電子測量技術(shù)基礎(chǔ) (第二版)西安電子科技大學(xué)出版社 第7章 電壓測量.ppt

1、第7章 電壓測量,7.1 概 述 7.2 模擬式直流電壓測量 7.3 交流電壓的表征和測量方法 7.4 低頻交流電壓測量 7.5 高頻交流電壓測量 7.6 脈沖電壓測量 7.7 電壓的數(shù)字式測量 習(xí) 題 七,7.1 概 述,7.1.1 電壓測量的重要性 1. 基礎(chǔ)性： 電子測量中的一個(gè)基本內(nèi)容，電壓是表征電信號(hào)能量的三個(gè)基本參數(shù)（電壓、電流、功率）之一。 2. 通用性： 電量的測量：電路的工作狀態(tài)（諧振、平衡、截止、飽和以及工作點(diǎn)的動(dòng)態(tài)范圍等），通常都以電壓形式表現(xiàn)出來。其它電參數(shù)( P I Q 等)視為電壓派生量，通過電壓測量獲得其量值。 非電量的測量：利用各類傳感器件裝置，將非電參數(shù)轉(zhuǎn)換成

2、電壓參數(shù)。,3. 便捷性： 電壓測量直接、方便，將電壓表并接在被測電路上，只要電壓表的輸入阻抗足夠大，就可以在幾乎不對(duì)原電路工作狀態(tài)有所影響的前提下獲得較滿意的測量結(jié)果。 與電流測量比較： 電流表要串接在被測支路中，很不方便； 電流表的接入改變了原來電路的工作狀態(tài)，測得值不能真實(shí)地反映出原有情況。 電壓測量是電子測量的基礎(chǔ)，在電子電路和設(shè)備的測量調(diào)試中，電壓測量是不可缺少的基本測量,7.1.2 電壓測量的特點(diǎn) 1頻率范圍 廣：頻率范圍相當(dāng)廣，10-6 Hz(甚至更低) 109Hz 異：頻段不同，測量方法手段各異 2測量范圍 待測電壓：10-9V 幾十伏、幾百伏、上千伏 信號(hào)電壓電平低：要求電壓

3、表分辨力高，但又會(huì)受到干擾、內(nèi)部噪聲等的限制。 信號(hào)電壓電平高：要考慮電壓表輸入級(jí)中加接分壓網(wǎng)絡(luò)，但又會(huì)降低電壓表的輸入阻抗。,3信號(hào)波形 正弦波、失真的正弦波、非正弦波 不同波形電壓的測量方法及對(duì)測量準(zhǔn)確度的影響不同 4被測電路的輸出阻抗 Zi 為電壓表輸入阻抗（一般較大），Zo 為電路的輸出阻抗（大小不一） Zo 值較高時(shí)，應(yīng)考慮消除“負(fù)載效應(yīng)”,圖7.1-1電壓表測量電壓及其等效電路,5測量精度 被測電壓的頻率、波形等因素使測量的準(zhǔn)確度有較大差異。 電壓值的基準(zhǔn)是直流標(biāo)準(zhǔn)電壓 直流電壓測量的精度較高：數(shù)字電壓表測量精度 10-7（分布參數(shù)等的影響可忽略）。 交流電壓測量精度要低得多： 一

4、般10-2 10-4 原因：交流電壓 AC/DC 變換電路 直流電壓 交流電壓的頻率和電壓大小對(duì) AC/DC 電路的特性有影響； 高頻測量時(shí)分布參數(shù)的影響很難避免和準(zhǔn)確估算。,6干擾 電壓測量易受外界干擾影響。 信號(hào)電壓較小時(shí)，干擾為影響測量精度的主要因素，使用的高靈敏度電壓表（如數(shù)字式電壓表、高頻毫伏表等）要具有較高的抗干擾能力；測量時(shí)采取相應(yīng)措施(正確的接線方式，必要的電磁屏蔽) 。,7.1.3 電壓測量儀器的分類（各類電壓表） 1按顯示方式分類 萬用表電壓檔： 50Hz（工頻）和 幾十KHz（要求不高的低頻） 電子電壓表：按顯示方式不同，分為模擬式電子電壓表和數(shù)字式電子電壓表。 模擬式電

5、子電壓表：以模擬式電表顯示測量結(jié)果，準(zhǔn)確度和分辨力較低。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單；價(jià)格便宜；頻率范圍寬；更適于用在不需要準(zhǔn)確測量電壓大小、只需要知道電壓大小的范圍或變化趨勢的場合（零示器 或 諧振電路調(diào)諧時(shí)峰值、谷值的觀測）, 數(shù)字式電子電壓表：用數(shù)字顯示器顯示測量結(jié)果，準(zhǔn)確度和分辨力較高。 優(yōu)點(diǎn)： 測量準(zhǔn)確度高 測量速度快 輸入阻抗大（負(fù)載效應(yīng)可以忽略） 過載能力強(qiáng) 抗干擾能力和分辨率優(yōu)于模擬電壓表 讀數(shù)直觀 便于擴(kuò)展為自動(dòng)化測試儀器或自動(dòng)測試系統(tǒng) 缺點(diǎn)：頻率范圍弱于模擬式電壓表,2模擬式電壓表分類 （1）按測量功能分類 直流電壓表 交流電壓表 脈沖電壓表：用于測量脈沖間隔很長（即占空系數(shù)很?。┑拿}

6、沖信號(hào)和單脈沖信號(hào)，一般情況下脈沖電壓的測量已逐漸被示波器測量所取代。,（2）按工作頻段分類 超低頻電壓表： 300MHz （3）按測量電壓量級(jí)分類 電壓表：主量程為 V（伏）量級(jí) 毫伏表：主量程為 mV（毫伏）量級(jí) 主量程：不加分壓器或外加前置放大器時(shí)電壓表的量程。,（4）按電壓測量準(zhǔn)確度等級(jí)分類 分為：0.05 、0.1、0.2、0.5、10、1.5、2.5、5.0 和10.0 等級(jí)，其滿度相對(duì)誤差分別為 0.05、0.1、10.0。 （5）按刻度特性分類 分為：線性刻度、對(duì)數(shù)刻度、指數(shù)刻度、其他有特殊需要的非線性刻度。 模擬式電壓表的技術(shù)指標(biāo)約19項(xiàng),3數(shù)字式電壓表 按測量功能分為： 直

7、流數(shù)字電壓表 交流數(shù)字電壓表：AC/DC變換原理分： 峰值交流數(shù)字電壓表 平均值交流數(shù)字電壓表 有效值交流數(shù)字電壓表 數(shù)字式電壓表的技術(shù)指標(biāo)較多（30項(xiàng)）,7.2 模擬式直流電壓測量,7.2.1 動(dòng)圈式電壓表 1. 結(jié)構(gòu)：虛框內(nèi)為一直流動(dòng)圈式高靈敏度電流表，內(nèi)阻為 Re ，滿偏電流(或滿度電流)為 Im ，若作為直流電壓表，則其滿度電壓為：,圖7.2-1直流電壓表電路,(7.2-1),為了擴(kuò)大量程，可串接若干個(gè)倍壓電阻 R1、R2、R3。共有 U0、U1、U2、U3 四個(gè)電壓量程， 三個(gè)倍壓電阻分別為：,(7.2-2),圖7.2-1直流電壓表電路,2. 特點(diǎn)：量程一定時(shí)，表頭越靈敏（ Im 越

8、小），內(nèi)阻越大。 “每伏歐姆（/V）數(shù)”= 即：電壓靈敏度,“/V”數(shù)越大：表明使指針偏轉(zhuǎn)同樣角度所需的驅(qū)動(dòng)電流越小。 “/V”數(shù)一般標(biāo)明在磁電式(如萬用表電壓擋)電壓表表盤上，可依據(jù)它推算出不同量程時(shí)電壓表的內(nèi)阻。,1/Im,圖7.2-1直流電壓表電路,3. 誤差來源： 讀數(shù)誤差 表頭本身和倍壓電阻的準(zhǔn)確度：一般1%，精密表為 0.1% 4. 動(dòng)圈式的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、使用方便 缺點(diǎn)：靈敏度不高，輸入電阻低，不如模擬式電子電 壓表（“負(fù)載效應(yīng)”不可忽略）,圖7.2-1直流電壓表電路,例1 在圖7.2-2中，虛框內(nèi)表示高輸出電阻的被測電路，電壓表 V 的“/V”讀數(shù)為 20k/V，分別用 5V

9、量程和 25V 量程測量端電壓 Ux ，分析輸入電阻的影響及用公式計(jì)算來消除負(fù)載效應(yīng)對(duì)測量結(jié)果的影響。 解：如果是理想情況，電壓表內(nèi)阻 Rv 應(yīng)為無窮大，此時(shí)電壓表示值 Ux ，與被測電壓實(shí)際值 E0 相等：,圖7.2-2測量高輸出電阻電路的直流電壓,當(dāng)電壓表輸入電阻為 Rv 時(shí)，電壓表測得值：,（7.2-3）,相對(duì)誤差為：,（7.2-4）,將有關(guān)數(shù)據(jù)值代入上面兩式，可得：,5V電壓檔：Rv120k/V 5V100k,25V電壓檔：Rv220k/V 25V500k,電壓表輸入電阻（低電壓檔時(shí)輸入電阻）對(duì)測量結(jié)果有嚴(yán)重影響,由 可推出：,(7.2-5),同理可得：,(7.2-6),因此,待測電壓

10、 E0 為：,式中：,(7.2-7),(7.2-8),對(duì)于內(nèi)阻不同的兩只電壓表，或者同一電壓表的不同電壓檔，此時(shí) k = RV2 / RV1 即等于電壓量程之比（可由兩次測得值得到近似的實(shí)際值 E0 ） 將本題中有關(guān)數(shù)據(jù)代入可得待測電壓近似值：,消除負(fù)載效應(yīng)的方法： 利用上面的公式計(jì)算： 用在精密測量中的其他測量方法：零示法(如 電橋)和微差法(如 微差電壓表)，一般操作都比較麻煩。 在工程測量中提高 Ri 和靈敏度以提高測量質(zhì)量最常用的辦法是利用電子電壓表進(jìn)行測量。,7.2.2 電子電壓表 1電子電壓表原理 通常使用高輸入阻抗的場效應(yīng)管（FET）源極跟隨器或真空三極管陰極跟隨器來提高電壓表輸

11、入阻抗，后接放大器以提高電壓表靈敏度。 當(dāng)需要測量高直流電壓時(shí)，輸入端接入分壓電路。 分壓器：R0、R1、R2、R3 組成,圖7.2-3電子電壓表框圖,分壓電路的接入將使 Ri 有所降低，但只要分壓電阻取值較大，可使 Ri 比動(dòng)圈式電壓表大得多。 因 FET 源極跟隨器輸入電阻很大（幾百M(fèi)以上）， 則由 Ux 測量端看進(jìn)去的輸入電阻基本上由分壓器電阻決定（串聯(lián)和 10 M，滿足高輸入阻抗的要求） 該結(jié)構(gòu)中，電壓表的輸入阻抗基本上是一個(gè)常量，與量程無關(guān)。,圖7.2-3電子電壓表框圖,運(yùn)放理想化處理：當(dāng)運(yùn)放開環(huán)放大系數(shù) A 足夠大時(shí)，可以認(rèn)為U0(虛短路)， Ii0(虛斷路)， 因而有 UFUi

12、IFI0,(7.2-9),分壓器和電壓跟隨器的作用使 Ui 正比于待測電壓 Ux ：,圖7.2-4集成運(yùn)放電壓表的原理圖,則：,Ui = k Ux,(7.2-10),即流過電流表的電流 I0 與被測電壓 Ux 成正比，只要分壓系數(shù) k 和 RF 足夠精確和穩(wěn)定，就可獲得良好的準(zhǔn)確度。 因此，各分壓電阻及反饋電阻 RF 都要使用精密電阻。,圖7.2-4集成運(yùn)放電壓表的原理圖,2調(diào)制式直流放大器 電子電壓表中常采用調(diào)制式放大器代替直流放大器以抑制漂移（零點(diǎn)漂移會(huì)限制電壓表靈敏度的提高），可使電子電壓表能測量微伏量級(jí)的電壓。 直流電壓信號(hào) ui 調(diào)制器(斬波器) 交流信號(hào) uA 交流放大器放大 uB

13、 解調(diào)器還原為直流信號(hào) uo (幅度已被放大),圖7.2-5 調(diào)制式直流放大器原理,振蕩器：向調(diào)制器和解調(diào)器提供固定頻率的同步控制信號(hào)。 交流放大器：一般采用選頻放大器，只對(duì)與振蕩器同頻率的信號(hào)進(jìn)行放大而抑制其他頻率的噪聲和干擾。 （如在解調(diào)器輸出端和調(diào)制器輸入端間增加負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)以提高整機(jī)穩(wěn)定性）,圖7.2-5 調(diào)制式直流放大器原理,圖7.2-6調(diào)制器的工作原理及各點(diǎn)波形,調(diào)制器和解調(diào)器是一對(duì)同步開關(guān)，開關(guān)控制信號(hào)由振蕩器提供。 調(diào)制器： SM ：機(jī)械式振子開關(guān)或場效應(yīng)管電子開關(guān)； R ：限流電阻，以防信號(hào)源被短路； C ：隔直流電容； Ri：交流放大器等效輸入電阻。 圖(d)中，Ui 為輸入

14、直流信號(hào) E,圖7.2-6調(diào)制器的工作原理及各點(diǎn)波形,0 T/2 區(qū)間，圖(b) ：SM 打開 uM = Ui ； T/2 T 區(qū)間，圖(c) ：SM 閉合 uM = 0； 如此交替 交流信號(hào)uM 波形 再經(jīng)電容 C 濾除直流成分 交流信號(hào) uA，并通過交流放大器進(jìn)行放大。,圖7.2-7解調(diào)器的工作原理和各點(diǎn)波形, 解調(diào)器： SD ：與調(diào)制器中 SM 同步動(dòng)作的機(jī)械式振子開關(guān)或場效應(yīng)管電子開關(guān)； C ：隔直流電容，隔直作用，使放大器的零點(diǎn)漂移被阻斷，不能傳輸?shù)胶竺娴闹绷麟妷罕恚?R ：限流電阻； RF、CF構(gòu)成濾波器，濾波后得到放大后的直流信號(hào)。,7.3 交流電壓的表征和測量方法,7.3.1

15、交流電壓的表征 交流電壓除用具體的函數(shù)關(guān)系式表達(dá)其大小隨時(shí)間的變化規(guī)律外，通常還可以用峰值、幅值、平均值、有效值等參數(shù)來表征。,1峰值 峰值 Up ：周期性的交變電壓 u(t) 在一個(gè)周期內(nèi)偏離零電平的最大值。 正、負(fù)峰值不等時(shí)分別用 Up+ 和 Up- 表示。 幅值或振幅 Um ：u(t) 在一個(gè)周期內(nèi)偏離直流分量 U0 的最大值。 正、負(fù)幅值不等時(shí)分別用Um+和Um-表示。 （圖(b)中U0=0，且正、負(fù)幅值相等）,圖7.3-1交流電壓的峰值與幅值,2平均值 u(t)的平均值 的數(shù)學(xué)定義為：,(7.3-1),：周期性電壓的直流分量 U0,圖7.3-1交流電壓的峰值與幅值,圖7.3-2半波和

16、全波整流,(7.3-2),如不另加說明，本章所指平均值均為上式所定義的全波平均值。,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。 分為：半波(整流)平均值 全波(整流)平均值 全波平均值定義為：,未檢波前電壓波形,半波整流電壓波形,全波整流電壓波形,3有效值 某一交流電壓的有效值若等于直流電壓的數(shù)值 U ，即：當(dāng)該交流電壓和數(shù)值為 U 的直流電壓分別施加于同一電阻上時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)兩者產(chǎn)生的熱量相等。 用數(shù)學(xué)式可表示為：,(7.3-3),上式實(shí)質(zhì)上即數(shù)學(xué)上的均方根定義，電壓有效值也可寫作 Urms 。,4波形因數(shù)、波峰因數(shù) 交流電壓的有效值、平均值和峰值間有一定的關(guān)系，可分

17、別用波形因數(shù)（波形系數(shù)）和波峰因數(shù)（波峰系數(shù)）表示。 波形因數(shù) KF ：該電壓的有效值與平均值之比,(7.3-4),波峰因數(shù) Kp ：該電壓的峰值與有效值之比,(7.3-5), 國際上交流電壓的表征量均為有效值 電壓表幾乎都按正弦波的有效值來定度（除特殊情況外）。 當(dāng)用交流電壓表（正弦波的有效值定度）測量電壓時(shí)： 被測電壓是正弦波，電壓表讀數(shù)（有效值） 峰值和平均值（利用表中 KF 、KP ）； 被測電壓是非正弦波，必須根據(jù)電壓表讀數(shù)和電壓表所采用的檢波方法進(jìn)行必要的波形換算，才能得到有關(guān)參數(shù)。,7.3.2 交流電壓的測量方法 1交流電壓測量的基本原理 測量交流電壓的方法：最主要的一種是利用交

18、流/直流（AC/DC）轉(zhuǎn)換電路將交流電壓 直流電壓，然后用直流電壓表進(jìn)行測量。 根據(jù) AC/DC 轉(zhuǎn)換器的類型，分為： 熱電轉(zhuǎn)換法 檢波法（根據(jù)檢波特性的不同）,平均值檢波 峰值檢波 有效值檢波,2模擬交流電壓表的主要類型 1）檢波-放大式 檢波-放大式電壓表：在直流放大器前面接上檢波器。 頻率范圍和輸入阻抗主要取決于檢波器：頻率范圍從幾十Hz到幾百M(fèi)Hz，輸入阻抗也較大。 “高頻毫伏表”（高頻電壓表） “超高頻毫伏表”（超高頻電壓表）,圖7.3-3檢波-放大式電壓表框圖,2）放大-檢波式 當(dāng)被測電壓過低時(shí)，直接進(jìn)行檢波誤差會(huì)顯著增大。 提高交流電壓表的測量靈敏度： 先將被測電壓進(jìn)行放大； 再

19、檢波和推動(dòng)直流電表顯示。 放大-檢波式電壓表的頻率范圍主要取決于：寬帶交流放大器，靈敏度受到放大器內(nèi)部噪聲的限制。 通常頻率范圍為20Hz10MHz “視頻毫伏表”：多用在低頻、視頻場合。,圖7.3-4放大-檢波式電壓表框圖,3）調(diào)制式 為減小直流放大器的零點(diǎn)漂移對(duì)測量結(jié)果的影響，可采用調(diào)制式放大器以替代一般的直流放大器。 調(diào)制式電壓表屬于檢波-放大式 放大器：由固體斬波器和振蕩器構(gòu)成的調(diào)制式直流放大器。,圖7.3-5調(diào)制式電壓表框圖,4）外差式 檢波-放大式電壓表受檢波二極管的非線性的限制，靈敏度較低，僅為mV級(jí)。 放大-檢波式電壓表靈敏度可以保證，但受放大器增益與帶寬矛盾的限制，頻率范圍較

20、窄，一般 10MHz。 這兩種方式測量電壓時(shí)，都會(huì)受干擾和噪聲的影響而妨礙了靈敏度的提高。 外差式電壓測量法可解決上述矛盾?！案哳l微伏表”,圖7.3-6外差式電壓表框圖,輸入電路中包括：輸入衰減器和高頻放大器。 高頻放大器帶寬很大，被測電壓的放大主要由后面的中頻放大器完成。 被測信號(hào) 輸入電路 混頻器（與本振信號(hào)一起）頻率固定的中頻信號(hào) 中頻放大器 放大 檢波器 直流電壓顯示 中頻放大器：良好的頻率選擇性、固定中頻頻率、極窄的帶通濾波特性 可實(shí)現(xiàn)高增益、削弱干擾和噪聲,圖7.3-6外差式電壓表框圖,5）熱偶變換式 熱偶元件（熱電偶）是由兩種不同材料的導(dǎo)體所構(gòu)成的具有熱電現(xiàn)象的元件。 由于兩種金

21、屬表面電子逸出功不相等，在 A、B 兩個(gè)接觸端面交界面上會(huì)形成電位差，電位差大小與接觸端面溫度有關(guān)。 A、B 端溫度相等時(shí)，兩電位差大小相等，彼此抵消 A 端溫度若高于 B 端，則兩端電位差不等 熱電動(dòng)勢,圖7.3-7熱電偶原理圖,I 熱電動(dòng)勢 TAB U2,7.4 低頻交流電壓測量,交流電壓表（交流毫伏表）：測量低頻（ 1MHz）信號(hào)電壓的電壓表。 這類電壓表一般采用放大-檢波式 檢波器：一般為平均值檢波器、有效值檢波器，分別構(gòu)成均值電壓表和有效值電壓表。,7.4.1 均值電壓表 1平均值檢波器的原理 平均值檢波器：4只性能相同的二極管構(gòu)成橋式全波整流電路。 |ux| ：整流后的波形 整流器

22、等效為：Rs串聯(lián)一電壓源|ux| Rm ：電流表內(nèi)阻 C ：濾波電容，濾除交流成分,圖7.4-1 平均值檢波器,將整流后的波形 |ux| 用傅里葉級(jí)數(shù)展開，得：,(7.4-1),圖7.4-1 平均值檢波器,即：電流表測得值 I0 正比于全波整流平均值。 流過電容 C ：|ux|的基波和各高次諧波； 流過電流表：直流電流 I0（和平均值成正比）。 半橋式整流器可改善整流二極管的非線性。,直流分量,整流平均值,2檢波靈敏度 表征均值檢波器工作特性的一個(gè)重要參數(shù)是檢波靈敏度 Sd ，定義為：,(7.4-2),全波橋式整流器，可導(dǎo)出：,(7.4-3),要提高測量靈敏度，應(yīng)減小二極管的單向?qū)娮?Rd

23、 和 Rm 。 由于二極管是非線性器件，當(dāng)電壓較低（ 0.5V）時(shí)，Rd 急劇增大至幾k幾十k，Sd 急劇下降，不宜用這種檢波器直接測量 0.5V 以下的電壓。,Rd ：二極管的單向?qū)娮?3輸入阻抗 圖7.4-1(a)所示均值整流器，其輸入阻抗為：,(7.4-6),仍設(shè) Rd=500，Rm=1 k(常規(guī)的數(shù)值)，則 Ri 約為1.8 k，可見均值檢波器輸入阻抗很低。 4均值電壓表 均值電壓表：以均值檢波器為AC/DC變換器； 均值檢波器：檢波靈敏度具有非線性特性、輸入阻抗過低。 均值電壓表：屬于放大-檢波式,7.4.2 波形換算 電壓表度盤：以正弦波的有效值來定度的 均值檢波器的輸出（流過

24、電流表的電流）Ua ：與被測信號(hào)電壓的平均值 成線性關(guān)系，有：,(7.4-7),式中，Ua ：電壓表示值， ：被測電壓平均值，Ka：定度系數(shù)。 對(duì)于全波檢波（整流）電路構(gòu)成的均值電壓表，定度系數(shù) Ka 即為：正弦信號(hào)的波形因數(shù) KF ，有：,(7.4-8), 若被測信號(hào)為正弦波形：電壓表示值就是被測電壓的有效值。 若被測信號(hào)為非正弦波形：先進(jìn)行“波形換算”，再由示值和被測信號(hào)的具體波形，推算出被測信號(hào)的數(shù)值。 具體方法是：根據(jù) 可知，電壓表表頭示值 Ua相等平均值 相等。 先得到任意波形電壓的平均值：,(7.4-9),再由波形系數(shù) KF 定義：,(7.4-10),任意波形電壓的有效值：,(7.

25、4-11),例1 用全波整流均值電壓表分別測量正弦波，三角波和方波，若電壓表示值均為10V，問被測電壓的有效值各為多少? 解：對(duì)于正弦波，由于電壓表本來就是按其有效值定度，即電壓表的示值就是正弦波的有效值，所以正弦波的有效值為：,對(duì)于三角波，查表7.3-1，其波形系數(shù) KF = 1.15，有效值為：,對(duì)于方波，查表7.3-1，其波形系數(shù) KF = 1，有效值為：,任意波形的有效值為：,若被測電壓不是正弦波形時(shí)，直接將電壓表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“波形誤差”，可得波形誤差的計(jì)算公式為：,(7.4-12),在上例中，若直接將電壓表示值 Ua=10V 作為三角波和方波

26、的有效值，則波形誤差為： 三角波： V = (1-0.9KF)100% = (1-0.91.15)100% = - 3.5% 方波： V = (1-0.9KF)100% = (1-0.91)100% = 10%,7.4.3 均值檢波器誤差 均值電壓表的誤差包括下列因素： 直流微安表本身的誤差 檢波二極管老化、變質(zhì)、不對(duì)稱帶來的誤差 超過頻率范圍時(shí)二極管分布參數(shù)帶來的誤差(頻響誤差) 波形誤差,圖7.4-4均值檢波器高頻等效電路,7.4.4 有效值檢波器 電壓有效值的定義：,(7.4-13),為獲得有效值（均方根）響應(yīng)，必須使AC/DC變換器具有平方律關(guān)系的伏安特性。 這類變換器有四種： 二極管

27、平方律檢波式 分段逼近式檢波式 熱電變換式 模擬計(jì)算式,1二極管平方律檢波式 真空或半導(dǎo)體二極管在其正向特性的起始部分，具有近似的平方律關(guān)系。 可推出流經(jīng)微安表的電流為： 實(shí)現(xiàn)了有效值轉(zhuǎn)換,圖7.4-5 二極管的平方律特性,優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單；靈敏度高 缺點(diǎn)：有效值檢波的動(dòng)態(tài)范圍窄；特性不易控制且不穩(wěn)定 逐漸被分段逼近式有效值檢波器替代,2分段逼近式檢波式 鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于與 R2 并聯(lián)的可變負(fù)載。二極管VD1、VD2對(duì)被測電壓進(jìn)行全波檢波。 u 增大時(shí)， VD3、VD4、VD5、VD6依次導(dǎo)通，伏安特性斜率也依次增大。 選擇合適的鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)值，可使流過微安表的電流正比于被測電壓有效值的平方。 （直接

28、接微安表時(shí)，刻度是非線性的）,圖7.4-6平方律伏安特性和二極管鏈?zhǔn)诫娐?3模擬計(jì)算式 利用集成乘法器、積分器、開方器等實(shí)現(xiàn)電壓有效值測量,圖7.4-7模擬計(jì)算式有效值電壓表原理,第一級(jí)：由乘法器構(gòu)成的平方器，輸出正比于 u2x(t) 第二級(jí)：積分器， 輸出正比于 第三級(jí)：實(shí)現(xiàn)開方運(yùn)算 末級(jí)：放大器， 輸出正比于有效值（均方根值） 模擬計(jì)算式電壓表的刻度是線性的,有效值電壓表的優(yōu)點(diǎn)： 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(guān)。,7.4.5 分貝值的測量 分貝值的作用：表示放大器的增益、噪聲電平、音響設(shè)備等有關(guān)參數(shù)。 分貝值：被測量對(duì)某一同類基準(zhǔn)量比值的對(duì)數(shù)值。 電壓 Ux 的分貝值

29、 Ux (dB)為：,(7.4-17),式中， Us ：基準(zhǔn)電壓。一般規(guī)定在 Zs=600上產(chǎn)生 Ps=1mW 的功率為基準(zhǔn)，相應(yīng)基準(zhǔn)電壓 Us 為：,分貝值的測量實(shí)際上仍是電壓測量，即：將原電壓示值取對(duì)數(shù)后在表盤上以分貝定度。,當(dāng) UxUs 時(shí)，分貝值為正； 當(dāng) UxUs 時(shí)，分貝值為負(fù)； 當(dāng) Ux=Us 時(shí)，分貝值為零。,在 1.5V 量程刻度線上的 0.775 處定為 0dB ，Ux0.775V 時(shí)，為正分貝值，Ux0.775V 時(shí)，為負(fù)分貝值。該儀表分貝刻度為 -30dB +5dB ，相應(yīng)電壓值要根據(jù)所使用的量程進(jìn)行換算。,圖7.4-8 分貝刻度的讀法,例2 用 1.5V 量程測電壓，

30、Ux=1.38V，問對(duì)應(yīng)的分貝值? 解：,即此時(shí)該表指針指向 +5dB 處。,例3 用 MF-20 的 30V 電壓量程，測得電壓 Ux=27.5V，問其分貝值為多少? 解：,而此時(shí) MF-20 表針指出的分貝值為 +5dB 。 原因在于： MF-20多用表的電壓基本量程是01.5V，表盤上的分貝值與該量程上電壓值相對(duì)應(yīng)。 當(dāng)使用30V量程時(shí)，該表的可變量程分壓器的分壓比為30/1.5=20，即：加在后面電壓表表頭上的電壓是衰減 20 倍的被測電壓（實(shí)際被測電壓是加在表頭上電壓的 20 倍）。,設(shè)表頭上電壓為 Ux，則實(shí)際被測電壓為 Ux=20 Ux，寫成分貝形式為：,(7.4-18),本例中

31、表針指出的 +5dB 即式中 20lgUx的值， 因此 Ux 的實(shí)際分貝值為 26dB + 5dB = 31dB。 圖7.4-8中兩側(cè)的對(duì)照表就是為這種計(jì)算而列出的。 例： 若使用 150V 電壓擋：被測電壓的分貝值 = 表盤上分貝值 + 40dB 若使用 60mV 電壓擋：被測電壓的分貝值 = 表盤上分貝值 + (-28)dB,例4 用 MF-20 的 300mV 檔測電壓，表針指在 -10dB 處，被測電壓的分貝值為多少? 解：由圖 7.4-8 左側(cè)表格知，使用 300mV 檔時(shí)，被測電壓的分貝值應(yīng)是表盤上指針指出的分貝值減去 14dB ，所以被測電壓為：,由此可見，對(duì) MF-20 型表，

32、僅當(dāng)使用 1.5V 檔時(shí)，才能直接讀取分貝值，使用其他電壓檔，都應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的換算。,7.5 高頻交流電壓測量,測量高頻信號(hào)的電壓表：采用檢波-放大式，不采用放大-檢波式（放大器頻率特性的限制）。 檢波-放大式結(jié)構(gòu)：放大器放大的是檢波后的直流信號(hào)，其頻率特性不會(huì)影響整個(gè)電壓表的頻率響應(yīng)。 測量電壓的頻率范圍主要取決于檢波器的頻率響應(yīng)。 在檢波-放大式高頻毫伏表中，檢波器多采用峰值式。,7.5.1 峰值檢波器 1串聯(lián)式峰值檢波器（測正、負(fù)峰值） 元件參數(shù)滿足：,(7.5-1),圖7.5-1串聯(lián)式峰值檢波器的原理圖及檢波波形,式中，Tmax、Tmin：被測信號(hào)的最大周期、最小周期 Rd = 二極管正

33、向?qū)娮?RD + 被測電路的等效信號(hào)源內(nèi)阻 Rx, 被測電壓 ux 正半周：充電時(shí)間常數(shù) RdC 非常小，電容 C上的電壓迅速達(dá)到 ux 峰值 Up 。, 被測電壓 ux 負(fù)半周：放電時(shí)間常數(shù) RC 很大。 電容上電壓跌落很小，從而使得其平均值 或 始終接近 ux 的峰值，即： 實(shí)際上檢波器輸出電壓平均值 略小于 UP ，即 kd 表示峰值檢波器的檢波系數(shù)，有： 若把二極管 VD 反接，可以測得 ux 的負(fù)峰值,圖7.5-1串聯(lián)式峰值檢波器的原理圖及檢波波形,(7.5-2),2雙峰值檢波器（測峰-峰值） 雙峰值檢波電路：兩個(gè)串聯(lián)式檢波電路結(jié)合在一起。 C1 或 R1 上的平均電壓近似于 u

34、x 的正峰值 Up+ C2 或 R2 上的平均電壓近似于 ux 的負(fù)峰值 Up- 檢波器輸出電壓 ，即輸出電壓近似等于被測電壓的峰-峰值。,圖7.5-2雙峰值檢波電路,HFJ-8型超高頻毫伏表：高頻探頭內(nèi)安裝了一個(gè)雙峰值檢波器。 檢波器輸出端接的是調(diào)制式高增益的直流放大器，可以有效地抑制零點(diǎn)漂移和提高測量靈敏度。,圖7.5-3HFJ-8型超高頻毫伏表檢波電路,3并聯(lián)式檢波器（測幅值） ux 正半周：ux 通過二極管 VD 迅速給電容 C 充電（RdC） ux 負(fù)半周：電容 C 上電壓經(jīng)過電壓源及 R 緩慢放電（RC），電容 C 上平均電壓接近 ux 峰值 UP 電阻 R 的電壓 uR 濾除高頻

35、分量，其平均值 等于電容上平均電壓 ，近似等于 ux 峰值，即,圖7.5-4并聯(lián)式峰值檢波電路及波形,4倍壓式峰值檢波器 可提高檢波器輸出電壓 ux 負(fù)半周：ux 經(jīng)過 VD1 向 C1 充電，uC1 迅速達(dá)到 ux 峰值 ux 正半周：uC1 和 ux 串聯(lián)后經(jīng)過 VD2 向 C2 充電，uC2 迅速達(dá)到 (uC1+ux) 的峰值 由于 RC2Tmax ，因此放電非常緩慢，R 上電壓下降不大，近似等于ux峰值的兩倍， 即：,圖7.5-5倍壓式峰值檢波電路及波形,7.5.2 誤差分析 1理論誤差 峰值檢波器輸出電壓的平均值略小于被測電壓的峰值，實(shí)際數(shù)值與充電、放電時(shí)常數(shù)有關(guān)。 正弦波的理論誤差

36、為：,(7.5-3),2頻率誤差 原因：低頻時(shí) Tmax 加大，放電時(shí)間變長， 下降增多。 低頻誤差為：,(7.5-4),峰值檢波式電壓表比較適用于高頻測量，但由于高頻時(shí)分布參數(shù)的影響加大也會(huì)帶來高頻誤差。,3波形誤差 峰值電壓表也是按正弦波有效值定度 正弦波：峰值電壓表示值即為其有效值。 非正弦波：利用波峰系數(shù)進(jìn)行換算才能得到有效值。 波形誤差的來源： 對(duì)于那些不能通過波峰系數(shù)進(jìn)行波形換算的被測信號(hào)，只好將電壓表示值作為其近似的有效值。 峰值檢波器的輸出與檢波系數(shù) kd 有關(guān)，而不同波形的信號(hào)和正弦波相比，kd 是有差異的。,7.5.3 波形換算 1定度 峰值電壓表示值 Ua 與峰值檢波器輸

37、出 Up 間滿足：,(7.5-9),式中，ka ：定度系數(shù)。 電壓表是以正弦波有效值定度的，有,(7.5-10),2波形換算 當(dāng)被測電壓為非正弦波時(shí)，應(yīng)進(jìn)行波形換算才能得到被測電壓的有效值。 波形換算的原理是：示值 Ua 相等 峰值 Up 相等 可得峰值：,(7.5-11),再由表7.3-1給出的波峰因數(shù) Kp=Up/U 得到有效值：,(7.5-12), 注意：上式僅適用于單峰值電壓表,例2 用峰值電壓表分別測量正弦波、三角波和方波，電壓表均指在 10V 位置，問三種波形被測信號(hào)的峰值和有效值各為多少? 解：根據(jù)示值相等、峰值也相等的原理和式(7.5-11)，可知三種波形的電壓峰值 Up 均為

38、：,因?yàn)殡妷罕砭褪且哉也ㄓ行е刀ǘ鹊模虼苏也ǖ挠行е稻褪请妷罕肀磲樦甘局?，即正弦波的有效值為?U=10V。,對(duì)于三角波，由式(7.5-12)并查表7.3-1知波峰系數(shù) Kp=1.73 ，有效值為：,對(duì)于方波，波峰系數(shù) Kp=1 ，有效值為：,7.6 脈沖電壓測量,測量脈沖電壓的方法有兩種： 示波器：方便、 直觀地觀察和測量脈沖信號(hào)的波形和各有關(guān)參數(shù)（更常用）； 脈沖電壓表：高壓脈沖測量， 脈沖間隔時(shí)間很長的脈沖信號(hào)測量,7.6.1 用示波器測量脈沖電壓 直接測量法和比較測量法 1直接測量法（靈敏度換算法） 直接測量法：將被測電壓信號(hào)接在示波器 Y (垂直)通道，根據(jù)示波管熒光屏上電壓波

39、形的高度 H 及 Y 軸偏轉(zhuǎn)因數(shù) d（V/cm或V/div），直接計(jì)算出脈沖峰值 Up ： Up=d H(7.6-1) 注意：探極有無衰減，是否使用“倍率”，Y軸微調(diào)置“校正位” 直接測量法是最常用的方法。由于光跡較寬，視差及衰減器、放大器誤差等因數(shù)限制，測量誤差約為5。,【例1】用SR-8示波器測量脈沖電壓。Y 軸微調(diào)已置校正位， 開關(guān)“V/div”置0.2處，探極衰減10倍，脈沖在熒光屏上高度 H=1.4 div(格)，求被測電壓峰值（實(shí)際上是峰-峰值）。 解：由于探極已將信號(hào)衰減10倍（為了方便， 寫為k1=10），因此脈沖電壓的峰-峰值： Up-p=k H=d k1H=0.2 V/di

40、v101.4 div=2.8 V,【例2】用SBM-14示波器測量脈沖電壓峰-峰值。波形高度 H=3 div， 開關(guān)“V/div”置0.2處，探極衰減 k1=10，“倍率”置5位（k2=5，信號(hào)放大5倍后接入 Y 偏轉(zhuǎn)通道），求被測電壓的峰-峰值。 解： Up-p =k H=(dk1k2)H =0.2 V/div1053 div=1.2 V,2比較測量法 比較測量法：用已知電壓值（一般為峰-峰值）的信號(hào)（一般為方波）與被測信號(hào)電壓波形比較而求得被測電壓值。 設(shè)在保持輸入衰減和 Y 軸增益不變的情況下，被測信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)在熒光屏上的高度分別為 H1、H2，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的峰-峰值為 Usp-p ，則被

41、測電壓峰峰值 Uxp-p 為： SR-8雙蹤示波器內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生 1kHz 峰-峰值為1V 的矩形波。,(7.6-2),7.6.1 用脈沖電壓表測量脈沖電壓 3高壓脈沖電壓表（充放電法） 峰值檢波器：高壓硅堆 VD、限流電阻 R1、電容 C1構(gòu)成。 R2與微安表：直接指示被測脈沖峰值。 標(biāo)準(zhǔn)電阻 R3 ：其上電壓為毫伏級(jí)。 當(dāng)正向脈沖輸入時(shí)： VD 導(dǎo)通，C1 充電。 脈沖休止期 VD 截止：C1 放電，由電表讀取脈沖電壓峰值。,圖7.6-3用充放電法測高壓脈沖,7.7 電壓的數(shù)字式測量,7.7.1 概述 模擬式電壓表：直接從指針式顯示儀表的表盤上讀取測量結(jié)果。 “模擬”：指隨著被測

42、電壓的連續(xù)變化 表頭指針的偏轉(zhuǎn)角度也連續(xù)變化。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，頻率范圍寬，在電壓測量（尤其高頻電壓測量）中應(yīng)用廣泛。 缺點(diǎn)：表頭誤差和讀數(shù)誤差的限制，靈敏度和精度不高。, 數(shù)字式電壓表：數(shù)字式測量方法，利用模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器，連續(xù)的模擬量 離散的數(shù)字量 利用十進(jìn)制數(shù)字方式 顯示被測量的數(shù)值。 優(yōu)點(diǎn)： 準(zhǔn)確度高 數(shù)字顯示 輸入阻抗高 測量速度快，自動(dòng)化程度高 功能多樣 缺點(diǎn)：交流測量時(shí)的頻率范圍不夠?qū)?，上限頻率1MHz,7.7.2 數(shù)字式電壓表(DVM)的組成原理 1直流數(shù)字式電壓表 模擬部分：輸入電路（阻抗變換，放大電路、量程控制）和A/D變換器。 模擬部分決定了電壓表的主

43、要技術(shù)指標(biāo)如準(zhǔn)確度、分辨力等。 數(shù)字部分：完成邏輯控制，譯碼（將二進(jìn)制數(shù)字十進(jìn)制數(shù)字）和顯示等功能。,圖7.7-1直流數(shù)字電壓表的組成,2數(shù)字多用表（DMM） 模擬交流電壓表：模擬直流電壓表前端配接檢波器 數(shù)字多用表：在數(shù)字直流電壓表前端配接相應(yīng)的交流-直流轉(zhuǎn)換器（AC/DC）、電流-電壓轉(zhuǎn)換電路（I/V）、電阻-電壓轉(zhuǎn)換電路（/V）等 數(shù)字式多用表的核心是數(shù)字直流電壓表,圖7.7-2數(shù)字式多用表組成原理,直流數(shù)字電壓表：線性化顯示的儀器 因而其前端配接的 AC/DC、I/V 、/V 等變換器也必須是線性變換器，這樣才能滿足變換器的輸出與輸入間成線性關(guān)系。 注意：7.4.4 所介紹的有效值檢波

44、器不是線性AC/DC變換器，那里的有效值檢波器的輸出（流過直流微安表電流 I ）和電壓有效值 U 之間不是線性關(guān)系。,1）線性 AC/DC 變換器 數(shù)字多用表中的線性 AC/DC 變換器主要有： 有效值 AC/DC ：熱偶變換式、模擬計(jì)算式。 平均值 AC/DC ：利用負(fù)反饋原理以克服檢波二極管的非線性，以實(shí)現(xiàn)線性 AC/DC 轉(zhuǎn)換。 設(shè)運(yùn)放的開環(huán)增益為 k ，其輸入阻抗足夠高則：,圖7.7-3線性檢波原理,k1,由于反饋電阻 R2 的負(fù)反饋?zhàn)饔?，放大器的輸出和輸入間成線性關(guān)系，與運(yùn)放的開環(huán)增益 k 無關(guān),圖(b)：線性半波檢波器。 ux 負(fù)半周：A 點(diǎn)電壓 uA 為正值，VD1 導(dǎo)通，VD2

45、 截止。 設(shè) VD1 檢波增益為 kd， 則uo/ui=k kd ，輸出電壓uo線性正比于被測電壓ux 。 （由于 k 值很大， 因而k kd值也很大，而與kd變化基本無關(guān)，這就大大削弱了 VD1 伏安特性的非線性失真） ux 正半周：uA 為負(fù)值，VD2 導(dǎo)通，VD1 截止，uo 被箝位在 0。,圖7.7-3線性檢波原理,為了提高檢波靈敏度， 圖(b)也可使用全波檢波電路。 實(shí)際電路中，為了增加檢波器的輸入阻抗，其前面加接一級(jí)同相放大器（源極跟隨器或射極跟隨器），輸出端加接一級(jí)有源低通濾波器以濾除交流成分，獲得平均值輸出 即：線性平均值A(chǔ)C/DC變換器。,圖7.7-4線性平均值A(chǔ)C/DC變換

46、器結(jié)構(gòu),2）I/V變換器 直流電流 Ix 直流電壓最簡單的方法：讓該電流流過標(biāo)準(zhǔn)電阻 Rs ，則電壓 URx=Rs Ix ，從而完成了I/V線性轉(zhuǎn)換。 為了減小對(duì)被測電路的影響，電阻 Rs 的取值應(yīng)盡可能小。,圖7.7-5I/V變換器,高輸入阻抗同相運(yùn)放,當(dāng) Ix 較小時(shí)（幾個(gè)毫安）忽略運(yùn)放輸入端漏電流,轉(zhuǎn)換電路,3）/V變換器 Rx ：待測電阻，Rs ：標(biāo)準(zhǔn)電阻，Us ：基準(zhǔn)電壓源 實(shí)質(zhì)：由運(yùn)算放大器構(gòu)成的負(fù)反饋電路,(7.7-6),即輸出電壓與被測電阻成正比，Us/Rs 實(shí)質(zhì)上構(gòu)成了恒流源，改變 Rs ，可以改變 Rx 的量程。,圖7.7-6恒流法/V變換器,7.7.3 DVM的主要類型

47、DVM一般分成：直流DVM、交流DVM 比較型A/D轉(zhuǎn)換器 根據(jù)A/D變換的基本原理分： 積分型A/D轉(zhuǎn)換器 復(fù)合型DVM 比較型A/D轉(zhuǎn)換器： 采用將輸入模擬電壓與離散標(biāo)準(zhǔn)電壓相比較的方法，典型的是具有閉環(huán)反饋系統(tǒng)的逐次比較式。 優(yōu)點(diǎn)：測量速度快（最高每秒100萬次），電路比較簡單 缺點(diǎn)：但抗干擾能力差,基本類型, 積分型A/D轉(zhuǎn)換器 一種間接轉(zhuǎn)換形式：輸入模擬電壓 積分 轉(zhuǎn)換成中間量（時(shí)間 T 或頻率 f ） 通過計(jì)數(shù)器等 數(shù)字量 突出優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng) 主要不足：測量速度慢, 復(fù)合型DVM：將積分型與比較型結(jié)合起來的一種類型。,圖7.7-7 逐次逼近式數(shù)字電壓表的原理框圖,7.7.4 逐

48、次比較型DVM（逐次逼近） 逐次比較型DVM的核心：逐次比較式A/D變換器 1主要電路單元,圖7.7-7 逐次逼近式數(shù)字電壓表的原理框圖, 比較器：高速高增益運(yùn)放 U0 Ux ：比較器輸出 Qc=0（邏輯低電平） U0Ux ：比較器輸出 Qc=1（邏輯高電平） 控制器：發(fā)出一系列的節(jié)拍脈沖，根據(jù) Qc 值控制SAR各位的輸出狀態(tài),圖7.7-7 逐次逼近式數(shù)字電壓表的原理框圖, 逐次逼近寄存器SAR：一組雙穩(wěn)觸發(fā)器（n 個(gè)） 轉(zhuǎn)換器：基準(zhǔn)電壓源、電子開關(guān)電路、由分壓分流電路組成的解碼網(wǎng)絡(luò) 功能：將二進(jìn)制數(shù)字量 模擬量,假設(shè)：基準(zhǔn)電壓源的基準(zhǔn)電壓是Us=2.8 V，對(duì)于8 位D/A： 當(dāng)輸入數(shù)字量

49、為1000 0000時(shí)，輸出模擬電壓 U0=（128/256）Us=1.4 V 當(dāng)輸入數(shù)字量為0000 0001時(shí)，輸出模擬電壓 U0=（1/256）Us=10.94 mV 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。,S0 S7 ：電子開關(guān)，其通斷對(duì)應(yīng)于相應(yīng)位 ai 的取值。 即：若 ai = 1 ，則 Si 通；若 ai = 0，則 Si 斷。 當(dāng) S0 閉合（對(duì)應(yīng) n 位二進(jìn)制數(shù)最低位（LSB）a0=1）時(shí)， 有,(7.7-7),此時(shí)若 S1 S7 均斷開， 則輸出電壓為：,(7.7-8),圖7.7-8 權(quán)電阻A/D變換原理,

50、圖7.7-8 權(quán)電阻A/D變換原理,當(dāng)D/A輸入為任意二進(jìn)制數(shù)字量 a7a6a2a1a0 時(shí)，輸出電壓為：,(7.7-9),優(yōu)點(diǎn)：電阻個(gè)數(shù)較少 缺點(diǎn)：阻值大小不一，制造較為困難,權(quán)電阻解碼電路,圖(a) T 型解碼電路：雖然電阻個(gè)數(shù)較多，但電阻值僅為兩種，很適宜集成制造工藝。 圖(b)節(jié)點(diǎn) i 等效電路：對(duì)于07的任意節(jié)點(diǎn) i ，左、右兩側(cè)的等效電阻均為 2R ，其節(jié)點(diǎn)電位（ai =1時(shí)）為：,圖7.7-9T 型電路D/A變換原理,(7.7-10),當(dāng)該節(jié)點(diǎn)電位向輸出端傳送時(shí)，要經(jīng)過多節(jié)電阻網(wǎng)絡(luò)衰減，每節(jié)衰減數(shù)均為1/2，比如“0”節(jié)點(diǎn)電位傳送到輸出端時(shí)，要經(jīng)過七節(jié)電阻衰減器衰減，所以傳送到輸

51、出端的電壓為：,圖7.7-9T 型電路D/A變換原理,(7.7-11),根據(jù)疊加原理，對(duì)于任意二進(jìn)制數(shù) a7a6a2a1a0 ，輸出電壓為：,(7.7-12),2逐次比較型A/D的工作原理 工作原理類似于天平稱質(zhì)量過程（稱量法）。 即：利用對(duì)分搜索原理，依次按二進(jìn)制遞減規(guī)律減小，從數(shù)字碼的最高位（MSB，相當(dāng)于滿度值 FS 的一半）開始，逐次比較到低位，使 U0 逐次逼近 Ux 。,圖7.7-10 三位逐次比較流程圖,例：3比特（3位二進(jìn)制）逐次比較過程。 設(shè)基準(zhǔn)電壓 Us=8 V，輸入電壓 Ux=5V， 3比特SAR的輸出為 Q2Q1Q0 。,圖7.7-10 三位逐次比較流程圖,圖7.7-1

52、1 3比特逐次比較A/D工作波形圖,7.7.5 雙積分型DVM 準(zhǔn)備階段(t0t1)：控制邏輯使開關(guān) K4 接地，K1K 3 斷開，使積分器輸入、輸出為零，作為初始狀態(tài)。 取樣階段(t1t2) ：控制邏輯發(fā)出取樣指令，接通K1，斷開K2K4，被測電壓(-Ux)加到積分器，積分器輸出電壓U0線性上升。,圖7.7-12 雙積分式DVM框圖,圖7.7-13 雙積分A/D原理,U0 0，過零比較器：低電平 高電平，打開計(jì)數(shù)閘門，時(shí)鐘脈沖通過閘門，計(jì)數(shù)器開始減法計(jì)數(shù)（時(shí)鐘是等周期 T0 的脈沖，計(jì)數(shù)即計(jì)時(shí)）。 經(jīng)過預(yù)置時(shí)間 T1 到達(dá) t2 時(shí)，計(jì)數(shù)器溢出并復(fù)零。此時(shí)積分器輸出達(dá)到最大值：,圖7.7-12 雙積分式DVM框圖,圖7.7-13 雙積分A/D原理,(7.7-13), 比較階段(t2t3)：取樣結(jié)束時(shí)斷開 K1 ，關(guān)閉K2 ，正基準(zhǔn)電壓 Us 接到積分器進(jìn)行反向