號將從不同的比較器獲得，故可以根據(jù)比較器前、后輸出的不同來判別被測信號的極性。9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)4.斜坡式A／D轉(zhuǎn)換器第一百頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)4.斜坡式A／D轉(zhuǎn)換器例如斜坡電壓的斜率為10V/50ms，要求四位數(shù)字讀出，則時鐘脈沖頻率應(yīng)為＝200kHz若被測電壓Ux＝9.163V，則門控時間＝×50ms＝45.815ms累計脈沖計數(shù)＝45.815ms×200kHz＝9163個脈沖通過確定小數(shù)點(diǎn)位置，可顯示出9.136V。第一百零一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)4.斜坡式A／D轉(zhuǎn)換器2.測量準(zhǔn)確度這種轉(zhuǎn)換器是對輸入電壓Ui的瞬時值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此抗干擾能力差，當(dāng)Ui上疊加有噪聲電壓時會產(chǎn)生測量誤差。轉(zhuǎn)換精度主要取決于斜坡電壓的線性與絕對斜率穩(wěn)定性以及時間測量的準(zhǔn)確度此外，比較器的穩(wěn)定性也是影響測量誤差的重要因素。第一百零二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)5.雙斜式A／D轉(zhuǎn)換器1.工作原理：雙斜積分式A／D轉(zhuǎn)換器在一個測量周期內(nèi)用同一個積分器進(jìn)行兩次積分，積分對象分別是被測電壓Ux和基準(zhǔn)電壓Ur

，先對Ux定時積分，再對Ur定值積分。通過兩次積分的比較，將Ux變換成與之成正比的時間間隔。故這種A／D轉(zhuǎn)換屬U-T轉(zhuǎn)換。第一百零三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)5.雙斜式A／D轉(zhuǎn)換器第一百零四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)5.雙斜式A／D轉(zhuǎn)換器其工作過程可分三個階段進(jìn)行分析。

(1)準(zhǔn)備階段（t0～t1）：由邏輯控制電路將電子開關(guān)中的S4閉合，使積分器的輸入接地；S5閉合，使積分電容短路，故積分器輸出電壓uout＝0，此為初始狀態(tài)，對應(yīng)下圖（b）中的t0～t1區(qū)間。第一百零五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)5.雙斜式A／D轉(zhuǎn)換器(2)采樣階段（t1～t2）：設(shè)被測電壓（-Ux）＜0。在t1時刻，接入被測，進(jìn)行定時積分，積分器作正向積分，輸出電壓uout從零開始線性增加?；鶞?zhǔn)電壓Ur接至積分器的輸入端，開始定值反向積分，輸出uout2從Uoutm開始線性下降第一百零六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)5.雙斜式A／D轉(zhuǎn)換器經(jīng)過預(yù)置時間T1，即在t2時刻，計數(shù)器溢出，復(fù)零，進(jìn)位脈沖使邏輯控制電路將S1斷開，S2閉合，采樣階段結(jié)束，計數(shù)器計得N1。此時，積分器輸出電壓為第一百零七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)5.雙斜式A／D轉(zhuǎn)換器①積分器對（-Ux）作定時積分時的輸出電壓uout1的斜率由Ux決定，Ux大則斜率高，Uoutm值高。②積分器響應(yīng)的是被測電壓(-Ux)的平均值。第一百零八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)5.雙斜式A／D轉(zhuǎn)換器(3)比較階段（t2～t3）：自t2時刻起，開始比較階段。同時，計數(shù)器重新從零開始計數(shù)。到t=t3時刻，積分器輸出uout2＝0，邏輯控制電路發(fā)出控制信號，S2斷開，S4和S5閉合，積分器恢復(fù)到零狀態(tài)；同時關(guān)閉閘門，計數(shù)器停止計數(shù)，此時計得N2個脈沖，譯碼顯示。第一百零九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)5.雙斜式A／D轉(zhuǎn)換器t2～t3之間的間隔為T2，在T2期間uout2下降的斜率是常數(shù)。在此期間：式中，Ur、T1均為固定值，故Ux正比于時間間隔T2。第一百一十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)5.雙斜式A／D轉(zhuǎn)換器則如果參數(shù)選取合適，被測電壓Ux就等于在T2期間計數(shù)器所計的時鐘個數(shù)，即

Ux＝N2（電壓單位）至此，完成一個測量周期。轉(zhuǎn)換器隨著進(jìn)入休止階段（t3～t4），做下一個測量周期的準(zhǔn)備，自動轉(zhuǎn)入第二個測量周期。第一百一十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)5.雙斜式A／D轉(zhuǎn)換器歸納一下這種A／D轉(zhuǎn)換器的工作過程：在同一個測量周期內(nèi)，①首先對被測直流電壓Ux在限定時間T1內(nèi)進(jìn)行定時積分；②然后切換積分器的輸入電壓為基準(zhǔn)電壓(Ux＜0時，Ur＞0；Ux＞0時，Ur＜0)，再對Ur進(jìn)行定值反向積分，直到積分器輸出電壓等于零為止，此時積分時間為T2；③再利用脈沖計數(shù)法對T1、T2兩段時間間隔進(jìn)行數(shù)字編碼，從而得出被測電壓數(shù)值。第一百一十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)5.雙斜式A／D轉(zhuǎn)換器2.雙積分式轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)①積分常數(shù)RC不影響轉(zhuǎn)換精度由于在兩次積分過程中RC相互抵消，故RC值的變化對變換時間T2沒有直接影響。T2由輸入Ux，基準(zhǔn)電壓Ur及采樣時間T1決定。第一百一十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)5.雙斜式A／D轉(zhuǎn)換器②時鐘頻率改變不影響轉(zhuǎn)換精度由于兩次積分都是對同一時鐘脈沖源輸出脈沖進(jìn)行計數(shù)，只要時鐘頻率在轉(zhuǎn)換期間(T1和T2)內(nèi)是穩(wěn)定的，對轉(zhuǎn)換精度沒有影響。故對脈沖頻率準(zhǔn)度要求不高，即使采用一般的自激多諧振蕩器充當(dāng)時鐘脈沖發(fā)生器仍可以得到足夠高的精度。第一百一十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)5.雙斜式A／D轉(zhuǎn)換器③對串模干擾的抑制能力好由于測量結(jié)果所反映的是被測電壓在采樣期間T1內(nèi)的平均值，故串入被測電壓信號中的干擾成分，尤其是周期等于T1或等于T2的幾分之一的對稱干擾從理論上講有無窮大的抑制能力。在工業(yè)系統(tǒng)中常碰到50Hz市電或市電倍頻干擾，故選擇T1為交流電源周期(20ms)的整數(shù)倍，則使電源干擾平均值近于零。第一百一十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)5.雙斜式A／D轉(zhuǎn)換器④轉(zhuǎn)換速度較低這是雙積分式U-T轉(zhuǎn)換器的主要缺點(diǎn)。進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換需要兩次積分，所以轉(zhuǎn)換速度慢。但在低速、高精度的U-T轉(zhuǎn)換中仍得到廣泛應(yīng)用。⑤價格低廉，制作容易第一百一十六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)6：三斜式A/D轉(zhuǎn)換器基本原理：三次積分過程。在雙斜積分式ADC基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高ADC的分辨力而設(shè)計的。（雙斜式ADC的分辨力受比較器的分辨力和帶寬所限）。將雙斜積分式ADC的第二次積分過程，分解為兩次，使積分器輸出即將到達(dá)零點(diǎn)時，加長積分過程（緩慢積分），以降低對比較器的分辨力和帶寬要求。第一百一十七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)6：三斜式A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖包括積分器、2個比較器、2個計數(shù)器及邏輯控制電路。下圖a.原理框圖，b.工作波形圖。第一百一十八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)6：三斜式A/D轉(zhuǎn)換器第一百一十九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)6：三斜式A/D轉(zhuǎn)換器工作過程復(fù)零階段（t0~t1）和對被測電壓定時積分(t1~t2)

階段與雙斜式ADC相同。對參考電壓反向定值積分(t2~t3)分成兩個階段t2~t31和t31~t32。在t2~t31期間，對參考電壓Vr反向積分，直至積分器輸出即將到達(dá)零點(diǎn)前的Vt時（比較器翻轉(zhuǎn)），設(shè)積分時間T2。在T2內(nèi)計數(shù)器A對時鐘計數(shù)。在t31~t32期間，對Vr/10n繼續(xù)反向積分至零點(diǎn)（過零比較器翻轉(zhuǎn)），設(shè)積分時間T3（計數(shù)器B計數(shù)）。

由于Vr/10n很小，積分器輸出的斜率大大降低了（降低了10n倍），積分輸出“緩慢地”進(jìn)入零點(diǎn)。使最終達(dá)到過零的時間大大“拖長”了，因而，降低了對積分器性能的要求。第一百二十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)6：三斜式A/D轉(zhuǎn)換器工作過程當(dāng)積分完成時，有考慮到，(其中T0為時鐘周期)

則 式中，為刻度系數(shù)（V/字）；而 即為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量（由計數(shù)器A和計數(shù)器B的計數(shù)值N2和N3加權(quán)得到）。第一百二十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一提問1、簡單描述一下天平稱物體質(zhì)量的基本過程2、逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器的基本構(gòu)成有哪些？

3、什么是電壓砝碼？每相鄰兩個電壓砝碼之間有什么關(guān)系？4、簡述電壓比較器的基本工作原理5、逐次逼近寄存器和D/A轉(zhuǎn)換器是如何工作的？若八位SAR中數(shù)碼為00100000時，基準(zhǔn)電壓為8V，輸出的電壓U。=？數(shù)碼中的1有什么含義？第一百二十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一6、若被測Ux=5V,Us=8V,試推導(dǎo)出一個三位的逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器工作的基本過程。7逐次比較式數(shù)字電壓表中D/A轉(zhuǎn)換器有哪些基本電路可以實現(xiàn)？簡述圖3-24的基本原理8簡述圖3-25的基本原理第一百二十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)6.逐次比較式A／D轉(zhuǎn)換器1.工作原理設(shè)有一套基準(zhǔn)電壓，分別為2.5V、2.5/2V(即1.25V)、2.5/22V(即0.625V)2.5/23V(即0.3125V)……2.5/210V共十一種電壓，相鄰兩個電壓為2倍關(guān)系，即二進(jìn)制的關(guān)系?，F(xiàn)在要把3V的電壓轉(zhuǎn)換成為二進(jìn)制數(shù)碼，其步驟如下：①先用最大電壓2.5V與3V比較，2.5V＜3V，小者留，把2.5V留下來，記“1”(最高位)；第一百二十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)6.逐次比較式A／D轉(zhuǎn)換器②在2.5V上再加上1.25V后與3V比較，(2.5+1.25)V＞3V，大者棄，去掉1.25V，記為“0”(第二位)；③在②步的基礎(chǔ)上，再加上0.625V與3V比較，(2.5+0.625)V＞3V，把0.625V去掉，記為“0”(第三位)；④在③步的基礎(chǔ)上，再加上0.3125V與3V比較，(2.5+0.3125)V＜3V，把0.3125V留下來，記為“1”，此時數(shù)碼寄存器記有“1001”；

…………第一百二十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)6.逐次比較式A／D轉(zhuǎn)換器依次類推，直至試到2.5/210V這個電壓為止。這樣，就把3V電壓轉(zhuǎn)換成進(jìn)進(jìn)制數(shù)碼來表示，即10011001100。把一個電壓轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)碼表示的形式，必須具有以下條件：①有一套基準(zhǔn)電壓，即電壓砝碼，它們間的關(guān)系為二進(jìn)制，這套部件稱為“解碼網(wǎng)絡(luò)”，即圖中所示的D/A轉(zhuǎn)換器；②有一個電壓比較器，把由解碼網(wǎng)絡(luò)送第一百二十六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)6.逐次比較式A／D轉(zhuǎn)換器來進(jìn)行試探的電壓U0與被轉(zhuǎn)換電壓Ux進(jìn)行比較，并判別出誰大誰小，若U0

＞Ux，則比較器輸出Qc=0(邏輯低電平)；若U0≤Ux，則Qc=1(邏輯高電平)。③有一個寄存器，每次比較的結(jié)果由它保存下來，或“0”或“1”，稱為“逐次逼近寄存器”(SAR)；第一百二十七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)6.逐次比較式A／D轉(zhuǎn)換器④有控制電路來完成下列兩個任務(wù)：A.比較由最高位開始，由高位到低位逐位比較；B.根據(jù)每一次比較的結(jié)果，使相應(yīng)位的逐次逼近寄存器記“0”或“1”，并由此決定是否保留這位“解碼網(wǎng)絡(luò)”送來的電壓。第一百二十八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)6.逐次比較式A／D轉(zhuǎn)換器

2.逐次比較式A／D轉(zhuǎn)換器組成第一百二十九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)6.逐次比較式A／D轉(zhuǎn)換器

①輸入被測電壓Ux經(jīng)過輸入電路作用到比較器，另一方面，通過受數(shù)碼寄存器控制的解碼網(wǎng)絡(luò)(D-A變換器)，將基準(zhǔn)電壓Us分成若干按二進(jìn)制或十進(jìn)制編碼組合的基準(zhǔn)電壓砝碼U0，同時作用于比較器。②在程序控制線路的控制下，被測電壓Ux與基準(zhǔn)電壓砝碼U0由高位到低位逐位加碼比較，大者棄(記“0”)，小者留(記“1”)，第一百三十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)6.逐次比較式A／D轉(zhuǎn)換器逐次累加，逐步逼近，最后所留基準(zhǔn)電壓砝碼的累加總和即近似等于被測電壓的大小。③逐次逼近寄存器(SAR)所寄存的數(shù)碼，就是與被測電壓的模擬量相對應(yīng)的數(shù)字量，譯碼顯示器根據(jù)逐次逼近寄存器的狀態(tài)，顯示出該被測電壓的數(shù)字。第一百三十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)6.逐次比較式A／D轉(zhuǎn)換器④D/A包括基準(zhǔn)電壓源、電子開關(guān)電路和由分壓分流電路組成的解碼網(wǎng)絡(luò)，其功能是將二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。比如基準(zhǔn)電壓源的基準(zhǔn)電壓是Ur＝2.8V，對于8位D/A，當(dāng)輸入數(shù)字量為10000000時，輸出模擬電壓為Uo＝(27/28)×2.8V=(128/256)×2.8V＝1.4V；輸入數(shù)字量為00000001時，輸出模擬電壓Uo＝(20/28)×2.8V=第一百三十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)6.逐次比較式A／D轉(zhuǎn)換器(1/256)×2.8V＝10.94mV，可見同是二進(jìn)制數(shù)碼“1”，它在二進(jìn)制數(shù)中的位置不同，其所代表的值也不同，不同位置上的“1”所代表的值，稱為權(quán)值。下圖是權(quán)電阻D/A變換原理，其中K0～K7是電子開關(guān)，其通斷對應(yīng)于相應(yīng)位ai的取值，若ai＝1，則Ki通；若ai＝0，則Ki斷。第一百三十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)6.逐次比較式A／D轉(zhuǎn)換器當(dāng)K0閉合（對應(yīng)n位二進(jìn)制數(shù)最低位a0＝1）時第一百三十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期一9：數(shù)字電壓表

要點(diǎn)6.逐次比較式A／D轉(zhuǎn)換器當(dāng)D/A輸入為任意二進(jìn)制數(shù)字量a7a6a5a4a3a2a1a0時，輸出電壓權(quán)電阻解碼電路中電阻個數(shù)較少，但阻值大小不一，制造較為困難