電壓測(cè)量與電壓表應(yīng)用課件

單元2電壓測(cè)量與電壓表應(yīng)用122.1電壓測(cè)量2.2電子電壓表返回2.1電壓測(cè)量電壓是最基本的被測(cè)量,電壓表是三大電子測(cè)量?jī)x器之一。電壓測(cè)量是電子測(cè)量的基礎(chǔ),基本的電壓測(cè)量?jī)x器是電壓表。電壓表、示波器、計(jì)數(shù)器是電子測(cè)量的三大儀器。2.1.1電壓測(cè)量對(duì)儀表的要求在實(shí)際測(cè)量中,被測(cè)電壓具有頻率范圍寬、幅度差別大、波形種類多等特點(diǎn)。所以電壓測(cè)量對(duì)儀表提出了一系列的要求。1.儀表應(yīng)有足夠?qū)挼念l率范圍被測(cè)電壓的頻率范圍為零赫茲至數(shù)百兆赫茲,大致分為直流、低頻、視頻、高頻和超高頻等。所用電壓表必須具有足夠?qū)挼念l率范圍。下一頁(yè)返回2.1電壓測(cè)量2.儀表應(yīng)有足夠?qū)挼碾妷簻y(cè)量范圍被測(cè)電壓的量值范圍很寬,小到幾納伏,大到幾百伏、幾千伏,甚至幾萬(wàn)伏。測(cè)量之前,應(yīng)對(duì)被測(cè)電壓有大概的估計(jì),所用電壓表應(yīng)具有相當(dāng)寬的量程或具有針對(duì)性。測(cè)量小信號(hào)電壓時(shí)應(yīng)選用高靈敏度電壓表,測(cè)量高電壓時(shí)應(yīng)選用絕緣強(qiáng)度高的電壓表。3.儀表應(yīng)有足夠高的輸入阻抗測(cè)量電壓時(shí),電壓表等效為輸入電阻和輸入電容的并聯(lián),其輸入阻抗是被測(cè)電路的額外負(fù)載。為了使被測(cè)電路的工作狀態(tài)盡量少受影響,電壓表應(yīng)具有足夠高的輸入阻抗,即輸入電阻盡量大、輸入電容盡量小。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.1電壓測(cè)量4.儀表應(yīng)有足夠強(qiáng)的抗干擾能力測(cè)量工作一般是在受各種干擾的情況下進(jìn)行的。當(dāng)利用電壓表進(jìn)行高靈敏度測(cè)量時(shí),干擾會(huì)引入明顯的測(cè)量誤差,這就要求電壓表具有較強(qiáng)的抗干擾能力。5.儀表應(yīng)有足夠高的測(cè)量精確度直流電壓的測(cè)量可獲得較高的測(cè)量精確度,例如直流數(shù)字電壓表一般可達(dá)10-4~10-7量級(jí);交流電壓表的測(cè)量精確度可達(dá)10-2~10-4量級(jí)。在測(cè)量精確度要求不高時(shí),可選用測(cè)量精確度在1%~3%的電壓表。此外,被測(cè)電路電壓波形種類多,不同類型電壓表的適用對(duì)象和使用方法是不同的,測(cè)量時(shí),應(yīng)根據(jù)電壓表的類型和電壓波形來(lái)確定被測(cè)電壓的大小。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.1電壓測(cè)量2.1.2交流電壓的表征交流電壓的表征量包括平均值ū峰值?、有效值ū、波形因數(shù)KF

以及波峰因數(shù)KP。1.平均值ū平均值簡(jiǎn)稱為均值,是指波形中的直流成分,所以純交流電壓的平均值為零。為了更好地表征交流電壓的大小,交流電壓的平均值特指交流電壓經(jīng)過(guò)均值檢波后波形的平均值,它分為半波平均值ū1/2和全波平均值ū。如無(wú)特別說(shuō)明,純交流電壓的平均值均為全波平均值ū。對(duì)于純交流電壓,存在關(guān)系:上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.1電壓測(cè)量2.峰值?交流電壓的峰值是指交流電壓在一個(gè)周期內(nèi)(或一段時(shí)間內(nèi))以零電平為參考基準(zhǔn)的最大瞬時(shí)值,記為?(或?P),分為正峰值?+(或?P+)和負(fù)峰值?-(或?P-)。一般情況下,正峰值?+

和負(fù)峰值?-

并不相等,峰值與振幅值?m

也不相等,這是因?yàn)檎穹凳且噪妷翰ㄐ蔚闹绷鞒煞譃閰⒖蓟鶞?zhǔn)的最大瞬時(shí)值。對(duì)于雙極性對(duì)稱的純交流電壓,數(shù)值上存在如下關(guān)系:上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.1電壓測(cè)量經(jīng)常用到的交流電壓表征量還有谷值?和峰-峰值UP

-P,如圖2-1所示,注意ū’是未經(jīng)均值檢波的波形平均值。3.有效值U交流電壓的大小通常是指它的有效值U,有效值又稱為方均根值,是根據(jù)它的物理定義來(lái)確定的。數(shù)學(xué)計(jì)算式為4.波形因數(shù)KF交流電壓的波形因數(shù)KF

定義為交流電壓的有效值U與平均值ū之比,即上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.1電壓測(cè)量5.波峰因數(shù)KP交流電壓的波峰因數(shù)KP

定義為交流電壓的峰值?與有效值U之比,即不同波形的波形因數(shù)和波峰因數(shù)具有不同的值,如表2-1和圖2-2

所示。上一頁(yè)返回2.2電子電壓表2.2.1電子電壓表的種類電子電壓表簡(jiǎn)稱為電壓表,分為模擬式電壓表和數(shù)字式電壓表。1.模擬式電壓表模擬式電壓表即指針式電壓表,它用磁電式直流電流表(俗稱表頭)作為指示器,有直流電壓表和交流電壓表之分。直流電壓表是構(gòu)成交流電壓表的基礎(chǔ),用于測(cè)量直流電壓。交流電壓表用于測(cè)量交流電壓。測(cè)量時(shí),首先利用交直流變換器將交流變成直流,再依照測(cè)量直流電壓的方法進(jìn)行測(cè)量,其核心為交直流變換器AC/DC。一般利用檢波器來(lái)實(shí)現(xiàn)交直流變換。檢波器按其響應(yīng)特性分為均值、峰值和有效值檢波器三種。下一頁(yè)返回2.2電子電壓表按照測(cè)量電壓頻率范圍的不同,交流電壓表還可分為超低頻電壓表(低于10Hz)、低頻電壓表(低于1MHz)、視頻電壓表(低于30MHz)、高頻或射頻電壓表(低于300MHz)和超高頻電壓表(高于300MHz)。為了滿足不同測(cè)量對(duì)象的要求,模擬式交流電壓表有檢波-放大式、放大-檢波式和外差式等三種不同的結(jié)構(gòu)形式。(1)檢波-放大式電壓表。檢波-放大式電壓表組成框圖如圖2-3(a)所示。這種電壓表的頻率范圍和輸入阻抗主要取決于檢波器。其頻率范圍為10kHz~1000MHz,電壓范圍為1mV~10V,3V量程,100kHz時(shí)輸入阻抗大于100kΩ,50MHz時(shí)輸入阻抗大于50kΩ。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表(2)放大-檢波式電壓表。放大-檢波式電壓表的組成框圖如圖2-3(b)所示。其頻率范圍一般為20Hz~10MHz,靈敏度達(dá)毫伏級(jí),通常稱之為視頻毫伏表,多用在低頻、視頻場(chǎng)合。(3)外差式電壓表。外差式電壓表又稱為選頻電壓表或測(cè)量接收機(jī),其組成框圖如圖2-4所示。外差式電壓表利用混頻器,將輸入信號(hào)變?yōu)楣潭ㄖ蓄l信號(hào)后進(jìn)行交流放大,可以較好地解決交流放大器增益與帶寬的矛盾,其靈敏度可以提高到微伏級(jí)。其頻帶范圍從100kHz至數(shù)百兆赫茲,一般稱之為高頻微伏表。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表外差式電壓表的頻率范圍取決于本振頻率范圍。所以外差式電壓表一般為高頻電壓表而不是超高頻電壓表。三種結(jié)構(gòu)形式電壓表的性能比較如表2-2所示。此外,還有熱偶式電壓表。熱偶元件是由兩種不同材料的導(dǎo)體連接而成的,是具有熱電現(xiàn)象的元件。熱偶式電壓表是將被測(cè)電壓加在電熱絲上對(duì)熱偶元件加熱而產(chǎn)生熱電勢(shì),再根據(jù)熱電勢(shì)與所加電壓的函數(shù)關(guān)系測(cè)出被測(cè)電壓。熱偶式電壓表的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量結(jié)果與被測(cè)信號(hào)波形無(wú)關(guān),是一種真正的有效值電壓表,可以測(cè)量直流及零至上百兆赫茲的交流信號(hào)。熱偶式電壓表的缺點(diǎn)是靈敏度低、輸入電阻低、受環(huán)境溫度影響大、個(gè)別電壓表的刻度非線性。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表在2.2.3節(jié)中將對(duì)模擬式交流電壓表做更具體的介紹。2.數(shù)字式電壓表數(shù)字式電壓表(DigitalVoltmeter,DVM)是利用A/D(模/數(shù))變換器將模擬量變換成數(shù)字量,并以十進(jìn)制數(shù)字形式顯示被測(cè)電壓值的一種電壓測(cè)量?jī)x器。最基本的數(shù)字電壓表是直流數(shù)字電壓表。直流數(shù)字電壓表配上交直流變換器即構(gòu)成交流數(shù)字電壓表。如果在直流數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上,配上交流電壓/直流電壓變換器(AC/DC)、電流/直流電壓變換器(I/V)和電阻/直流電壓變換器(R/V),就構(gòu)成數(shù)字萬(wàn)用表(DigitalMultimeter,DMM)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表直流數(shù)字電壓表的核心是A/D變換器。A/D變換器分為積分式、比較式和復(fù)合式三種類型,所以直流數(shù)字電壓表也分為積分式、比較式和復(fù)合式三種類型。目前,應(yīng)用較多的是雙積分式DVM,其次是逐次比較式DVM。數(shù)字式電壓表由模擬電路、數(shù)字邏輯電路和顯示電路三大部分組成,如圖2-5所示。圖中A/D變換器是數(shù)字電壓表的核心,它將模擬電壓變換成數(shù)字量,然后由數(shù)字邏輯電路進(jìn)行計(jì)數(shù),并由顯示電路顯示出被測(cè)電壓的數(shù)值。A/D變換器與數(shù)字邏輯電路、顯示電路一起構(gòu)成數(shù)字電壓表表頭。數(shù)字式電壓表還具有測(cè)量準(zhǔn)確度高、分辨力強(qiáng)、測(cè)速快、輸入阻抗高、過(guò)載能力強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表在2.2.4節(jié)中將對(duì)數(shù)字式電壓表做更具體的介紹。2.2.2直流電流、直流電壓的測(cè)量1.直流電流的測(cè)量磁電式直流電流表(即表頭)可以直接用來(lái)測(cè)量較小的直流電流,測(cè)量時(shí)應(yīng)與被測(cè)電路串聯(lián),而且允許通過(guò)的電流較小;如果電流過(guò)大,將損壞表頭。通常用作檢流計(jì)、微安表和小量程毫安表。為了擴(kuò)大表頭的電流量程,常采用與表頭并聯(lián)電阻的方法,此并聯(lián)電阻稱為分流電阻或分流器,如圖2-6所示。圖2-6(a)和圖2-6(b)所示分別為開路式分流器和閉路式環(huán)形分流器。改變分流器阻值的大小可以改變電流表的量程,Rg

為電流表表頭內(nèi)阻。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表在圖2-6中,由于被測(cè)電流Ix

的一部分被分流電阻R1、R2、R3

分流,而使流過(guò)表頭的電流IA

仍然能夠維持在額定范圍內(nèi)而不會(huì)損壞表頭,但因?yàn)楸肀P刻度是以被測(cè)電流的大小進(jìn)行刻度的,所以能夠直接測(cè)出被測(cè)電流的大小。改變量程變換開關(guān)S的位置,接入不同的分流電阻R1、R2

或R3,就可以測(cè)量不同大小的電流Ix

。一般選用電流表或萬(wàn)用表測(cè)量電流。測(cè)量時(shí),應(yīng)將儀表串接入被測(cè)電路中。測(cè)量直流電流時(shí),應(yīng)注意使被測(cè)電流經(jīng)正表筆(“+”端)流入儀表,由負(fù)表筆(“-”端)流出。如果不知被測(cè)電流的正負(fù)極性,可以將萬(wàn)用表量程開關(guān)打在最大量程,瞬間測(cè)量一下,觀察表針偏轉(zhuǎn)方向,如果正偏,說(shuō)明接法正確,反偏則應(yīng)調(diào)換表筆位置。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表另外,還應(yīng)注意選用合適的量程進(jìn)行測(cè)量,不知被測(cè)電流范圍時(shí),可從最大量程量起,逐漸變小量程,直至量程合適為止。2.直流電壓的測(cè)量磁電式電流表指針偏轉(zhuǎn)角度α與被測(cè)電流成正比,當(dāng)它具有一定內(nèi)阻時(shí),偏轉(zhuǎn)角度與其兩端的電壓也成正比,它可用于測(cè)量直流電壓。為了測(cè)量大電壓,常將表頭與電阻串聯(lián),此電阻稱為分壓電阻,如圖2-7所示。改變分壓電阻可以改變電壓表的量程。一般選用直流電壓表或萬(wàn)用表測(cè)量直流電壓。測(cè)量電壓時(shí),應(yīng)將儀表并接于被測(cè)電路的兩端,不能與被測(cè)電路串接。測(cè)量直流電壓時(shí),注意電壓表正表筆(“+”端)接被測(cè)電壓的高電位,負(fù)表筆(“-”端)接低電位,不能接反。此外,應(yīng)選用合適的量程。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表2.2.3模擬式交流電壓表模擬式交流電壓表按照所用檢波器類型的不同,分為均值電壓表、峰值電壓表和有效值電壓表。均值電壓表選用均值檢波器,采用放大-檢波式結(jié)構(gòu),屬于低頻電壓表。峰值電壓表選用峰值檢波器,一般采用檢波-放大式結(jié)構(gòu),屬于高頻電壓表。有效值電壓表選用有效值檢波器,一般為低頻電壓表。1.均值電壓表均值電壓表以均值檢波器作為交直流變換器。均值檢波器即整流器,因其輸出的直流電壓(即檢波后波形的平均值)與輸入交流電壓的平均值成正比,故稱為均值檢波器。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表1)均值檢波器常用均值檢波器電路如圖2-8所示,圖2-8(a)~圖2-8(d)分別為橋式、半橋式全波均值檢波器,以及半波整流式、加隔直電容的半波整流式均值檢波器,電容C為濾波電容。比較常用的是圖2-8(b)和圖2-8(d)所示的均值檢波器。均值檢波器輸出的直流電壓即電容C兩端的電壓,設(shè)為ūC。均值檢波器的輸出始終等于整流后波形的平均值。圖2-9為JB-F1型均值電壓表檢波器。圖2-9中的VD3用以保護(hù)微安表不致因過(guò)載而損壞。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表2)正弦波有效值定度與讀數(shù)值的修正交流電壓表一般以輸入正弦波有效值的大小來(lái)定度,即正弦波有效值定度。當(dāng)測(cè)量正弦波電壓時(shí),正弦波的有效值就等于均值電壓表的讀數(shù)值Uα,即U~=Uα;當(dāng)測(cè)量非正弦波電壓時(shí),均值電壓表的讀數(shù)值無(wú)明確的物理意義,只說(shuō)明非正弦波電壓平均值與讀數(shù)值相等的正弦波電壓的平均值相等。測(cè)量非正弦波電壓時(shí),均值電壓表讀數(shù)值的修正方法是上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表3)均值電壓表的組成均值電壓表的組成如圖2-10所示,屬于放大-檢波式電壓表。均值電壓表屬于低頻電壓表,它的靈敏度可以達(dá)到毫伏數(shù)量級(jí),頻率范圍一般為20Hz~10MHz,故又稱之為視頻毫伏表。4)誤差分析均值電壓表測(cè)量誤差的主要來(lái)源包括:指示電流表的誤差、檢波元器件的不穩(wěn)定性誤差、波形誤差及頻率誤差等。在此主要分析波形誤差和頻率誤差。(1)波形誤差:波形誤差是在用均值電壓表測(cè)量非正弦波電壓時(shí),將電壓表的讀數(shù)值當(dāng)成被測(cè)電壓的有效值而產(chǎn)生的誤差。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表波形誤差的絕對(duì)誤差為波形誤差的示值相對(duì)誤差為例如,測(cè)量三角波時(shí)的波形誤差為上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表因此,在使用電壓表測(cè)量非正弦波電壓時(shí),應(yīng)注意電壓表的類型,正確理解讀數(shù)的含義,并進(jìn)行修正。(2)頻率誤差:頻率誤差是在檢波器對(duì)高頻輸入信號(hào)檢波時(shí),由于二極管結(jié)電容容抗減小而使本應(yīng)處于截止?fàn)顟B(tài)的二極管失去單向?qū)щ娦远鴰?lái)的高頻頻響誤差。圖2-11為均值檢波器負(fù)半周高頻等效電路。除此之外,交流放大器增益與帶寬的矛盾也是產(chǎn)生頻率誤差的原因之一。2.峰值電壓表測(cè)量用高頻交流電壓表一般為峰值電壓表,峰值電壓表以峰值檢波器為交直流變換器。峰值電壓表指針偏轉(zhuǎn)角度與被測(cè)交流電壓的峰值成正比,交流電壓的峰值稱為峰值檢波器的實(shí)際響應(yīng)值。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表1)峰值檢波器圖2-12為幾種常見峰值檢波器。圖2-12(a)所示為串聯(lián)式峰值檢波器,又稱為開路式峰值檢波器,即包絡(luò)檢波器;圖2-12(b)所示為并聯(lián)式峰值檢波器,又稱為閉路式峰值檢波器。如無(wú)特別說(shuō)明,峰值檢波器均特指并聯(lián)式峰值檢波器。2)讀數(shù)值的修正峰值電壓表也以正弦波有效值進(jìn)行定度。當(dāng)測(cè)量正弦波電壓時(shí),正弦波電壓有效值U~等于電壓表的讀數(shù)值Uα,即U~=Uα。當(dāng)測(cè)量非正弦波電壓時(shí),電壓表的讀數(shù)值Uα沒(méi)有明確的物理意義,只說(shuō)明非正弦電壓的峰值與讀數(shù)值相等的正弦波的峰值相等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表測(cè)量非正弦波電壓時(shí),非正弦波電壓有效值等的計(jì)算如下:3)峰值電壓表的組成峰值電壓表的構(gòu)成形式一般為檢波-放大式,如圖2-13所示,其中直流放大器通常為調(diào)制式直流放大器或差分放大器。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表峰值電壓表常用作超高頻毫伏表,適于測(cè)量高頻信號(hào),這是由檢波-放大式電壓表特性所決定的。4)誤差分析(1)理論誤差。因峰值檢波器輸出電壓平均值實(shí)際上要略小于被測(cè)電壓峰值UP,因此會(huì)產(chǎn)生理論誤差。測(cè)量正弦波時(shí)的理論誤差為上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表(2)波形誤差。峰值電壓表測(cè)量非正弦波電壓時(shí),若將電壓表讀數(shù)值當(dāng)成它的有效值也會(huì)產(chǎn)生波形誤差。波形誤差的絕對(duì)誤差為波形誤差的示值相對(duì)誤差為上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表3)頻率誤差。如果被測(cè)信號(hào)頻率過(guò)低而不滿足RC》Tmax的峰值檢波條件時(shí),由于放電時(shí)間過(guò)長(zhǎng),ūC下降較多,而產(chǎn)生低頻頻率誤差。低頻頻率誤差為除低頻頻率誤差外,高頻分布參數(shù)的影響也會(huì)帶來(lái)高頻誤差。頻率特性誤差δfx又稱為頻率影響誤差,是指電壓表在工作頻率范圍內(nèi)各頻率點(diǎn)的電壓值相對(duì)于基準(zhǔn)頻率電壓值的誤差,它反映了電壓表的頻率誤差,計(jì)算如下:上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表3.有效值電壓表有效值電壓表類型繁多,按照所用檢波器類型的不同,可分為檢波式、熱偶式、計(jì)算式等。檢波式有效值電壓表通常選用分段逼近式有效值檢波器。1)分段逼近式有效值檢波器經(jīng)推導(dǎo)可知,只要電路的輸出特性曲線具有平方律特性,該電路就可以實(shí)現(xiàn)有效值檢波。圖2-14所示為具有平方律特性的分段逼近式有效值檢波器及其輸出特性曲線,該曲線由眾多不同斜率的線段構(gòu)成。這些線段是由于輸入電壓的大小不同而改變了檢波器負(fù)載電阻的大小得到的。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表分段逼近式有效值檢波器的輸出與交流電壓有效值的平方成正比,因此,電壓表的刻度是非線性的。2)熱偶式有效值檢波器熱偶式有效值檢波器即熱電變換式有效值檢波器,是根據(jù)交流電壓有效值的定義,利用具有熱電變換效應(yīng)的熱電偶來(lái)實(shí)現(xiàn)有效值檢波的。圖2-15為DA-24型電壓表原理圖。兩個(gè)性能相同的熱電偶T1、T2

構(gòu)成熱電偶橋,稱為雙熱偶變換器,T2

稱為平衡熱電偶。3)計(jì)算式有效值檢波器計(jì)算式有效值檢波器組成框圖如圖2-16所示,計(jì)算式有效值電壓表是根據(jù)交流電壓有效值的數(shù)學(xué)計(jì)算式,利用有關(guān)的運(yùn)算電路來(lái)實(shí)現(xiàn)有效值檢波的。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表2.2.4數(shù)字電壓表與模擬式電壓表相比,數(shù)字電壓表(DVM,簡(jiǎn)稱數(shù)字電壓表)具有精度高、測(cè)速快、抗干擾能力強(qiáng)和便于實(shí)現(xiàn)電壓測(cè)量智能化與自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用比較廣泛。但由于不能較直觀地觀測(cè)到交變電壓的變化情況,故不能完全替代模擬式電壓表。在此,我們僅討論直流數(shù)字電壓表。1.數(shù)字電壓表的主要性能指標(biāo)1)電壓測(cè)量范圍(1)量程。數(shù)字電壓表一般有好幾個(gè)量程,量程的改變通常由步進(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基本量程,基本量程的測(cè)量誤差最小。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表量程變換有手動(dòng)變換和自動(dòng)變換兩種,自動(dòng)變換借助于內(nèi)部邏輯控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。(2)顯示位數(shù)。(3)超量程能力。超量程能力是指數(shù)字電壓表在一個(gè)量程上所能測(cè)量的最大電壓超出量程值的能力,是數(shù)字電壓表的一個(gè)重要指標(biāo)。數(shù)字電壓表有無(wú)超量程能力,要根據(jù)它的量程分擋情況以及能夠顯示的最大數(shù)字情況來(lái)決定,計(jì)算式為上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表有了超量程能力,在有些情況下可以提高測(cè)量精確度。例如,被測(cè)電壓為10.001V,若采用不具有超量程能力的4位DVM10V擋測(cè)量,讀數(shù)為9.999V;用100V擋測(cè)量,讀數(shù)為10.00V,這樣就丟掉了0.001V的信息。若改用有超量程能力的四位半DVM10V擋測(cè)量,均可讀出10.001V,顯然提高了精確度。2)分辨力分辨力是指數(shù)字電壓表能夠反映出的被測(cè)電壓最小變化值,實(shí)際上就等于所選量程最右邊數(shù)字的一個(gè)單位,即末尾的“1”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)字電壓表的分辨力。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表3)測(cè)量誤差數(shù)字電壓表的測(cè)量誤差通常以它的固有誤差或工作誤差來(lái)表示,屬于允許誤差。數(shù)字電壓表的固有誤差一般采用以下兩種表示方法:式中,Ux

為被測(cè)電壓讀數(shù)值;Um

為數(shù)字電壓表量程滿度值;±a%Ux

稱為讀數(shù)誤差,隨被測(cè)電壓的變化而變化;±a%、±β%分別稱為相對(duì)項(xiàng)系數(shù)和固定項(xiàng)系數(shù);±β%Um=±n字時(shí),稱為滿度誤差。讀數(shù)誤差主要包括由儀器各電路單元,如衰減器、放大器、A/D變換器、參考電源等引起的誤差和不穩(wěn)定性誤差,其中既有隨機(jī)誤差又有系統(tǒng)誤差,但一般按隨機(jī)誤差處理。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表滿度誤差主要包括兩部分:一部分是由放大器、基準(zhǔn)電壓、積分器等的零點(diǎn)漂移引起的不隨被測(cè)電壓變化的固定成分,性質(zhì)上屬于系差:另一部分是數(shù)字電壓表的量化誤差,性質(zhì)上也屬于系差。為方便起見,常把兩部分誤差組合起來(lái)表示滿度誤差。量程確定后,滿度誤差為固定值,可用n字來(lái)表示,n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。4)輸入電阻和輸入零電流數(shù)字電壓表的輸入電阻一般不小于10MΩ,直流數(shù)字電壓表的可達(dá)1GΩ。為了提高數(shù)字電壓表的輸入阻抗而用場(chǎng)效應(yīng)管等有源器件構(gòu)成電壓表的輸入電路,故當(dāng)電壓表輸入端短路時(shí),測(cè)試線上會(huì)有電流通過(guò),該電流稱為輸入零電流或輸入偏置電流。測(cè)量電壓時(shí)該電流是始終存在的,應(yīng)盡量減小輸入零電流。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表5)抗干擾能力數(shù)字電壓表的抗干擾能力較強(qiáng),通常用串模干擾≈制比和共模干擾≈制比來(lái)表示,干擾≈制比的數(shù)值越大,表明數(shù)字電壓表抗干擾的能力越強(qiáng)。(1)串模干擾。串模干擾又稱為常模干擾或常態(tài)干擾,是指以串聯(lián)方式與被測(cè)信號(hào)一起作用于儀表輸入端的干擾信號(hào),如圖2-17(a)所示。(2)共模干擾。當(dāng)被測(cè)對(duì)象與DVM相距較遠(yuǎn)等情況下,由于被測(cè)信號(hào)源地線與DVM地線之間存在電位差而產(chǎn)生共模干擾。圖2-17(b)所示為共模干擾示意圖。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表6)測(cè)量速度測(cè)量速度是指在單位時(shí)間內(nèi),以規(guī)定的準(zhǔn)確度完成的最大測(cè)量次數(shù),或完成單次測(cè)量所用的時(shí)間。測(cè)量速度是描述數(shù)字電壓表的一項(xiàng)重要性能指標(biāo),而不是模擬式電壓表的性能指標(biāo)。另外,數(shù)字電壓表通常具有自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)切換量程和顯示極性等自動(dòng)功能。2.A/D變換器數(shù)字電壓表的核心是A/D變換器,應(yīng)用比較廣泛的是雙積分式A/D變換器及逐次比較式A/D變換器。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表1)雙積分式A/D變換器雙積分式A/D變換器即雙斜式A/D變換器,屬于V/T型積分式A/D變換器。它將直流電壓與基準(zhǔn)電壓的比較通過(guò)兩次積分變換成為兩個(gè)時(shí)間段的比較,并由此將模擬電壓變換為與其輸入電壓的平均值即輸入直流電壓成正比的時(shí)間段,時(shí)間段的長(zhǎng)短則由計(jì)數(shù)器來(lái)測(cè)定,計(jì)數(shù)器所得的計(jì)數(shù)值即A/D變換的結(jié)果。(1)工作原理。雙積分式A/D變換器的工作過(guò)程分為準(zhǔn)備、取樣和比較三個(gè)階段,原理框圖如圖2-18所示,輸入為負(fù)電壓時(shí)的工作波形如圖2-19所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表(2)性能特點(diǎn)。雙積分式A/D變換器具有穩(wěn)定性好,準(zhǔn)確度高,抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。這是因?yàn)槿雍捅容^時(shí)使用的是同一積分器和時(shí)鐘,因此,R、C參數(shù)值的緩慢變化以及運(yùn)算放大器、時(shí)鐘等性能的不穩(wěn)定都不會(huì)影響變換準(zhǔn)確度。2)三次積分式A/D變換器三次積分式A/D變換器又稱為三斜式A/D變換器,它將雙積分式A/D變換器的第二次積分(定值反向積分)分成兩次進(jìn)行,目的是加快變換速度、減小變換誤差。三次積分式A/D變換器的工作過(guò)程分為準(zhǔn)備、取樣、粗積分和精積分四個(gè)階段,原理框圖和積分器輸出波形如圖2-20及圖2-21所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2電子電壓表3)逐次比較式A/D變換器逐次比較式數(shù)字電壓表又稱為反饋