《電子測量實用技術(shù)》模塊4電壓的測量

電子測量實用技術(shù)模塊4電壓的測量

模塊提示：電路中的各種狀態(tài)，如諧振、平衡、飽和、截止等均以電壓的形式來描述；許多電參數(shù)，如頻率特性、增益、調(diào)制度、失真度等也可視為電壓的派生量；許多電子測量設(shè)備如信號發(fā)生器、失真度儀等也都以電壓作為指示；通過電壓測量，還可利用基本公式、等，推出電流、功率等其他參數(shù)；在非電量的測量中，許多非電量如溫度、壓力、速度等也可通過傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺龠M行測量。因此電壓的測量，是電子測量中最基本的測量，也是實現(xiàn)其他電量與非電量測量的重要基礎(chǔ)。同學們通過本模塊的學習就可以輕松掌握電壓測量的模擬化和數(shù)字化原理和方法，為將來的工作和學習打下良好的基礎(chǔ)。電子測量實用技術(shù)測量任務(wù)：1.使用毫伏表進行電壓測量分析提出問題：用如圖所示實驗室常用“YB2173交流毫伏表”測量正弦交流電壓信號，示值為交流電壓的什么值？（有效值？瞬時值？平均值？峰值？）如果測三角波交流電壓信號、方波交流電壓信號，測得結(jié)果又如何？2.數(shù)字萬用表的使用和電子元器件的檢測電子測量實用技術(shù)模塊學習要點：4.1電壓測量概述4.2直流電壓的測量4.3交流電壓的測量

4.4電壓測量的數(shù)字化方法模塊總結(jié)與歸納電子測量實用技術(shù)4.1電壓測量概述4.1.1對電壓測量的基本要求1.有足夠?qū)挼念l率范圍2.有足夠?qū)挼碾妷簻y量范圍3.有足夠高的測量準確度4.有足夠高的輸入阻抗5.具有高的抗干擾能力電子測量實用技術(shù)4.1.2電壓測量儀器的分類1.模擬式電壓表2.數(shù)字式電壓表電子測量實用技術(shù)4.2直流電壓的測量

直流電壓是幅度不隨時間變化而改變的電壓信號。對直流電壓幅度的測定即為直流電壓測量。能進行直流電壓測量的儀表稱為直流電壓表。電子測量實用技術(shù)1.用簡單模擬式直流電壓表測量

(1)單量程電壓表圖4.1單量程直流電壓表原理圖

圖中RV為分壓電阻，阻值為RV＝(U－Ig·Rg)/Ig

式中RV—串接的分壓電阻；

I0—磁電式表頭流過的電流；

Rg—磁電式表頭內(nèi)阻。電子測量實用技術(shù)(2)多量程電壓表若采用多個分壓電阻與表頭串聯(lián)，就可制成多量程的直流電壓表。如圖4.2所示為四量程的直流電壓表，分壓電阻分別以下式計算。式中，U1、U2、U3、U4為各量程的滿量程電壓。圖4.2多量程直流電壓表原理圖

電子測量實用技術(shù)

模擬式萬用表的直流電壓檔由表頭串聯(lián)分壓電阻構(gòu)成，利用儀表標稱的靈敏度值可推算出各量程的內(nèi)阻。

RV=量程×SV

式中RV——電壓表內(nèi)阻

SV——直流電壓靈敏度2.用模擬式萬用表測量電子測量實用技術(shù)

如在圖4.3所示分壓電路中，使用MF-47型萬用表的直流10V擋測量分壓電阻兩端電壓，該儀表的直流電壓靈敏度為20KΩ/V，可以推算出在10V擋的輸入電阻為Ri=10V×20KΩ/V=200kΩ，實際測得的電壓為：圖4.3高內(nèi)阻電路的電壓測量電子測量實用技術(shù)3.用示波器測量示波器的直流電壓檔特別適用于觀察較大幅度的直流電壓信號或含有交流成份的直流電壓信號。首先將示波器的垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度微調(diào)旋鈕置校準擋，否則電壓讀數(shù)不準確。具體測量步驟如下：電子測量實用技術(shù)①將待測信號送到示波器的垂直輸入端。②確定直流電壓的極性。③確定零電壓線。④將示波器的輸入耦合開關(guān)置于“DC”檔，調(diào)整垂直靈敏度開關(guān)于適當檔位，讀出水平亮線與零電壓線之間的垂直距離，如圖4.4所示，乘以垂直靈敏度即可得到被測電壓的大小。圖4.4示波器測量直流電壓電子測量實用技術(shù)4.用數(shù)字式萬用表測量數(shù)字式萬用表的基本構(gòu)成部件是數(shù)字直流電壓表，因此，數(shù)字萬用表均有直流電壓擋。用數(shù)字式萬用表測量直流電壓，可直接顯示被測直流電壓的數(shù)值和極性，很方便。

4.含交流成分的直流電壓的測量對于含有交流成分的直流電壓的測量一般采用模擬式萬用表的直流電壓擋測量。電子測量實用技術(shù)4.3交流電壓的測量

4.3.1交流電壓的波形與參數(shù)在電子技術(shù)領(lǐng)域中所要測量的大都是各種隨時間不斷變化的電信號，這些電信號具有頻率范圍寬、幅度范圍大、波形復雜、含有噪聲干擾等特點，對這些信號幅度的測量即為交流電壓的測量。電子測量實用技術(shù)1.常見電壓的波形圖4.5常見的電壓波形電子測量實用技術(shù)2.交流電壓的參數(shù)表征交流電壓的基本參數(shù)有峰值、平均值、有效值、波峰因數(shù)和波形因數(shù)。

(1)峰值交流電壓的峰值，是指交流電壓

u(t)在一個周期內(nèi)電壓所達到的最大值。用Um（或UP）表示。峰-峰值UP-P表示信號的最大值與最小值的差。對于對稱的正弦信號來說，更常用的是峰值UP，其等于1/2的UP-P。電子測量實用技術(shù)

(2)平均值設(shè)電壓信號為u（t），其周期為T，則平均值為 對于一個對稱的周期信號如正弦波、方波等，平均值等于0.因此無法用平均值來表征電壓的大小。在交流電壓的測量中，指示電表的指針偏轉(zhuǎn)與直流電壓成正比，測量交流電壓時，需要先把交流電壓變換成對應的直流電壓。檢波器是將交流電整流成直流電的典型電路。交流電壓的平均值是指經(jīng)過測量儀器的檢波器后的平均值，如全波檢波后的平均值定義為：（4-5）（4-4）電子測量實用技術(shù) (3)有效值 有效值指的是信號的均方根值（RMS）。電壓信號的有效值用U或URMS表示，其數(shù)學表達式為

（4-6）電子測量實用技術(shù)對于正弦波，各參數(shù)的關(guān)系如式（4-7）和圖4.6：(4-7)圖4.6正弦波參數(shù)關(guān)系圖電子測量實用技術(shù)(4)波形因數(shù)KF與波峰因數(shù)KP

工程上定義如下兩個參數(shù)：

1）波形因數(shù)KF:表示電壓的有效值與平均值之比，即

2）波峰因數(shù)KP:表示交流電壓的峰值與有效值之比，即 （4-9）對于正弦信號有：（4-8）電子測量實用技術(shù)不同電壓波形，KP、KF值不同電子測量實用技術(shù)4.3.2均值電壓表交流電壓的大小，一般由峰值、平均值和有效值來表征。交流電壓的測量儀器一般有一個對交流電壓的峰值、平均值、有效值響應的轉(zhuǎn)換器，將交流電壓轉(zhuǎn)換為對應的直流量，然后用直流電壓測量方法測定其大小。配置相應轉(zhuǎn)換器的電壓測量儀表稱為平均值電壓表，峰值電壓表和有效值電壓表。電子測量實用技術(shù)1.均值電壓表的組成：按照檢波器在放大器之前或之后，電子電壓表有兩種組成方案，即放大-檢波式電子電壓表和檢波-放大式電子電壓表。均值電壓表為均值響應，它的響應過程為：ux（t）—放大—均值檢波—驅(qū)動表頭，即放大—檢波式。均值電壓表的組成如圖4.7所示：特點是先放大后檢波。圖4.7均值電壓表組成框圖電子測量實用技術(shù)(1)阻抗變換器：作用是提高輸入阻抗，減小對被測電路的影響。組成如圖4.8。圖4.8阻抗變換器圖

電子測量實用技術(shù)(2)分壓器分壓器的作用是在測量大信號時對輸入信號進行衰減以擴大測量量程。

1)可變分壓器可變分壓器的電路如圖4.9所示，這種分壓器也常稱為低阻分壓器。只要將波段開關(guān)S與不同的觸點連接，即可方便地改變分壓比。電子測量實用技術(shù)

圖4.9可變分壓器的電路電子測量實用技術(shù)2)補償式分壓器

在可變分壓器中，分壓電阻越大，輸入阻抗越大。但分壓電阻大，寄生電容的影響也大，使電路的工作頻率降低。因此需要考慮對分壓器的頻率響應進行補償。如圖4.10所示為補償式分壓器，也稱高阻分壓器，采用復合阻容結(jié)構(gòu)：圖4.10補償式分壓器電子測量實用技術(shù)

設(shè)輸入Ui為階躍信號，當R1C1=R2C2時，輸出響應為臨界補償狀態(tài)，如圖4.11（a）所示；當R1C1>R2C2時，輸出響應為過補償狀態(tài)，如圖4.11（b）所示；當R1C1<R2C2時，輸出響應為欠補償狀態(tài)，如圖4.11（c）。

(a)臨界補償(b)過補償(c)欠補償圖4.11不同補償時的波形

當滿足R1C1=R2C2

時，Ｚ1、Ｚ2表達式中分母相同，則衰減器的分壓比為：(4-10)

電子測量實用技術(shù)(3)寬帶放大器：可實現(xiàn)信號放大。

(4)均值檢波器均值檢波器一般都采用二極管全波或半波整流電路。如圖4.12為全波平均值檢波電路。

圖4.12平均值檢波器電路電子測量實用技術(shù)

均值檢波器的工作原理：設(shè)輸入電壓為Ux(t)，VD1～VD4具有相同的正向電阻Ｒd，微安表表頭內(nèi)阻為rm。則正向平均電流為：

圖4.12平均值檢波器電路

(4-11)

可以看出，流過表頭的電流值正比于檢波器輸入電壓的平均值，而與其波形無關(guān)。電子測量實用技術(shù)2.均值電壓表的刻度特性在均值電壓表中，檢波器對被測電壓的平均值產(chǎn)生響應，即電壓表的指針偏轉(zhuǎn)正比于被測電壓的平均值。但儀表的刻度盤均是按正弦電壓的有效值來刻度的。也就是說，在電壓表的額定工作頻率范圍內(nèi)加正弦交流電壓時的指示值就是正弦電壓的有效值且正比于被測電壓的平均值。即(4-12)

式中：—電壓表讀數(shù)；

—電壓表所刻度的正弦電壓有效值；

—被測電壓平均值；

KF—正弦電壓的波形因數(shù)。電子測量實用技術(shù)

波形換算方法是，當測量任意波形電壓時，將從電壓表刻度盤上讀得的示值先除以正弦波的波形因數(shù)KF折算成正弦電壓的平均值，然后再按照“讀數(shù)相等則平均值相等”的原則，用被測波形的波形因數(shù)換算出被測的非正弦電壓的有效值。實際測量中兩款均值電壓表的外形如圖4.13(a)、(b)所示。(a)CA2171型交流毫伏表(b)SX2172型交流毫伏表圖4.13兩款均值電壓表外形電子測量實用技術(shù)

例4.1用均值電壓表分別測量正弦波、方波及三角波，電壓表均指在10V處，問被測電壓的平均值、有效值、峰值各是多少？解：對于正弦波，示值就是其有效值。

按照示值相等則平均值也相等的原則，所以方波和三角波的平均值也都是9V，即可得：對于方波，因其KF與KP均為1V，所以方波的均值、有效值、峰值均是9V。電子測量實用技術(shù)

對于三角波，因為它的KF=1.15,KP=1.73，所以可得：

可見，對于非正弦波的測量，均值電壓表的示值如果作為相應波形的有效值是有誤差的，稱波形誤差，誤差大小分別為：電子測量實用技術(shù)3.均值電壓表的特點

(1)被測信號先經(jīng)寬帶放大器放大，測量靈敏度高，測量最小幅度為幾百微伏或幾毫伏。

(2)因進行的是大信號檢波，避免了因檢波器的非線性產(chǎn)生的失真。

(3)采用阻抗變換來提高電壓表的輸入阻抗，減少了對被測電路的影響。

(4)讀數(shù)按正弦波有效值刻度，測非正弦信號的有效值需要進行換算。

(5)被測信號的頻率受放大器帶寬的限制，其通頻帶為2Hz~10MHz，一般稱低頻毫伏表。電子測量實用技術(shù)4.3.3峰值電壓表

1.峰值電壓表的組成峰值電壓表是峰值響應，即ux（t）—峰值檢波—放大—驅(qū)動表頭，所以是檢波—放大式電壓表。其組成框圖如圖4.14所示。圖4.14檢波—放大式電壓表組成框圖電子測量實用技術(shù)(1)峰值檢波器采用二極管檢波的檢波器安裝在探頭內(nèi)。其檢波器的輸出是峰值響應，即電壓表的指針偏轉(zhuǎn)角度正比于被測電壓的峰值。其峰值檢波器有兩種，圖（a）為串聯(lián)式電路，圖（b）為并聯(lián)式電路。圖4.15峰值檢波器電路電子測量實用技術(shù)以串聯(lián)式電路為例來說明峰值檢波的原理。如圖4.16所示圖4.16峰值檢波器波形流過電流表的電流為：(4-13)上式表明，表頭指針的偏轉(zhuǎn)與被測電壓的峰值成正比，從而實現(xiàn)了峰值檢波。電子測量實用技術(shù)(2)放大器一般采用橋式直流放大器，它具有較高的增益，但靈敏度不高。

2.峰值電壓表的刻度特性峰值電壓表的檢波器輸出的是峰值響應，即經(jīng)過峰值檢波器的直流電壓正比于被測電壓的峰值。磁電式電流表的讀數(shù)刻度是按正弦有效值來定度的。采用峰值檢波器的電壓表進行非正弦信號的測量時，應通過波峰因數(shù)進行變換。電子測量實用技術(shù)—電壓表讀數(shù)；—電壓表所刻度的正弦電壓有效值；—被測電壓的峰值；-—正弦電壓的波峰因數(shù)。

(4-14)Kp即：

不同波形的信號具有不同的波峰因數(shù)Kp，其換算方法是：首先用示值乘以波峰因數(shù)，求出正弦電壓的峰值，然后再按“讀數(shù)相等則峰值相等”的原則，用被測波形的波峰因數(shù)換算出被測電壓的有效值。電子測量實用技術(shù)

例4.2用峰值電壓表分別測量正弦波、方波及三角波，電壓表均指在5V位置，問被測電壓的峰值、有效值、平均值各是多少？解：對于正弦波，示值就是其有效值：對于方波：

對于三角波：電子測量實用技術(shù)

可見，用峰值電壓表測量非正弦電壓時，若直接將示值作為被測信號的有效值，將產(chǎn)生很大的誤差，稱為波形誤差。電子測量實用技術(shù)

如圖4.17所示DA22A型超高頻毫伏表即為一款峰值電壓表（檢波—放大式電子電壓表）

圖4.17DA22A型超高頻毫伏表電子測量實用技術(shù)3.峰值電壓表的特點：(1)檢波二極管導通時有一定的起始電壓，且采用普通直流放大器有零點漂移，故靈敏度低，非線性失真大，不適于測小信號。(2)輸入阻抗高，可達數(shù)兆歐。(3)帶寬主要取決于檢波器，其帶寬可很寬，目前上限頻率可達1GHz，固有高頻或超高頻毫伏表之稱(4)讀數(shù)按正弦波有效值刻度，測非正弦信號的有效值需要進行換算。

(5)采用二極管構(gòu)成的峰值檢波器安裝在屏蔽良好的探頭（探極）內(nèi)，用探頭的探針觸及被測點，把被測高頻信號首先變成直流電壓，可以大大減少分布參數(shù)的影響以及信號傳輸?shù)膿p失，電子測量實用技術(shù)小結(jié)1.直流電壓的測量2.交流電壓的測量（1）均值電壓表（2）峰值電壓表電子測量實用技術(shù)解決模塊問題：用如圖所示實驗室常用“YB2173交流毫伏表”測量正弦交流電壓信號，示值為交流電壓的什么值？（有效值？瞬時值？平均值？峰值？）

答：有效值

如果測三角波交流電壓信號、方波交流電壓信號等，測得結(jié)果又如何？

答：因為是均值電壓表，所以讀數(shù)需修正。如測得一三角波電壓，示數(shù)為2.30V，則該三角波有效值為：U=(2.3V/1.11)

×1.15

=2.3V×1.04=2.38V電子測量實用技術(shù)4.3.4有效值電壓表

1.熱電偶變換式電子電壓表熱電偶變換式電子電壓表是有效值電壓表的一種類型。它根據(jù)熱電現(xiàn)象和熱電偶原理，利用熱電偶的熱電變換功能將被測交流電壓的有效值轉(zhuǎn)換成直流電流。是真有效值電壓表。電子測量實用技術(shù)熱電偶原理：(b)熱電偶有效值檢波原理變換關(guān)系如下：

(a)熱電效應

圖4.18熱電轉(zhuǎn)換原理電子測量實用技術(shù)

采用兩種相同的熱電偶，分別作為測量熱電偶和平衡熱電偶，如圖4.19所示。圖4.19有效值電壓表的組成當系統(tǒng)達到平衡時，，即

實現(xiàn)了線性刻度。

表頭刻度線性化處理：電子測量實用技術(shù)2.模擬計算變換式如圖4.20為計算式有效值電壓表原理方框圖。圖4.20計算式有效值電壓表原理框圖3.有效值電壓表的刻度特性有效值電壓表按正弦電壓有效值刻度，當測量非正弦波時，理論上不會產(chǎn)生波形誤差，測量非正弦電壓時可直接測量無需換算。稱真有效值電壓表。

電子測量實用技術(shù)

如圖4.21為型號為DA24型和DA30A型的真有效值電壓表，

(a)DA24型(b)DA30A型圖4.21兩款真有效值電壓表電子測量實用技術(shù)4.3.5三種檢波方式電壓表的比較

均值電壓表峰值電壓表有效值電壓表組成方案放大—檢波式檢波—放大式熱偶式或模擬計算式輸入電阻采用阻抗變換提高高高頻率范圍2Hz~1MHz10kHZ~1GHz介于前兩者之間波形誤差小大無刻度特性按正弦有效值刻度按正弦有效值刻度按正弦有效值刻度換算方法別名低頻毫伏表（超）高頻毫伏表真有效值電壓表電子測量實用技術(shù)

例4.3用一峰值電壓表去測量一個方波電壓，讀數(shù)為10V，問該方波電壓的有效值是多少？解：峰值檢波器的輸出為被測信號的最大幅度，由儀表的刻度關(guān)系知，被測方波的峰值為：由于：所以：電子測量實用技術(shù)

例4.4用正弦有效值刻度的均值電壓表測量一個三角波電壓，其讀數(shù)為1V，求其有效值。解：先將Uα=1V換算成正弦波的平均值：

三角波電壓的平均值也是0.9V，再通過三角波電壓的波形因數(shù)計算其有效值：電子測量實用技術(shù)4.3.6YB2173交流毫伏表1.前面板配置(1)電源開關(guān)(2)顯示窗口(3)機械調(diào)零電位器(4)量程旋鈕(5)輸入CH2通道(6)輸入CH1通道電子測量實用技術(shù)（2）技術(shù)指標1.電壓測量量程：300μV~100V。共12個量程。2.工作頻率范圍：5Hz~2MHz（雙路）3.電源電壓：220V。4.刻度值：正弦波有效值，1V=0dB。6.輸入阻抗1MΩ；輸入電容50pF。7.電壓誤差：≤±3%(基準頻率1kHz)。（滿度相對誤差）8.頻率響應誤差：20Hz~200kHz：≤±3%；5~20Hz和200kHz~2MHz：≤±10%.電子測量實用技術(shù)（3）使用方法：a.電壓表平放于桌面；插接電源線；機械調(diào)零；檢查量程旋鈕是否在最大量程處。b.打開電源，將輸入信號送入輸入端口，先接地線，后接高電位線。c.選擇合適量程：使測量時指針指在滿度的2/3(至少1/3)以上。d.根據(jù)指針位置和量程擋位讀取電壓值。e.測量完畢，拆除連線時應先拆高電位線，再拆低電位線。最后將量程旋鈕置于最大量程處。電子測量實用技術(shù)

4.4電壓測量的數(shù)字化方法

數(shù)字電壓表（DigitalVoltageMeter，DVM）是一種將被測的模擬電壓量自動轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并將測量結(jié)果以數(shù)字形式顯示的電測儀表。數(shù)字式電壓表（DVM）與模擬式電子電壓表相比，具有顯示直觀、測量精度高，輸入阻抗大和抗干擾能力強等特點。電子測量實用技術(shù)4.4.1DVM的組成模擬量的數(shù)字化測量中，關(guān)鍵是如何把隨時間作連續(xù)變化的模擬量變換為離散的數(shù)字量，完成這種變換的電路叫模／數(shù)轉(zhuǎn)換器（AnalogtoDigitalConverter，A／D轉(zhuǎn)換器）。數(shù)字電壓表實際上是A／D轉(zhuǎn)換器加電子計數(shù)器，其核心是A／D轉(zhuǎn)換器。電子測量實用技術(shù)1.組成框圖DVM的組成框圖如圖4.23所示。圖4.23數(shù)字電壓表的組成框圖電子測量實用技術(shù)2.應用

DVM在近幾年來已成為極其精確、靈活多用并且價格不斷下降的電子儀器。它可用于直流或變化較慢的交流電壓信號的測量（通常采用高精度低速A／D轉(zhuǎn)換器）；通過AC/DC變換電路，也可測量交流電壓的有效值、平均值、峰值，構(gòu)成交流數(shù)字電壓表；通過電流一電壓、阻抗－電壓等變換，可實現(xiàn)電流、阻抗等測量，進一步擴展其功能?；谖⑻幚砥鞯闹悄芑疍VM稱為數(shù)字多用表（DigitalMultiMeter，DMM），DMM功能更全，性能更高。電子測量實用技術(shù)4.4.2DVM的主要技術(shù)指標

1.測量范圍：包括顯示的位數(shù)、量程和超量程能力。

(1)顯示位數(shù)：是表示DVM精密程度的一個基本參數(shù)。是指能顯示0~9共十個完整數(shù)碼的位數(shù)。如某DVM：最大顯示為9999，為四位DVM。最大顯示為19999，為四位半DVM(最高位只能顯示“1”或“0”)。最大顯示為59999，為四又四分之三位DVM(最高位只能取0~5)。電子測量實用技術(shù)電子測量實用技術(shù)(2)量程的范圍：DVM的量程范圍包括基本量程和擴展量程?；玖砍淌菧y量誤差最小的量程，他不經(jīng)過衰減器和放大器；擴展量程是采用輸入衰減器和放大器來完成的，如基本量程為10V的DVM，可擴展出0.1V、1V、10V、100V、l000V5擋量程；基本量程為2V或20V的DVM，可擴展出200mV、2V、20V、200V、2000V5擋量程。電子測量實用技術(shù)(3)超量程能力：是DVM的一個重要性能指標。1/2位和基本量程結(jié)合起來，可說明DVM是否具有超量程能力。如某4位DVM的基本量程是10V，無超量程能力；而基本量程同樣是10V的4位半DVM具有超量程能力。一臺基本量程為2V的位DVM，判斷其有無超量程能力？電子測量實用技術(shù)2.分辨力：分辨力是指數(shù)字電壓表能夠顯示被測電壓的最小變化值的能力，即顯示器末位跳動一個數(shù)字所需的電壓值。它反映了DVM的靈敏度，用每個字對應的電壓值來表示，即V/字。不同的量程上分辨力不同，最小量程上具有最高的分辨力。例如3位半的DVM，在200mV最小量程上，可以測量的最大輸入電壓為199.9mV，其分辨力為0.1mV＼字（即當輸入電壓變化0.lmV時，顯示的末尾數(shù)字將變化“1個字”）。電子測量實用技術(shù)

分辨率：用百分數(shù)表示，與量程無關(guān)，比較直觀。如上述的DVM在最小量程200mV上的分辨力為0.1mV，則其分辨率為：

鞏固：P105——10

解：19999——四位半表量程200mV，顯示199.99mV，分辨力0.01mV/字。電子測量實用技術(shù)3.測量速率：每秒對被測電壓的測量次數(shù)或一次完整測量所需要的時間。主要取決于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。一般低速高精度的DVM的測量速度在幾次／秒～幾十次／秒。

4.輸入特性。主要指輸入阻抗Ri，輸入阻抗越大越好。模擬表的輸入電阻都是K數(shù)量級，數(shù)字表都是M數(shù)量級。

電子測量實用技術(shù)5.抗干擾能力：數(shù)字電壓表的靈敏度高，因而對內(nèi)部噪聲和外部干擾的抑制能力就成為保證它的高精度測量能力的重要因素，根據(jù)干擾信號的加入方式不同，可分為串模干擾和共模干擾兩種。串模信號一般來自信號本身，如穩(wěn)壓電源中的紋波電壓，測量線上感應的工頻或高頻電壓。同時作用于兩測試輸入端的干擾稱共模干擾。在DVM中抑制串模干擾的措施：一是在輸入端設(shè)置濾波器，二是從A/D轉(zhuǎn)換原理上采用雙積分電路來消除干擾。抑制共模的措施主要采用輸入端浮置的辦法（即兩端無接地端）。電子測量實用技術(shù)4.4.3DVM的A/D轉(zhuǎn)換原理

數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換電路，負責將模擬狀態(tài)的直流電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。按轉(zhuǎn)換方式不同分為比較型和積分型。各類數(shù)字電壓表最大的區(qū)別就在于A/D轉(zhuǎn)換方式的不同。比較型廣泛采用逐次逼近比較型；積分型是對輸入的模擬電壓通過積分變?yōu)闀r間（T）或頻率（f）等中間量，再把中間量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，分斜坡式、雙斜式和復合式等,我們以雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器為例來加以介紹。電子測量實用技術(shù)圖4.24雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器原理電路

雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器是一種應用較早且目前仍被廣泛應用的A/D轉(zhuǎn)換器，其原理如圖4.24所示。電子測量實用技術(shù)

雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程如圖4.25所示，可以分為采樣期和比較期兩個階段。(1)采樣期(定時積分)(S1合)圖4.25雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程(2)比較期(S3合)N1為定值，計數(shù)值N2與輸入的模擬電壓ui成正比

可見，雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器是將被測電壓Ui轉(zhuǎn)換為時間T2，只要在T2時間內(nèi)控制計數(shù)器對固定頻率的時鐘信號進行計數(shù)，計數(shù)的結(jié)果即表示被測電壓Ui的大小。從而實現(xiàn)了模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)化。T2的長短表征被測電壓ui的大小電子測量實用技術(shù)

雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器對串模干擾具有較強的抗干擾能力，故應用廣泛。由于這種轉(zhuǎn)換要進行兩次積分，所以轉(zhuǎn)換時間長、工作速度低，但它的電路結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力強，因此常用于低速場合，數(shù)字式儀表大都采用這種轉(zhuǎn)換器。電子測量實用技術(shù)4.4.4DMM的轉(zhuǎn)換電路數(shù)字多用表（DMM）的轉(zhuǎn)換電路包括兩類：一類是基本轉(zhuǎn)換電路，負責將模擬狀態(tài)的直流電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，上面已作闡述；另一類是測試變換電路，負責將被測的物理量轉(zhuǎn)換為儀器可以處理的直流電量，包括AC/DC（交流/直流）變換電路、Z/V（阻抗/電壓）變換電路和（電流/電壓）I/V變換電路等。電子測量實用技術(shù)

1.AC/DC變換通過檢波，可將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流的峰值、平均值和有效值，如4.3節(jié)所述。

2.Z/V變換電路:

圖4.26是一種測量電阻用Z/V變換電路。圖4.26Z/V變換原理電路電子測量實用技術(shù)

圖中+10V和+9V電壓由高穩(wěn)定度直流電壓源提供，+10V電壓經(jīng)過電阻R1、R2、R3加到運算放大器A的反相輸入端。由于運算放大器的反相端應該與同相端具有相等的電位（即為+9V），因此R1

、R2、R3上的壓降為10-9=1V，流過其中的電流為

I經(jīng)過場效應管V流入電阻Rx，在其上產(chǎn)生壓降Ux，Ux的值由數(shù)字萬用表測出，因此電子測量實用技術(shù)

實現(xiàn)Z/V變換的方法有多種，如圖4.27為恒流法Z/V變換原理圖：

(a)實現(xiàn)Z/V變換的簡單原理

(b)通過運放實現(xiàn)比例測量的Z/V變換圖4.27恒流法Z/V變換原理電子測量實用技術(shù)2.I/V變換電路基于歐姆定律，將被測電流通過一個已知的取樣電阻，測量取樣電阻兩端的電壓，即可得到被測電流。圖4.28I/V變換原理電子測量實用技術(shù)4.4.5YB2172B數(shù)字交流毫伏表1.面板操作鍵

(1)電源開關(guān)(2)顯示窗口(3)量程指示(4)輸入插座(5)量程旋鈕(6)輸出端口YB2172B數(shù)字交流毫伏表前面板示意圖電子測量實用技術(shù)2.主要特點·具有超量程自動閃爍功能

·4位LED顯示,測量精度高,頻率特性好

·超寬交流電壓測量范圍:40μV~400V

·分辨力高,最高可達1μV

·采用先進數(shù)碼開關(guān),采用發(fā)光二極管指示量程和狀態(tài)

·頻率范圍:10Hz～2MHz電子測量實用技術(shù)3.使用方法檢查電源電壓，接通電源線。接通電源開關(guān)，預熱5分鐘。將量程旋鈕調(diào)至最大量程處(此處，量程指示燈“400V”應亮)。將輸入信號由輸入端口送入交流毫伏表。調(diào)節(jié)量程旋鈕，使數(shù)字面板表正確顯示輸入信號的電壓值。將輸出用探頭送入示波器的輸入端口，顯示波形。輸入信號幅度超過滿量程的±14%左右時，儀器的數(shù)字面板表會自動閃爍，此時請調(diào)節(jié)量程旋鈕，使其處在相應的量程，以確保測量準確性。電子測量實用技術(shù)4.4.6數(shù)字萬用表

數(shù)字萬用表又稱數(shù)字式多用表（DMM），它是在數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上增加一些參量變換器，把被測量轉(zhuǎn)換為直流電壓信號，就構(gòu)成了數(shù)字萬用表

1.數(shù)字萬用表的特點（1）功能多。（2）指標高。數(shù)字萬用表的直流電壓測量技術(shù)指標有如下特色：①輸入范圍大。最大輸入為1000V②準確度高。最高可達10-7左右。電子測量實用技術(shù)③分辨率高。可達10-8④輸入阻抗高。10MΩ，40pF⑤顯示位數(shù)多。3位半，4位半，5位半等。⑥讀數(shù)速率快?？蛇_500次/s。(3)用途廣。電子測量實用技術(shù)電子測量實用技術(shù)2.數(shù)字萬用表的組成數(shù)字萬用表的組成框圖如圖4.31所示。圖4.31數(shù)字萬用表組成框圖電子測量實用技術(shù)3.數(shù)字萬用表的技術(shù)原理與要求（1）輸入電路技術(shù)原理數(shù)字萬用表一般通過一對紅黑表筆引入外部輸入信號，對于二端元件的測量也是通過表筆輸入的。對于晶體管這樣的三端元件，一般由獨立的測試座輸入。針對輸入信號幅值的不同，輸入單元電路設(shè)有不同的衰減器，當測量的量值超出范圍時，系統(tǒng)能給出溢出提示，部分數(shù)字萬用表設(shè)有語音提示功能，會及時給出操作有誤的信息。 電子測量實用技術(shù)

（2）顯示單元技術(shù)原理絕大多數(shù)數(shù)字萬用表選用液晶顯示屏作為顯示終端。（3）控制處理單元技術(shù)原理

微處理器特別是單片計算機在數(shù)字萬用表中構(gòu)成控制器，管理測量操作過程和處理測量結(jié)果。此外,在一定程度上可以以軟件功能代替或簡化硬件功能，如自動量程轉(zhuǎn)換、自動誤差校正、抑制干擾等。MPU的使用在很大程度上降低了系統(tǒng)成本，提高了儀表的智能化程度和操作的便利性。電子測量實用技術(shù)4.數(shù)字萬用表的使用與誤差估計