第七章電壓測(cè)量ppt課件

1、第七章第七章 電壓丈量電壓丈量電壓、電流、功率是表征電信號(hào)能量大小電壓、電流、功率是表征電信號(hào)能量大小的三個(gè)根本參量。的三個(gè)根本參量。在電子電路中，只需丈量出其中一個(gè)參量在電子電路中，只需丈量出其中一個(gè)參量就可以根據(jù)電路的阻抗求出其它兩個(gè)參就可以根據(jù)電路的阻抗求出其它兩個(gè)參量。量。思索到丈量的方便性、平安性、準(zhǔn)確性等思索到丈量的方便性、平安性、準(zhǔn)確性等要素，幾乎都用丈量電壓的方法來(lái)測(cè)定要素，幾乎都用丈量電壓的方法來(lái)測(cè)定表征電信號(hào)能量大小的三個(gè)根本參量。表征電信號(hào)能量大小的三個(gè)根本參量。7.1概述概述 一、電壓丈量的重要性一、電壓丈量的重要性 電壓丈量的重要性電壓丈量的重要性此外，許多參數(shù)，例如

2、頻率特性、諧波失此外，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。真度、調(diào)制度等都可視為電壓的派生量。所以電壓的丈量是其它許多電參量丈量的所以電壓的丈量是其它許多電參量丈量的根底。根底。非電量丈量中，物理量非電量丈量中，物理量電壓信號(hào)，電壓信號(hào)，再進(jìn)展丈量再進(jìn)展丈量如：溫度、壓力、振動(dòng)、加速度如：溫度、壓力、振動(dòng)、加速度二、電壓丈量的特點(diǎn)二、電壓丈量的特點(diǎn)電子電路中的電壓具有頻率范圍寬、幅度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(duì)丈差別大、波形多樣化等特點(diǎn)，所以對(duì)丈量電壓所采用的電子電壓表也提出了相量電壓所采用的電子電壓表也提出了相應(yīng)的要求，主

3、要有：應(yīng)的要求，主要有：1頻率范圍寬頻率范圍寬 除直流電壓外，交流電壓的頻率可以從除直流電壓外，交流電壓的頻率可以從10-6 Hz到到109赫茲范圍內(nèi)變化赫茲范圍內(nèi)變化電壓丈量的特點(diǎn)電壓丈量的特點(diǎn)2量程寬量程寬(丈量范圍丈量范圍) 通常，被測(cè)信號(hào)電壓小到微伏級(jí)，大到通常，被測(cè)信號(hào)電壓小到微伏級(jí)，大到千伏以上。千伏以上。 這就要求丈量電壓儀表的量程相當(dāng)寬。這就要求丈量電壓儀表的量程相當(dāng)寬。 電壓表所能丈量的下限值定義為電壓表電壓表所能丈量的下限值定義為電壓表的靈敏度，目前只需數(shù)字電壓表才干到的靈敏度，目前只需數(shù)字電壓表才干到達(dá)微伏級(jí)的靈敏度。達(dá)微伏級(jí)的靈敏度。電壓丈量的特點(diǎn)電壓丈量的特點(diǎn)3.被測(cè)

4、波形的多樣性被測(cè)波形的多樣性除正弦波外，電路中還有失真的正弦波和除正弦波外，電路中還有失真的正弦波和大量的非正弦波。大量的非正弦波。丈量時(shí)，應(yīng)思索不同波形的需求。丈量時(shí)，應(yīng)思索不同波形的需求。測(cè)非正弦波形時(shí)其讀數(shù)無(wú)直接意義，被測(cè)測(cè)非正弦波形時(shí)其讀數(shù)無(wú)直接意義，被測(cè)電壓大小要根據(jù)電壓表的類型和波形來(lái)電壓大小要根據(jù)電壓表的類型和波形來(lái)確定，即需求進(jìn)展換算。確定，即需求進(jìn)展換算。電壓丈量的特點(diǎn)電壓丈量的特點(diǎn)4輸入阻抗高輸入阻抗高電壓丈量?jī)x器以并聯(lián)方式連入電路，其輸電壓丈量?jī)x器以并聯(lián)方式連入電路，其輸入阻抗是被測(cè)電路的附加并聯(lián)負(fù)載。入阻抗是被測(cè)電路的附加并聯(lián)負(fù)載。為了減小電壓表對(duì)丈量結(jié)果的影響，對(duì)于為

5、了減小電壓表對(duì)丈量結(jié)果的影響，對(duì)于直流和低頻電壓，就要求電壓表的輸入直流和低頻電壓，就要求電壓表的輸入阻抗很高，即輸入電阻大；阻抗很高，即輸入電阻大；對(duì)于高頻電壓，要求輸入電容小，使附加對(duì)于高頻電壓，要求輸入電容小，使附加的并聯(lián)負(fù)載對(duì)被測(cè)電路影響很小。的并聯(lián)負(fù)載對(duì)被測(cè)電路影響很小。目前，直流數(shù)字電壓表在小量程上的輸入目前，直流數(shù)字電壓表在小量程上的輸入阻抗高達(dá)阻抗高達(dá)10G，高量程時(shí)可達(dá)，高量程時(shí)可達(dá)10M。電壓丈量的特點(diǎn)電壓丈量的特點(diǎn)5丈量精度高丈量精度高普通的工程丈量，如市電的丈量、電路電普通的工程丈量，如市電的丈量、電路電源電壓的丈量等都不要求高的精度，準(zhǔn)源電壓的丈量等都不要求高的精度，

6、準(zhǔn)確度在確度在1%3%即可。即可。普通對(duì)直流電壓的丈量可獲得最高準(zhǔn)確度，普通對(duì)直流電壓的丈量可獲得最高準(zhǔn)確度，達(dá)達(dá)10-410-7量級(jí)量級(jí)(數(shù)字表數(shù)字表)；對(duì)交流電壓；對(duì)交流電壓的丈量可獲得的丈量可獲得10-210-4量級(jí)的準(zhǔn)確度。量級(jí)的準(zhǔn)確度。模擬式電壓表普通只能到達(dá)模擬式電壓表普通只能到達(dá)10-2量級(jí)。量級(jí)。電壓丈量的特點(diǎn)電壓丈量的特點(diǎn)6抗干擾才干強(qiáng)抗干擾才干強(qiáng)丈量任務(wù)普通都在有干擾的環(huán)境下進(jìn)展，丈量任務(wù)普通都在有干擾的環(huán)境下進(jìn)展，所以要求丈量?jī)x表具有較強(qiáng)的抗干擾才所以要求丈量?jī)x表具有較強(qiáng)的抗干擾才干。干。對(duì)于數(shù)字電壓表來(lái)說(shuō)，這個(gè)要求更為突出。對(duì)于數(shù)字電壓表來(lái)說(shuō)，這個(gè)要求更為突出。丈量時(shí)，

7、采取必要的措施，如接地、屏蔽丈量時(shí)，采取必要的措施，如接地、屏蔽等，可減小干擾的影響。等，可減小干擾的影響。三、電壓丈量?jī)x器的分類三、電壓丈量?jī)x器的分類 P1891.按顯示方式分類：模擬式電壓表和數(shù)字按顯示方式分類：模擬式電壓表和數(shù)字式電壓表兩大類。式電壓表兩大類。模擬式電壓表又叫指針式電壓表，普通都模擬式電壓表又叫指針式電壓表，普通都采用磁電式直流電流表頭作為被測(cè)電壓采用磁電式直流電流表頭作為被測(cè)電壓的指示器。的指示器。 丈量直流電壓時(shí)，可直接或經(jīng)放大或經(jīng)衰丈量直流電壓時(shí)，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(dòng)直流表減后變成一定量的直流電流驅(qū)動(dòng)直流表頭的指針偏轉(zhuǎn)指示。頭的指針偏轉(zhuǎn)指

8、示。 電壓表的分類電壓表的分類丈量交流電壓時(shí)，必需經(jīng)過(guò)交流丈量交流電壓時(shí)，必需經(jīng)過(guò)交流-直流變換直流變換器即檢波器，將被測(cè)交流電壓先轉(zhuǎn)換成器即檢波器，將被測(cè)交流電壓先轉(zhuǎn)換成與之成比例的直流電壓后，再進(jìn)展直流與之成比例的直流電壓后，再進(jìn)展直流電壓的丈量。電壓的丈量。電壓表的分類電壓表的分類3.數(shù)字式電壓表數(shù)字式電壓表數(shù)字式電壓表實(shí)踐上就是一種用數(shù)字式電壓表實(shí)踐上就是一種用AD變變換器作丈量機(jī)構(gòu)，用數(shù)字顯示器顯示丈換器作丈量機(jī)構(gòu)，用數(shù)字顯示器顯示丈量結(jié)果的電壓表。量結(jié)果的電壓表。丈量交流電壓及其它電參量的數(shù)字式電壓丈量交流電壓及其它電參量的數(shù)字式電壓表必需在表必需在AD變換器之前對(duì)被測(cè)電參量變換器

9、之前對(duì)被測(cè)電參量進(jìn)展轉(zhuǎn)換處置，將被測(cè)電參量變換成直進(jìn)展轉(zhuǎn)換處置，將被測(cè)電參量變換成直流電壓。流電壓。 7.3 交流電壓的表征和丈量方法交流電壓的表征和丈量方法P195電路中某點(diǎn)的電壓是指該點(diǎn)信號(hào)的電壓，電路中某點(diǎn)的電壓是指該點(diǎn)信號(hào)的電壓，它能夠是直流，普通是含有直流成分的它能夠是直流，普通是含有直流成分的復(fù)雜信號(hào)。復(fù)雜信號(hào)。波形是指電壓隨時(shí)間變化的波形是指電壓隨時(shí)間變化的U-t圖形，反映圖形，反映電壓瞬時(shí)值的變化情況。電壓瞬時(shí)值的變化情況。一個(gè)交流電壓的幅度特性可用峰值、平均一個(gè)交流電壓的幅度特性可用峰值、平均值、有效值等根本參數(shù)來(lái)表征。值、有效值等根本參數(shù)來(lái)表征。一、交流電壓表征一、交流電壓

10、表征1.峰值峰值一個(gè)周期性交流電壓一個(gè)周期性交流電壓u(t)在一個(gè)周期內(nèi)所在一個(gè)周期內(nèi)所出現(xiàn)的最大瞬時(shí)值稱為該交流電壓的峰出現(xiàn)的最大瞬時(shí)值稱為該交流電壓的峰值值U p。峰值峰值U p是參考零電平計(jì)算的。是參考零電平計(jì)算的。有正峰值和負(fù)峰值之分，分別用有正峰值和負(fù)峰值之分，分別用Up+和和Up-表示。表示。含直流分量的交流電壓，其正峰值含直流分量的交流電壓，其正峰值Up+和和負(fù)峰值負(fù)峰值Up-的絕對(duì)值大小是不相等的；的絕對(duì)值大小是不相等的；交流電壓的根本參數(shù)：峰值交流電壓的根本參數(shù)：峰值幅值或振幅幅值或振幅Um是參考直流分量值開(kāi)場(chǎng)計(jì)算。是參考直流分量值開(kāi)場(chǎng)計(jì)算。以下圖的直流分量以下圖的直流分量U

11、0大于零，留意大于零，留意 Up+、 Up-和和Um的區(qū)別。其中，的區(qū)別。其中，Upp是峰峰值是峰峰值 正峰值正峰值Up+負(fù)負(fù)峰值峰值Up-的絕對(duì)的絕對(duì)值值交流電壓的交流電壓的振幅值振幅值Um！1峰值峰值以下圖的直流分量等于零。以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(duì)比，與前面的直流分量大于零的情況作對(duì)比，留意留意 Up+、 Up-和和Um的區(qū)別。的區(qū)別。 正峰值正峰值Up+負(fù)負(fù)峰值峰值Up-的絕對(duì)的絕對(duì)值交流電壓的值交流電壓的振幅值振幅值Um！2平均值平均值又稱為均值。交流電壓的平均值在數(shù)學(xué)上又稱為均值。交流電壓的平均值在數(shù)學(xué)上定義為定義為 顯然，不含直流分量的正弦信號(hào)的電壓

12、平顯然，不含直流分量的正弦信號(hào)的電壓平均值為零。均值為零。平均值又分為半波平均值和全波平均值。平均值又分為半波平均值和全波平均值。TdttuTU0)(12平均值平均值半波平均值是指交流電壓的正半周或負(fù)半半波平均值是指交流電壓的正半周或負(fù)半周在一個(gè)周期內(nèi)的平均值。周在一個(gè)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(lái)表征通常用全波檢波后的波形的平均值來(lái)表征正弦信號(hào)的幅度特性，故有：正弦信號(hào)的幅度特性，故有：TdttuTU021)(1TdttuTU021)(1dttuTUT0)(12平均值平均值全波整流波形，表全波整流波形，表征正弦信號(hào)的幅度征正弦信號(hào)的幅度特性特

13、性半波整流波形，半半波整流波形，半波檢波后的平均值波檢波后的平均值是全波平均值的一是全波平均值的一半，即為正弦信號(hào)半，即為正弦信號(hào)電壓平均值的一半。電壓平均值的一半。 3有效值有效值交流電壓的有效值實(shí)際上定義為：交流電交流電壓的有效值實(shí)際上定義為：交流電壓加在某個(gè)電阻上產(chǎn)生的功率與一個(gè)直壓加在某個(gè)電阻上產(chǎn)生的功率與一個(gè)直流電壓在同一個(gè)電阻上產(chǎn)生的功率一樣流電壓在同一個(gè)電阻上產(chǎn)生的功率一樣時(shí)，那么定義這個(gè)直流電壓值為該交流時(shí)，那么定義這個(gè)直流電壓值為該交流電壓的有效值。電壓的有效值。數(shù)學(xué)上交流電壓的有效值定義為它的均方數(shù)學(xué)上交流電壓的有效值定義為它的均方根值：根值：rmsTUdttuTU02)(

14、13有效值有效值以正弦波為例，以正弦波為例， 代入有效值計(jì)算代入有效值計(jì)算公式公式tUtUmsin)(TmtdtUTU0222sin1)2cos1 (21sin2tt2)0()2(42)2(22sin212)2cos1 (2222002022mmmTTmTmUUUttTUdttTUU)2(T3有效值有效值對(duì)正弦波而言，其有效值為最大值的對(duì)正弦波而言，其有效值為最大值的 倍。倍。2mrmsUUU214波形因數(shù)波形因數(shù)Kf 交流電壓的有效值與平均值之比稱為該交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)，用流電壓的波形因數(shù)，用Kf表示。表示。正弦信號(hào)的波形因數(shù)正弦信號(hào)的波形因數(shù) 1.11三

15、角波的波形因數(shù)三角波的波形因數(shù) 方波信號(hào)的波形因數(shù)方波信號(hào)的波形因數(shù) 1UUKffKfK15. 132fK5波峰因數(shù)波峰因數(shù) Kp波峰因數(shù)波峰因數(shù)Kp定義為峰值與有效值之比：定義為峰值與有效值之比： 正弦信號(hào)的波峰因數(shù)正弦信號(hào)的波峰因數(shù) 三角波的波峰因數(shù)三角波的波峰因數(shù) 方波信號(hào)的波峰因數(shù)方波信號(hào)的波峰因數(shù) 2pKUUKPp1pK3pK二、交流電壓的丈量方法二、交流電壓的丈量方法P1971交流電壓的模擬丈量方法表征交流電壓的三個(gè)根本參量：有效值、峰值和平均值。以有效值丈量為主。方法：交流電壓有效值、峰值和平均值-直流電流-驅(qū)動(dòng)表頭-指示有效值、峰值和平均值電壓表，電平表等。交流電壓的丈量方法交

16、流電壓的丈量方法2數(shù)字化直流電壓丈量方法模擬直流電壓-A/D轉(zhuǎn)換器-數(shù)字量-數(shù)字顯示直觀數(shù)字電壓表DVM，數(shù)字多用表DMM。3交流電壓的數(shù)字化丈量交流電壓有效值、峰值和平均值-直流電壓-A/D轉(zhuǎn)換器-數(shù)字量-數(shù)字顯示DVMDMM的擴(kuò)展功能。4基于采樣的交流電壓丈量方法交流電壓-A/D轉(zhuǎn)換器-瞬時(shí)采樣值u(k) -計(jì)算，如有效值式中，N為u(t)的一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)。5示波丈量方法交流電壓-模擬或數(shù)字示波器-顯示波形-讀出結(jié)果211( )NkVukN交流電壓的丈量方法交流電壓的丈量方法2.模擬電壓表的主要類型模擬電壓表的主要類型P197在模擬式交流電壓表中，大都采用整流的在模擬式交流電壓表中，

17、大都采用整流的方法將交流信號(hào)變成直流信號(hào)，再以其方法將交流信號(hào)變成直流信號(hào)，再以其平均值驅(qū)動(dòng)指示器，給出有效值讀數(shù)。平均值驅(qū)動(dòng)指示器，給出有效值讀數(shù)。 這種方法在電子丈量領(lǐng)域中稱檢波法。它這種方法在電子丈量領(lǐng)域中稱檢波法。它具有準(zhǔn)確度高、頻帶寬、靈敏度較高等具有準(zhǔn)確度高、頻帶寬、靈敏度較高等優(yōu)點(diǎn)，是目前運(yùn)用比較廣泛的方法。優(yōu)點(diǎn)，是目前運(yùn)用比較廣泛的方法。 模擬電壓表的分類模擬電壓表的分類另外還有熱電轉(zhuǎn)換法和公式法。另外還有熱電轉(zhuǎn)換法和公式法。熱電轉(zhuǎn)換法是經(jīng)過(guò)熱電偶將交流電有效值熱電轉(zhuǎn)換法是經(jīng)過(guò)熱電偶將交流電有效值轉(zhuǎn)換成直流電壓；轉(zhuǎn)換成直流電壓；公式法是利用有效值公式進(jìn)展轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)公式法是利用有

18、效值公式進(jìn)展轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)模擬平方器、積分器、開(kāi)平方器等轉(zhuǎn)換模擬平方器、積分器、開(kāi)平方器等轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)來(lái)完成。環(huán)節(jié)來(lái)完成。根據(jù)電壓表電路組成的方式不同，模擬式根據(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。電壓表又可分為以下幾種。1檢波檢波-放大式放大式檢波檢波-放大式電壓表的電路構(gòu)造如下圖。放大式電壓表的電路構(gòu)造如下圖。將被測(cè)電壓將被測(cè)電壓Ux先變成直流電壓，再經(jīng)直流先變成直流電壓，再經(jīng)直流放大器放大，然后驅(qū)動(dòng)直流微安表指針?lè)糯笃鞣糯?，然后?qū)動(dòng)直流微安表指針偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)。1檢波檢波-放大式放大式電壓表的頻帶寬度主要取決于檢波電路的電壓表的頻帶寬度主要取決于檢波電路的頻率呼應(yīng)。頻率呼應(yīng)。通常

19、所稱通常所稱“高頻電壓表或高頻電壓表或“超高頻電壓表超高頻電壓表都屬于這一類。都屬于這一類。由于二極管導(dǎo)通時(shí)有一定的起始電壓，且由于二極管導(dǎo)通時(shí)有一定的起始電壓，且采用普通直流放大器會(huì)有零點(diǎn)漂移，故采用普通直流放大器會(huì)有零點(diǎn)漂移，故其靈敏度不高，不適宜丈量小信號(hào)。其靈敏度不高，不適宜丈量小信號(hào)。2放大放大-檢波式檢波式被測(cè)電壓先經(jīng)寬帶放大器放大，然后再檢被測(cè)電壓先經(jīng)寬帶放大器放大，然后再檢波，變成直流電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)微安表指針波，變成直流電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)微安表指針偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)。這種電壓表靈敏度由于先行放大而提高，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；其頻率范但受放大器內(nèi)部噪聲的限

20、制；其頻率范圍主要受放大器帶寬的限制，典型圍主要受放大器帶寬的限制，典型2放大放大-檢波式檢波式的頻率范圍為的頻率范圍為20HZ10MHZ,稱稱“視頻毫視頻毫伏表。伏表。 平均值電壓表屬于放大平均值電壓表屬于放大-檢波式電壓表。檢波式電壓表。4外差式外差式P199檢波檢波-放大式和放大放大式和放大-檢波式兩種電壓表，頻率呼應(yīng)和靈檢波式兩種電壓表，頻率呼應(yīng)和靈敏度相互矛盾，很難兼顧，可以經(jīng)過(guò)外差丈量方法來(lái)敏度相互矛盾，很難兼顧，可以經(jīng)過(guò)外差丈量方法來(lái)處理。外差丈量法的中頻是固定不變的，中頻放大器處理。外差丈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，這樣就處理了放大有良好的選

21、擇性，相當(dāng)高的增益，這樣就處理了放大器的帶寬與增益的矛盾，減弱噪聲的影響，提高了丈器的帶寬與增益的矛盾，減弱噪聲的影響，提高了丈量靈敏度，擴(kuò)展了頻率范圍。量靈敏度，擴(kuò)展了頻率范圍。普通的高頻微伏表即屬于這一類。普通的高頻微伏表即屬于這一類。7.4 低頻交流電壓丈量低頻交流電壓丈量P201在均值電壓表內(nèi)，電壓的平均值指被測(cè)電在均值電壓表內(nèi)，電壓的平均值指被測(cè)電壓經(jīng)整流后的平均值，這通常是就全波壓經(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(duì)值在一個(gè)整流而言，即輸入電壓的絕對(duì)值在一個(gè)周期的平均值。周期的平均值。均值電壓表普通采用放大均值電壓表普通采用放大-檢波式電路組成檢波式電路組成低

22、頻電壓表，或采用外差式電路組成高低頻電壓表，或采用外差式電路組成高頻微伏表。頻微伏表。dttuTUT0)(1一、均值電壓表一、均值電壓表2.檢波器靈敏度檢波器靈敏度P202被測(cè)電壓為被測(cè)電壓為Ux，電表內(nèi)阻，電表內(nèi)阻Rm，D1D4的正反向電阻分別為的正反向電阻分別為Rd、Rr。普通。普通Rd為為100500， Rr為為13K。二、波形換算二、波形換算 P2037.5 高頻交流電壓丈量高頻交流電壓丈量P209峰值電壓表的任務(wù)頻率范圍寬，輸入阻抗峰值電壓表的任務(wù)頻率范圍寬，輸入阻抗高，有較高的靈敏度，但存在非線性失高，有較高的靈敏度，但存在非線性失真。真。峰值電壓表簡(jiǎn)稱峰值表，屬于檢波峰值電壓表簡(jiǎn)

23、稱峰值表，屬于檢波放大放大式電子電壓表，又稱為超高頻毫伏表。式電子電壓表，又稱為超高頻毫伏表。一、峰值電壓表一、峰值電壓表1.峰值表組成峰值表組成峰值表由峰值檢波器、分壓器、直流放大峰值表由峰值檢波器、分壓器、直流放大器和微安表組成，如以下圖所示。器和微安表組成，如以下圖所示。檢波輸出的直流電壓檢波輸出的直流電壓與輸入交流信號(hào)峰值與輸入交流信號(hào)峰值成比例的檢波器成比例的檢波器一、峰值檢波器一、峰值檢波器 u(t)u(t)V VDDRLRLC C+ +圖圖7.5-17.5-1峰值檢波器峰值檢波器充充放放u(t)u(t) ucuct tT T最后輸出的平均電壓逼近峰值最后輸出的平均電壓逼近峰值放充

24、maxT放 條件：條件： 超高頻毫伏表都是峰值電壓表。超高頻毫伏表都是峰值電壓表。典型產(chǎn)品典型產(chǎn)品DAl型：頻率范圍型：頻率范圍10kHz1000MHz，丈量范圍，丈量范圍0.3mV3V，誤差優(yōu)于誤差優(yōu)于l%3mV檔。檔。 HFJ8型頻率范圍型頻率范圍5kHz300MHz，丈量范圍，丈量范圍lmV3V。HFJ一一8A型頻率范圍型頻率范圍5 Hz1GHz，丈量范圍，丈量范圍lmV3V，可，可擴(kuò)展到擴(kuò)展到300V。HFJ-8B7.7 電壓的數(shù)字式丈量電壓的數(shù)字式丈量2171.1.直流直流DVM P218DVM P218數(shù)字電壓表數(shù)字電壓表Digital Voltage MeterDigital V

25、oltage Meter，簡(jiǎn)，簡(jiǎn)稱稱DVMDVM。1根本組成根本組成包括模擬和數(shù)字兩部分。包括模擬和數(shù)字兩部分。輸入電路：對(duì)輸入電壓衰減輸入電路：對(duì)輸入電壓衰減/ /放大、變換放大、變換等。等。中心部件是中心部件是A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器Analog to Analog to Digital ConverterDigital Converter，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱ADCADC，實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)模擬電壓到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。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。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：在一致時(shí)鐘作用下，完成邏輯控制電路：在一致時(shí)鐘作用下，完成內(nèi)部電路的協(xié)調(diào)有序任務(wù)

26、。內(nèi)部電路的協(xié)調(diào)有序任務(wù)。2.數(shù)字多用表DMM線性AC/DC變換器三、三、DVM的主要類型的主要類型 221根據(jù)根據(jù)AD變換的根本原理進(jìn)展分類，分變換的根本原理進(jìn)展分類，分為比較式、積分式和復(fù)合式。為比較式、積分式和復(fù)合式。四、逐次比較型DVM2. 逐次比較式逐次比較式A/D變換器變換器 223逐次比較式數(shù)字電壓表又稱為反響編碼式數(shù)字電壓表，逐次比較式數(shù)字電壓表又稱為反響編碼式數(shù)字電壓表，其中心是逐次比較式其中心是逐次比較式A/D變換器。逐次比較式變換器。逐次比較式A/D變換器的任變換器的任務(wù)原理類似于天平稱量物體質(zhì)量，按照務(wù)原理類似于天平稱量物體質(zhì)量，按照“大者棄、小者留的大者棄、小者留的原

27、那么，將被測(cè)電壓與可變基準(zhǔn)電壓逐次進(jìn)展比較，直至逼近原那么，將被測(cè)電壓與可變基準(zhǔn)電壓逐次進(jìn)展比較，直至逼近出被測(cè)電壓值。出被測(cè)電壓值。(1) 逐次比較式逐次比較式A/D變換器任務(wù)原理變換器任務(wù)原理逐次比較式逐次比較式A/D變換器的原理框圖如圖變換器的原理框圖如圖3.24所示。所示。數(shù)碼存放器數(shù)碼存放器SAR(Successive Approximation Register)在時(shí)鐘脈沖的作用下逐次提供從高位到低位代表不同電壓即在時(shí)鐘脈沖的作用下逐次提供從高位到低位代表不同電壓即跳步電壓的二進(jìn)制基準(zhǔn)碼。例如，設(shè)跳步電壓的二進(jìn)制基準(zhǔn)碼。例如，設(shè)DVM根本量程滿度值根本量程滿度值為為10V即UR=1

28、0V，且A/D變換器的位數(shù)為6位二進(jìn)制，那么從高位到低位每個(gè)二進(jìn)制基準(zhǔn)碼的跳步電壓值分別為 5V 102-1、2.5V(102-2)、1.25V(102-3)、 0.625V(102-4)、0.3125V(102-5)、0.15625V(102-6)。 Ux 電壓比較器數(shù)碼存放器譯碼顯示D/A變換器基準(zhǔn)電壓邏輯控制電路時(shí)鐘脈沖 UsY1Y6圖3.24 逐次比較式A/D變換器原理框圖 URD/A數(shù)/模變換器的作用是將輸入的數(shù)字量變換為模擬電壓輸出，模擬輸出電壓等于數(shù)碼存放器提供的各數(shù)字量與跳步電壓乘積之和。設(shè)UR=10.000V，Ux=5.625V，逐次比較式A/D變換器任務(wù)過(guò)程如下：在起始脈沖

29、作用下，SAR清零；第一個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)，SAR最高位2-1先置為1，數(shù)碼存放器輸出為100 0002，US=15.000V=5.000VUx，比較器輸出為1，得Y1=1，SAR最高位2-1保管為1，即“小者留。第二個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)，SAR的次高位2-2先置為1，SAR輸出為110 0002，US=5.000V+12.500V=7.5VUx，比較器輸出為0，得Y2=0，SAR次高位2-2前往為0，即“大者棄。第三個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)，SAR的2-3位先置為1，SAR輸出為101 0002，US=5.000V+0.000V+11.250V=6.250VUx，比較器輸出為0，得Y3=0，SAR的2-3位前往為0。

30、第四個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)，SAR的2-4位先置為1，SAR輸出為100 1002，US=5.000V+0.000V+0.000V+10.625V=5.625V=Ux，比較器輸出為1，得Y4=1。此時(shí)，電路處于平衡形狀，SAR停頓計(jì)數(shù)，A/D變換器停頓任務(wù)。SAR輸出的二進(jìn)制代碼為100 1002，經(jīng)過(guò)譯碼顯示電路，得到5.625V的顯示。否那么，電路繼續(xù)逐次比較，直至最末位為止。1量程數(shù)字電壓表普通有好幾個(gè)量程，量程的改動(dòng)通常由電壓表的步進(jìn)衰減器與輸入放大器的適當(dāng)配合來(lái)實(shí)現(xiàn)。信號(hào)未經(jīng)衰減器衰減和放大器放大的量程稱為根本量程，根本量程的丈量誤差最小。量程變換有手動(dòng)變換和自動(dòng)變換兩種，自動(dòng)變換借助于內(nèi)部邏

31、輯控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。2顯示位數(shù)數(shù)字電壓表中能顯示09十個(gè)數(shù)碼的數(shù)位稱為滿位，否那么，稱為半位或1/2位。例如，最大顯示數(shù)字為9.999的稱為4位數(shù)字電壓表；最大顯示數(shù)字為19.999的稱為 位數(shù)字電壓表。最大顯示數(shù)字為39.999的稱為 位數(shù)字電壓表，由于39.999的214434六、DVM主要技術(shù)目的 226左邊第一位可以顯示的數(shù)字為03共4個(gè)數(shù)字，但可以作為有效數(shù)字的只需1、2、3共3個(gè)數(shù)字，而滿位位數(shù)為4，故稱之為 位數(shù)字電壓表。最大顯示數(shù)字為11.999的也稱為 位數(shù)字電壓表，由于由于量程限制等緣由，雖然左邊第二位在顯示最大數(shù)字時(shí)只能顯示為1，但在其他情況下也可以顯示09這十個(gè)數(shù)字，該位

32、仍為滿位，而左邊第一位那么可以顯示01共2個(gè)數(shù)字，故仍稱之為 位數(shù)字電壓表。最大顯示數(shù)字為19.999、39.999、11.999的數(shù)字電壓表統(tǒng)稱為4位半數(shù)字電壓表。 3超量程才干 超量程才干是指數(shù)字電壓表在一個(gè)量程上所能丈量的最大電壓超出量程值的才干，是數(shù)字電壓表的一個(gè)重要目的。數(shù)字434214214電壓表有無(wú)超量程才干，要根據(jù)它的量程分擋情況以及可以顯示的最大數(shù)字情況來(lái)決議，其計(jì)算式如下： 例如，最大顯示數(shù)字分別為9.999、19.999、5.999、11.999，對(duì)應(yīng)量程分別為10V、20V、5V、10V的數(shù)字電壓表的超量程才干分別為0%、0%、20%、20%。 有了超量程才干，在有些情

33、況下可以提高丈量精度，例如被測(cè)電壓為10.001V，假設(shè)采用不具有超量程才干的4位DVM10V擋丈量，讀數(shù)為9.999V；用100V擋丈量，讀數(shù)為10.00V，這樣就丟掉了0.001V的信息。假設(shè)改用有超量程才干的四位半DVM10V擋丈量，均可讀出10.001V，顯然提高了精度。%100量程值量程值）（能測(cè)量出的最大電壓超量程能力2.分辨力分辨力分辨力即靈敏度，是指數(shù)字電壓表可以反映出的被測(cè)電壓分辨力即靈敏度，是指數(shù)字電壓表可以反映出的被測(cè)電壓最小變化值，實(shí)踐上就等于所選量程最右邊數(shù)字的一個(gè)單位，最小變化值，實(shí)踐上就等于所選量程最右邊數(shù)字的一個(gè)單位，即末尾的即末尾的“1表示出的電壓值。不同量程

34、的分辨力不同，最小表示出的電壓值。不同量程的分辨力不同，最小量程的分辨力最高。通常以最小量程的分辨力作為數(shù)字電壓表量程的分辨力最高。通常以最小量程的分辨力作為數(shù)字電壓表的分辨力。的分辨力。例如，例如，4位位DVM在在1V、10V量程上的分辨力分別為量程上的分辨力分別為0.0001V、0.001V，那么，那么DVM的分辨力為的分辨力為0.0001V。這是由于，。這是由于，4位位DVM的最大顯示數(shù)字為的最大顯示數(shù)字為9999，量程為，量程為1V、10V時(shí)，可以判時(shí)，可以判別出滿量程時(shí)的顯示數(shù)字應(yīng)分別為別出滿量程時(shí)的顯示數(shù)字應(yīng)分別為“.9999、“9.999，根據(jù)，根據(jù)定義即可判別出上述分辨力的大小

35、。定義即可判別出上述分辨力的大小。 3.丈量誤差丈量誤差 數(shù)字電壓表的丈量誤差通常以它的固有誤差或任務(wù)誤差數(shù)字電壓表的丈量誤差通常以它的固有誤差或任務(wù)誤差來(lái)表示，屬于允許誤差。數(shù)字電壓表的固有誤差普通采用以來(lái)表示，屬于允許誤差。數(shù)字電壓表的固有誤差普通采用以下兩種表示方法：下兩種表示方法： U=(%Ux+%Um) 或或 U=%Uxn字字式中，式中，Ux為被測(cè)電壓讀數(shù)值；為被測(cè)電壓讀數(shù)值；Um為數(shù)字電壓表量程滿度值；為數(shù)字電壓表量程滿度值；%Ux稱為讀數(shù)誤差，隨被測(cè)電壓的變化而變化；稱為讀數(shù)誤差，隨被測(cè)電壓的變化而變化；、稱為稱為相對(duì)項(xiàng)系數(shù)、固定項(xiàng)系數(shù)；相對(duì)項(xiàng)系數(shù)、固定項(xiàng)系數(shù)；%Um=n字，稱為

36、滿度誤差。字，稱為滿度誤差。 量程確定后，滿度誤差為固定值，可用量程確定后，滿度誤差為固定值，可用n字來(lái)表示，字來(lái)表示，n字字等于滿度誤差與末尾數(shù)字等于滿度誤差與末尾數(shù)字1個(gè)單位電壓即分辨力的比值。個(gè)單位電壓即分辨力的比值。例例 某某5位位DVM在在5V量程測(cè)得電壓為量程測(cè)得電壓為2V，知，知5V量程的固量程的固有誤差計(jì)算式為有誤差計(jì)算式為U=(0.005%Ux+0.004%Um)，試求，試求DVM的的固有誤差、讀數(shù)誤差和滿度誤差各是多少？滿度誤差相當(dāng)于幾固有誤差、讀數(shù)誤差和滿度誤差各是多少？滿度誤差相當(dāng)于幾個(gè)字？個(gè)字？ 解：由于解：由于DVM位數(shù)為位數(shù)為5，且量程為，且量程為5V，所以電壓表末尾，所以電壓表末尾1個(gè)單位為個(gè)單位為0.0001V。讀數(shù)誤差為：讀數(shù)誤差為：0.005%Ux=0.005%2V=0.0001V滿度誤差為：滿度誤差為：0.004%Um=0.004%5V=0.0002V滿度誤差相當(dāng)于：滿度誤差相當(dāng)于：固有誤差：固有誤差：0.0001V+0.00