第一章 電子電壓表

第一章電子電壓表第1頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月放大式直流電壓表原理框圖衰減器被測(cè)直流電壓Ux直流放大器uA調(diào)制式直流電壓表原理框圖衰減器被測(cè)直流電壓Ux調(diào)制式放大器uA§1概述第2頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§1概述第3頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月檢波—放大式交流電壓表原理框圖衰減器被測(cè)交流電壓Ux直流放大器uA檢波器直流放大—檢波式交流電壓表原理框圖衰減器被測(cè)交流電壓Ux交流放大器uA檢波器阻抗變換器§1概述第4頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月外差式電壓表原理框圖熱偶式有效值電壓表原理框圖交流電壓Ux衰減器VUoR1R2BG1BG2+--+eaeb直流放大器K1K2Ux輸入電路混頻器fxfr-fxfr中頻放大器檢波器uA本機(jī)振蕩器§1概述第5頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2電子電壓表中的典型應(yīng)用電路在電壓表中直流電壓表是最基本形式。在測(cè)量交流電壓時(shí)，通過(guò)交流／直流變換器(AC／DC)將交流電壓變換為直流電壓再進(jìn)行測(cè)量。

一、分壓器

由于電子電壓表的靈敏度很高，能測(cè)微小電壓，當(dāng)被測(cè)電壓高時(shí)，要用分壓器將高電壓變?yōu)榈碗妷?。特別是為適應(yīng)多量程測(cè)量，分壓器常做成多擋步進(jìn)式。第6頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2電子電壓表中的典型應(yīng)用電路1、可變分壓器當(dāng)K置“1”時(shí)，分壓比kl＝1

當(dāng)K置“2”時(shí)，分壓比采用大的分壓電阻，以提高輸入阻抗。但分壓電阻大寄生電容的影響變得更為突出，而使工作頻率降低，第7頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2電子電壓表中的典型應(yīng)用電路2．補(bǔ)償式分壓器當(dāng)電路滿足條件R1C1＝R2C2電路具有寬頻帶的平坦的響應(yīng)。

R1C1〉R2C2R1C1<R2C2R1C1=R2C2第8頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2電子電壓表中的典型應(yīng)用電路3．帶源極輸出器的分壓器

在補(bǔ)償式分壓器中，引入C1、C2可減輕分布電容的影響，展寬頻帶，但卻使輸入電容增加，引起輸入阻抗變低。用源極輸出器以提高輸入阻抗，亦可用射極輸出器。第9頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2電子電壓表中的典型應(yīng)用電路二、檢波器

1、交流電壓的表示方法

平均值

有效值Vrms設(shè)φ=0，Vav=0.637Vp設(shè)φ=0，Vrms=0.707Vp第10頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2電子電壓表中的典型應(yīng)用電路2、均值檢波器的工作原理防止表針抖動(dòng)，消除熱損耗第11頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2電子電壓表中的典型應(yīng)用電路二極管正向電阻微安表內(nèi)阻

流過(guò)表頭的電流正比于被測(cè)電壓的平均值，而與波形無(wú)關(guān)。2、均值檢波器的工作原理第12頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2電子電壓表中的典型應(yīng)用電路2、均值檢波器的工作原理電子電壓表的定度：

表頭都以正弦電壓的有效值定度。采用均值檢波器的電子電壓表示值：不同波形電壓的kF值不同。kF為波形因數(shù)第13頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2電子電壓表中的典型應(yīng)用電路第14頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2電子電壓表中的典型應(yīng)用電路2、均值檢波器的工作原理

以正弦電壓表定的電壓表測(cè)非正弦電壓時(shí)，其示值α無(wú)直接的物理意義，只有把讀數(shù)除以kF后才是被測(cè)電壓的平均值。非正弦電壓換算：

1）求出平均值

2）求出有效值α表頭示值kF正弦波形系數(shù)α’非正弦有效值k’F非正弦波形系數(shù)第15頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2電子電壓表中的典型應(yīng)用電路2、均值檢波器的工作原理均值檢波器的輸入阻抗：

均值檢被器的輸入阻抗很低，因此多用于放大—檢波式電壓表中，前面可加射隨器等阻抗變換裝置。第16頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2電子電壓表中的典型應(yīng)用電路3．均值檢波器的線性補(bǔ)償由于檢波二極管伏安特性的非線性，特別在小信號(hào)檢波時(shí)尤為嚴(yán)重，因而造成表頭刻度起始部分的非線性，為此對(duì)檢波器采取線性補(bǔ)償措施。

簡(jiǎn)單線性補(bǔ)償

利用二極管D5的內(nèi)阻動(dòng)態(tài)變化作補(bǔ)償。電路簡(jiǎn)單，但由于D5的阻尼作用表頭靈敏度降低。

第17頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2電子電壓表中的典型應(yīng)用電路3．均值檢波器的線性補(bǔ)償

級(jí)間負(fù)反饋補(bǔ)償放大器檢波器

利用二極管D1、D2的內(nèi)阻動(dòng)態(tài)變化作補(bǔ)償。

利用放大器的級(jí)間負(fù)反饋，因此補(bǔ)償?shù)姆秶^大。

第18頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2電子電壓表中的典型應(yīng)用電路3．均值檢波器的線性補(bǔ)償

閉環(huán)負(fù)反饋補(bǔ)償

當(dāng)輸入信號(hào)較小時(shí)，由于檢波二極管的非線性，使輸出電流偏小，負(fù)反饋電壓小，放大器增益高。

補(bǔ)償范圍寬、線性好。

第19頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2電子電壓表中的典型應(yīng)用電路4．峰值檢波器的工作原理峰值檢波器是檢波后的直流電壓正比于輸入交流電壓峰值的檢波器。

1）串聯(lián)型峰值檢波器

ux(t)>VT

充電ux(t)<VT

放電輸出幅度Um檢波輸出第20頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2電子電壓表中的典型應(yīng)用電路4．峰值檢波器的工作原理2）并聯(lián)型峰值檢波器峰值檢波器滿足條件0峰值檢波器的輸入電阻

第21頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2電子電壓表中的典型應(yīng)用電路均值檢波器中的負(fù)載就是微安表，其內(nèi)阻較小，為103～104Ω數(shù)量級(jí)，否則檢波靈敏度降低；而在峰值檢波器中，為滿足檢波條件，負(fù)載電阻R應(yīng)盡可能選大，通常在107～108Ω，因此流經(jīng)R的電流很小，不便于串聯(lián)電流表測(cè)量，應(yīng)當(dāng)用高輸入阻抗的直流電壓表來(lái)測(cè)量輸出直流電壓。第22頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2電子電壓表中的典型應(yīng)用電路采用峰值檢波器電子電壓表定度

以正弦電壓的有效值定度，表頭示值即為正弦電壓有效值。

非正弦電壓定度

例：用峰值檢波器測(cè)三角波，示值α＝5V，則其峰值為

α表頭示值kP正弦波峰系數(shù)U有效值UP峰值由于三角波的kp=1.73，則有效值第23頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2組成信號(hào)發(fā)生器的方案四、函數(shù)信號(hào)源可產(chǎn)生低頻的正弦波、方波、三角波、鋸齒波。第24頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2組成信號(hào)發(fā)生器的方案四、函數(shù)信號(hào)源Um比較電位鋸齒波如何產(chǎn)生？第25頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2組成信號(hào)發(fā)生器的方案四、函數(shù)信號(hào)源

正弦波的產(chǎn)生：增加一個(gè)二極管折線整形網(wǎng)絡(luò)。近似模擬曲線的方法，在電路上可利用二極管開(kāi)關(guān)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)。

三角波正弦波第26頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

一、什么是頻率合成器頻率合成器的優(yōu)點(diǎn)：1、頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度高（RC振蕩器）；2、能方便地切換頻率(LC振蕩器)。頻率合成器：把一個(gè)或幾個(gè)高穩(wěn)定度的基準(zhǔn)頻率fr(或稱參考頻率)經(jīng)加減(混頻)、乘(倍頻)、除(分頻)四則運(yùn)算，從而在一定頻率范圍內(nèi)獲得具有許多頻率間隔的離散頻率輸出，各個(gè)輸出信號(hào)的頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度都與fr相同。按產(chǎn)生合成頻率的方法頻率合成器可分為兩類：

直接合成法間接合成法§3合成信號(hào)發(fā)生器第27頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．一階環(huán)的傳輸函數(shù)及頻率特性令F(s)=1，代入到式(2-36)、(2-37)中得S的最高次冪為1，故稱一階環(huán)。從式中可以看出H(s)具有低通特性He(s)具有高通特性。若以jω易換s，得到關(guān)于H(jω)、He(jω)的頻率特性如圖2-17。并得到一階環(huán)的截止頻率和時(shí)間常數(shù)分別為：§3合成信號(hào)發(fā)生器第28頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§3合成信號(hào)發(fā)生器第29頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

H(s)和He(s)的物理意義是：

H(s)能濾除輸入相位θr(t)中的高頻分量，環(huán)路通頻帶ωc越窄，濾波作用越好；

He(s)的高通特性證明θr(t)中的高頻成分將出現(xiàn)在θe(t)中，這是因?yàn)棣萺(t)在環(huán)路之外，因此它的高頻成分不能被濾除。但由VCO產(chǎn)生的相位抖動(dòng)，它的低頻成分在環(huán)路內(nèi)，受到環(huán)路的負(fù)反饋?zhàn)饔枚灰种埂ｍ氈甘镜氖牵涵h(huán)路的低通特性是對(duì)輸入信號(hào)的相位而言，而非對(duì)整體而言。對(duì)輸入信號(hào)相位θr(t)有低通特性，意味著對(duì)輸入信號(hào)的整體有帶通特性。也就是說(shuō)：鎖相環(huán)只允許輸入頻率ωr附近的頻率成分通過(guò)?！?合成信號(hào)發(fā)生器第30頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月六、鎖相頻率合成的基本方案1．倍頻環(huán)倍頻環(huán)(圖2-20)是對(duì)輸入的基準(zhǔn)頻率作乘法運(yùn)算，有脈沖控制環(huán)和數(shù)字環(huán)兩種類型。脈沖控制環(huán)是基準(zhǔn)頻率fr經(jīng)諧波發(fā)生器變成諧波分量豐富的窄脈沖，VCO的頻率fV鎖定在fr的N次諧波上，即fV=Nfr。改變VCO的自由振蕩頻率，就能改變倍頻系數(shù)N。數(shù)字環(huán)是在反饋支路中加入數(shù)字分頻器，鎖定時(shí)，fr=fv/N，則fV=Nfr，改變分頻系數(shù)可改變輸出頻率。

§3合成信號(hào)發(fā)生器第31頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月fiLPFVCOPDfo=Nfi÷N1MHzi10MHzifo/N當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，PD兩輸入信號(hào)的頻率相等，即①根據(jù)PD兩輸入頻率相等列出等式:

fo/N＝fi②從等式中解出輸出頻率:

重點(diǎn)掌握§3合成信號(hào)發(fā)生器第32頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月脈沖倍頻環(huán)LPFVCOPDfo=Nfifi脈沖形成NfiNfi§3合成信號(hào)發(fā)生器第33頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．分頻環(huán)亦有脈沖控制環(huán)和數(shù)字環(huán)之分(圖2—21)，原理同倍頻環(huán)，在鎖定條件下，滿足fr=NfV，則fV=fr/Nfi1MHzLPFVCOPDfo=fi/N100kHz×NNfo①根據(jù)PD兩輸入頻率相等列出等式:fi＝Nfo

②從等式中解出輸出頻率:§3合成信號(hào)發(fā)生器第34頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．混頻環(huán)

是在反饋支路中加入和頻混頻器M+和帶通濾波器BPF(圖2-22)，鎖定時(shí)滿足fi1=fo+fi2,則f0=fi1－fi2。混頻器fi11MHzLPVCOPDfo=|fi1±fi2|=1000-100=900kHzBPFM+fi2=100kHzf0+fi2§3合成信號(hào)發(fā)生器第35頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4．取樣環(huán)利用取樣技術(shù)和鎖相技術(shù)相結(jié)合組成的(圖2-23)。這里關(guān)鍵是采用了具有取樣保持特性的鑒相器?；鶞?zhǔn)頻率fr為脈沖列，VCO頻率fV=mfr為正弦波，m≥1。鎖定時(shí)，VCO輸出fV鎖定在基準(zhǔn)頻率fr的m次諧波上。這表明，取樣環(huán)鎖定條件是基準(zhǔn)頻率fr與VCO頻率fV互為整數(shù)倍，其工作原理可由圖2-24的波形解釋。

§3合成信號(hào)發(fā)生器取樣開(kāi)關(guān)保持器LPFVCO取樣鑒相器frmfr第36頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§3合成信號(hào)發(fā)生器第37頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

若取m=1，(a)中fr、fV相位差為零，取樣點(diǎn)電壓為零，鑒相輸出ud=0；(b)、(c)中fr、fV有一固定相位差，取樣點(diǎn)電壓不為零，這三種情況表明在鎖定時(shí)鑒相器輸出ud為直流分量。當(dāng)fr、fV不為整數(shù)倍時(shí)，環(huán)路失鎖，鑒相器輸出ud為一差拍電壓，圖2-25是fV=2.25fr時(shí)差拍電壓的形成過(guò)程。

§3合成信號(hào)發(fā)生器第38頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

由圖可見(jiàn)，取出的樣品電壓分別是a～e諸點(diǎn)，如將樣品電壓連起來(lái)，其包絡(luò)呈正弦變化的交流差拍電壓，差拍頻率F=fr/4。不難證明，差拍頻率的一般表達(dá)式是式中，fV為CVO的非整數(shù)倍頻率；mfr為最接近fV的整數(shù)倍頻率；fr為基準(zhǔn)頻率。以上所述無(wú)論鎖定還是失鎖，并沒(méi)考慮保持電路。事實(shí)上，保持電路是RC充放電電路，樣品電壓可對(duì)C快速充電，而C不能放電，C上電壓逐漸積累而形成階梯狀。只不過(guò)鎖定時(shí)得到單向階梯電壓，失鎖時(shí)的階梯電壓是正弦狀。用保持電路形成的階梯電壓的優(yōu)點(diǎn)是：大為提高了ud的幅值，提高了信噪比。§3合成信號(hào)發(fā)生器第39頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5．組合環(huán)和多環(huán)合成

1)組合環(huán)一個(gè)典型的組合環(huán)及其輸出頻率，如圖所示。因?yàn)樗訪PFPDfo=—fiVCO÷N2÷N1fiN1N2§3合成信號(hào)發(fā)生器第40頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2)多環(huán)合成單元LPFPDfo1=Nfi1VCO1fi

圖3.27雙環(huán)合成單元VCO2M(-)晶振PDLPF內(nèi)插振蕩器f

i2同軸倍頻環(huán)混頻環(huán)fo2=Nfi1+fi2Nfi1fo1由倍頻環(huán)可得由混頻環(huán)可得:因?yàn)樗?3.22)(3.23)§3合成信號(hào)發(fā)生器第41頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)例分析：十進(jìn)頻率合成器

該頻率合成器中采用了十進(jìn)鎖相合成單元，輸出頻率是采用十進(jìn)數(shù)字盤來(lái)選擇，它可以提供更高的輸出頻率準(zhǔn)確度。目前十進(jìn)頻率合成器已作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率源而獲得廣泛應(yīng)用。（1）十進(jìn)頻率合成器組成五個(gè)DS-1合成單元串接起來(lái)，其輸出頻率被送到合成單元DS-2，得到輸出頻率為21～22MHz,DS-2的輸出加到合成單元DS-4，得到輸出頻率為101～122MHz,合成單元DS-3輸出為101～92MHz，DS-3與DS-4的輸出頻率加到混頻器M進(jìn)行相減，最后得到200Hz～30MHz的輸出頻第42頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DS-10-9×1HzDS-10-9×10HzDS-10-9×100HzDS-10-9×1KHzDS-10-9×10KHzDS-20-9×100KHzDS-40-2×10MHzDS-30-2×1MHz21～22MHz1.2～1.3MHz1.2～1.3MHz1.2～1.3MHz1.2～1.3MHz1.2～1.3MHz≈內(nèi)插振蕩器0～1Hz1.2～1.3MHz9MHz100KHzM（-）101～92MHz101～122MHz200Hz～30MHz×÷5MHz9MHz1MHz100KHz2.5MHzS1S2S3S4S5十進(jìn)鎖相式頻率合成器組成框圖

第43頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)十進(jìn)鎖相合成單元VCOPDLPF1.8～2.7MHz100KHz諧波形成NfiDS-1原理框圖M1（＋）M2（＋）9MHz1.2～1.3MHz基準(zhǔn)后一位合成單元10.2～10.3MHz÷1012～13MHz1.2～1.3MHz倍頻環(huán)1）DS-1合成單元第44頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）DS-2合成單元VCOPDLPF1.8～2.7MHz100KHz諧波形成NfiDS-2原理框圖M1（＋）M2（＋）9MHz1.2～1.3MHz基準(zhǔn)“×10KHz”單元輸出19.2～19.3MHz21～22MHz倍頻環(huán)×218MHz第45頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3）DS-3合成單元VCOPDLPF101～92MHz1MHz諧波形成NfiDS-3原理框圖倍頻環(huán)fi第46頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4）DS-4合成單元PDLPFVCOM（－）DS-2的輸出0：80MHz加法混頻環(huán)21～22MHz101～122MHzDS-4原理框圖基準(zhǔn)倍頻環(huán)5MHzVCOPDLPF諧波形成1：90MHz2：100MHz第47頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.1.2主要技術(shù)指標(biāo)2．掃描速度

掃描速度是指熒光屏上單位時(shí)間內(nèi)光點(diǎn)水平移動(dòng)的距離，單位為“cm/s”。 熒光屏上通常用間隔1cm的坐標(biāo)線作為刻度線，因此掃描速度的單位也可表示為“cm/div”。 掃描速度的倒數(shù)稱為“時(shí)基因素”，它表示單位距離代表的時(shí)間，單位為“t/cm”或“t/div”，時(shí)間t可為μs、ms或s，在示波器的面板上，通常按“1、2、5”的順序分成很多檔。第48頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2CRT顯示原理

3.2.1CRT

CRT主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成，基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。

第49頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2波形顯示的基本原理

1．顯示隨時(shí)間變化的圖形（1）Ux、Uy為固定電壓時(shí)，有下面四種情況：

光點(diǎn)出現(xiàn)在熒光屏的中心位置。

光點(diǎn)僅在垂直方向偏移：Uy為正電壓時(shí)，光點(diǎn)從熒光屏的中心往垂直方向上移；Uy為負(fù)電壓時(shí)，光點(diǎn)從熒光屏的中心往垂直方向下移。

第50頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2波形顯示的基本原理1．顯示隨時(shí)間變化的圖形（續(xù)）光點(diǎn)僅在水平方向偏移：Ux為正電壓時(shí)，光點(diǎn)從熒光屏的中心往水平方向右移；Ux為負(fù)電壓時(shí)，光點(diǎn)從熒光屏的中心往水平方向左移。

當(dāng)兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上同時(shí)加固定的正電壓時(shí)，光點(diǎn)位置應(yīng)為兩電壓的矢量合成。第51頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2波形顯示的基本原理1．顯示隨時(shí)間變化的圖形（續(xù)）（2）X、Y偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓，有下面兩種情況：僅在垂直偏轉(zhuǎn)板的兩板間加正弦變化的電壓，則光點(diǎn)只在熒光屏的垂直方向來(lái)回移動(dòng)，出現(xiàn)一條垂直線段。第52頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2波形顯示的基本原理1．顯示隨時(shí)間變化的圖形（續(xù)）僅在水平偏轉(zhuǎn)板的兩板間加鋸齒電壓，則光點(diǎn)只在熒光屏的水平方向來(lái)回移動(dòng)，出現(xiàn)一條水平線段。第53頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2波形顯示的基本原理1．顯示隨時(shí)間變化的圖形（續(xù)）（3）Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓，熒光屏上將顯示出被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的一個(gè)周期的波形曲線。

第54頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2波形顯示的基本原理2．顯示任意兩個(gè)變量之間的關(guān)系

示波器兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板上都加正弦電壓時(shí)顯示的圖形稱為李沙育（Lissajous）圖形，這種圖形在相位和頻率測(cè)量中常會(huì)用到。

若兩信號(hào)的初相相同，且在X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，在熒光屏上畫(huà)出一條與水平軸呈45度角的直線。

第55頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2波形顯示的基本原理2．顯示任意兩個(gè)變量之間的關(guān)系（續(xù)）若兩信號(hào)的初相相差90度，且在X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，在熒光屏上畫(huà)出的圖形為圓。第56頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2波形顯示的基本原理3．掃描的概念

如果在X偏轉(zhuǎn)板上加一個(gè)隨時(shí)間線性變化的電壓，垂直偏轉(zhuǎn)板不加電壓，那么光點(diǎn)在水平方向的偏移距離為，比例系數(shù)Sx稱為示波管的X軸偏轉(zhuǎn)靈敏度。光點(diǎn)在鋸齒波作用下掃動(dòng)的過(guò)程稱為“掃描”，能實(shí)現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓稱為掃描電壓，光點(diǎn)自左向右的連續(xù)掃動(dòng)稱為“掃描正程”，自熒光屏的右端迅速返回左端起掃點(diǎn)的過(guò)程稱為“掃描逆程”。

第57頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2波形顯示的基本原理4．同步的概念

（1）Tx=nTy(n為正整數(shù))：熒光屏上將穩(wěn)定顯示n個(gè)周期的被測(cè)信號(hào)波形。

n=2如果掃描電壓周期Tx與被測(cè)電壓周期Ty保持Tx=nTy的關(guān)系，則稱掃描電壓與被測(cè)電壓“同步”。

第58頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2波形顯示的基本原理4．同步的概念（續(xù)）（2）Tx≠nTy(n為正整數(shù))，即不滿足同步關(guān)系時(shí)，顯示的波形不穩(wěn)定。

第59頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2波形顯示的基本原理5．連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描掃描電壓是連續(xù)的方式稱為連續(xù)掃描。當(dāng)欲觀測(cè)脈沖信號(hào)，尤其是占空比很小的脈沖時(shí)，采用連續(xù)掃描存在一些問(wèn)題：選擇掃描周期等于脈沖重復(fù)周期時(shí)，難以看清脈沖波形的細(xì)節(jié)。

第60頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2波形顯示的基本原理5．連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描（續(xù)）選擇掃描周期等于脈沖底寬時(shí)，觀測(cè)者不易觀察波形，而且掃描的同步很難實(shí)現(xiàn)。

第61頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2波形顯示的基本原理5．連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描（續(xù)）觸發(fā)掃描時(shí)，使掃描脈沖只在被測(cè)脈沖到來(lái)時(shí)才掃描一次；沒(méi)有被測(cè)脈沖時(shí)，掃描發(fā)生器處于等待工作狀態(tài)。第62頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2波形顯示的基本原理6．掃描過(guò)程的增輝為了使回掃產(chǎn)生的波形不在熒光屏上顯示，可以設(shè)法在掃描正程期間，給示波器增輝。

若不增輝將產(chǎn)生如圖的回掃線第63頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.3.4通用示波器的其他電路

1．高、低壓電源

—分別用于示波器的高、中壓和直流供電。2．Z軸的增輝與調(diào)輝

—增輝：將閘門信號(hào)放大，使顯示的波形正程加亮?！{(diào)輝：加外調(diào)制信號(hào)或時(shí)標(biāo)信號(hào)，使屏幕顯示的波形發(fā)生相應(yīng)地變化。3．校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器

—可產(chǎn)生幅度和頻率準(zhǔn)確的基準(zhǔn)方波信號(hào)，為儀器本身提供校準(zhǔn)信號(hào)源。

第64頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.6.3用示波器測(cè)量電壓

1．直流電壓的測(cè)量

（1）測(cè)量原理

利用被測(cè)電壓在屏幕上呈現(xiàn)的直線偏離時(shí)間基線（零電平線）的高度與被測(cè)電壓的大小成正比的關(guān)系進(jìn)行的。

為被測(cè)直流電壓值，h為被測(cè)直流信號(hào)線的電壓偏離零電平線的高度；為示波器的垂直靈敏度，k為探頭衰減系數(shù)。第65頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.6.3用示波器測(cè)量電壓1．直流電壓的測(cè)量（續(xù)）（2）測(cè)量方法

1）將示波器的垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度微調(diào)旋鈕置于校準(zhǔn)位置（CAL）。2）將待測(cè)信號(hào)送至示波器的垂直輸入端。3）確定零電平線。4）將示波器的輸入耦合開(kāi)關(guān)撥向“DC”檔，確定直流電壓的極性。5）讀出被測(cè)直流電壓偏離零電平線的距離h。

6）計(jì)算被測(cè)直流電壓值。

第66頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.6.3用示波器測(cè)量電壓1．直流電壓的測(cè)量（續(xù)）例7-1示波器測(cè)直流電壓及垂直靈敏度開(kāi)關(guān)示意圖如圖所示，h=4cm、V/cm、若k=10：1，求被測(cè)直流電壓值。

(V)第67頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.6.3用示波器測(cè)量電壓2．交流電壓的測(cè)量

（1）測(cè)量原理為被測(cè)交流電壓值（峰-峰值）；h為被測(cè)交流電壓波峰和波谷的高度或任意兩點(diǎn)間的高度；為示波器的垂直靈敏度；為探頭衰減系數(shù)。（2）測(cè)量方法

垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度微調(diào)旋鈕置于校準(zhǔn)位置；接入待測(cè)信號(hào)；輸入耦合開(kāi)關(guān)置于“AC”

；調(diào)節(jié)掃描速度使波形穩(wěn)定顯示；調(diào)節(jié)垂直靈敏度開(kāi)關(guān)；讀出被測(cè)交流電壓波峰和波谷的高度；計(jì)算被測(cè)交流電壓的峰-峰值。第68頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.6.3用示波器測(cè)量電壓2．交流電壓的測(cè)量（續(xù)）例7-2示波器正弦電壓如圖所示，h=8cm、V/cm、若K=1：1，求被測(cè)正弦信號(hào)的峰-峰值和有效值。正弦信號(hào)的峰-峰值為正弦信號(hào)的有效值為V第69頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.6.5用示波器測(cè)量相位

1．用雙蹤示波法測(cè)量相位

將欲測(cè)量的兩個(gè)信號(hào)A和B分別接到示波器的兩個(gè)輸入通道。利用熒光屏上的坐標(biāo)測(cè)出信號(hào)的一個(gè)周期在水平方向上所占的長(zhǎng)度。再測(cè)量?jī)刹ㄐ紊蠈?duì)應(yīng)點(diǎn)之間的水平距離x，則兩信號(hào)的相位差為第70頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.6.5用示波器測(cè)量相位1．用雙蹤示波法測(cè)量相位（續(xù)）

用這種方法測(cè)相位差時(shí)應(yīng)該注意，只能用其中一個(gè)波形去觸發(fā)另一路信號(hào)。

第71頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.6.5用示波器測(cè)量相位2．用李沙育圖形法測(cè)量頻率或相位

（1）測(cè)量頻率

示波器工作于X-Y方式下，將頻率已知的信號(hào)與頻率未知的信號(hào)加到示波器的兩個(gè)輸入端，調(diào)節(jié)已知信號(hào)的頻率，使熒光屏上得到李沙育圖形，由此可測(cè)出被測(cè)信號(hào)的頻率。和分別為水平線、垂直線與李沙育圖形的交點(diǎn)數(shù)；、分別為示波器Y和X信號(hào)的頻率。李沙育圖形存在關(guān)系：第72頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.6.5用示波器測(cè)量相位2．用李沙育圖形法測(cè)量頻率或相位（續(xù)） 例7-4如圖所示的李沙育圖形，已知X信號(hào)頻率為6MHz，問(wèn)Y信號(hào)的頻率是多少？

或MHz

MHz第73頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.6.5用示波器測(cè)量相位2．用李沙育圖形法測(cè)量頻率或相位（續(xù)）

（2）測(cè)量相位差把比較相位差的兩個(gè)頻率、同幅度的正弦信號(hào)分別送入示波器的Y通道和X通道，使示波器工作在X-Y方式，這時(shí)示波器的屏幕上會(huì)顯示出橢圓波形，由橢圓上的坐標(biāo)可求得兩信號(hào)的相位差為

第74頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.6.5用示波器測(cè)量相位2．用李沙育圖形法測(cè)量頻率或相位（續(xù)）

（2）測(cè)量相位差第75頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.2.2電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量功能一、頻率測(cè)量

◆原理：計(jì)數(shù)器嚴(yán)格按照的定義實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量。 根據(jù)上式的頻率定義，T為采樣時(shí)間，N為T內(nèi)的周期數(shù)。采樣時(shí)間T預(yù)先由閘門時(shí)間Ts確定（時(shí)基頻率為fs）。則或 該式表明，在數(shù)字化頻率測(cè)量中，可用計(jì)數(shù)值N表示fx。它體現(xiàn)了數(shù)字化頻率測(cè)量的比較法測(cè)量原理。◆例如：閘門時(shí)間Ts=1s，若計(jì)數(shù)值N=10000，則顯示的fx為“10000”Hz，或“10.000”kHz。如閘門時(shí)間Ts=0.1s，則計(jì)數(shù)值N=1000，則顯示的fx為“10.00”kHz。請(qǐng)注意：顯示結(jié)果的有效數(shù)字末位的意義，它表示了頻率測(cè)量的分辨力（應(yīng)等于時(shí)基頻率fs）。第76頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、頻率測(cè)量原理框圖和工作波形圖（fx由A通道輸入，內(nèi)部時(shí)基）為便于測(cè)量和顯示，計(jì)數(shù)器通常為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，多檔閘門時(shí)間設(shè)定為10的冪次方，這樣可直接顯示計(jì)數(shù)結(jié)果，并通過(guò)移動(dòng)小數(shù)點(diǎn)和單位的配合，就可得到被測(cè)頻率。測(cè)量速度與分辨力：閘門時(shí)間Ts為頻率測(cè)量的采樣時(shí)間，Ts愈大，則測(cè)量時(shí)間愈長(zhǎng)，但計(jì)數(shù)值N愈大，分辨力愈高。TB放大、整形閘門門控電路計(jì)數(shù)顯示Afx分頻電路時(shí)基Ts第77頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.2.2電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量功能二、頻率比的測(cè)量◆原理：實(shí)際上，前述頻率測(cè)量的比較測(cè)量原理就是一種頻率比的測(cè)量：fx對(duì)fs的頻率比。 據(jù)此，若要測(cè)量fA對(duì)fB的頻率比（假設(shè)fA>fB），只要用fB的周期TB作為閘門，在TB時(shí)間內(nèi)對(duì)fA作周期計(jì)數(shù)即可?！舴椒ǎ篺A對(duì)fB分別由A、B兩通道輸入，如下圖。

第78頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月◆注意：頻率較高者由A通道輸入，頻率較低者由B通道輸入?！籼岣哳l率比的測(cè)量精度： 擴(kuò)展B通道信號(hào)的周期個(gè)數(shù)。

例如：以B通道信號(hào)的10個(gè)周期作為閘門信號(hào)，則計(jì)數(shù)值為：,即計(jì)數(shù)值擴(kuò)大了10倍，相應(yīng)的測(cè)量精度也就提高了10倍。為得到真實(shí)結(jié)果，需將計(jì)數(shù)值N縮小10倍（小數(shù)點(diǎn)左移1位），即◆應(yīng)用：可方便地測(cè)得電路的分頻或倍頻系數(shù)。二、頻率比的測(cè)量第79頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、周期的測(cè)量◆原理：“時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)法”周期測(cè)量。 對(duì)被測(cè)周期Tx，用已知的較小單位時(shí)間刻度T0（“時(shí)標(biāo)”）去量化，由Tx所包含的“時(shí)標(biāo)”數(shù)N即可得到Tx。即 該式表明，“時(shí)標(biāo)”的計(jì)數(shù)值N可表示周期Tx。也體現(xiàn)了時(shí)間間隔（周期）的比較測(cè)量原理?！魧?shí)現(xiàn)：由Tx得到閘門；在Tx內(nèi)計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)。

——Tx由B通道輸入，內(nèi)部時(shí)標(biāo)信號(hào)由A通道輸入（A通道外部輸入斷開(kāi)）。4.2.2電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量功能第80頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月◆原理框圖：◆例如：時(shí)標(biāo)T0=1us，若計(jì)數(shù)值N=10000，則顯示的Tx為“10000”us，或“10.000”ms。如時(shí)標(biāo)T0=10us，則計(jì)數(shù)值N=1000，顯示的Tx為“10.00”ms。請(qǐng)注意：顯示結(jié)果的有效數(shù)字末位的意義，它表示了周期測(cè)量的分辨力（應(yīng)等于時(shí)標(biāo)T0

）。為便于顯示，多檔時(shí)標(biāo)設(shè)定為10的冪次方?！魷y(cè)量速度與分辨力：一次測(cè)量時(shí)間即為一個(gè)周期Tx，Tx愈大(頻率愈低)則測(cè)量時(shí)間愈長(zhǎng)；計(jì)數(shù)值N與時(shí)標(biāo)有關(guān)，時(shí)標(biāo)愈小分辨力愈高。三、周期的測(cè)量第81頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、時(shí)間間隔的測(cè)量◆時(shí)間間隔：指兩個(gè)時(shí)刻點(diǎn)之間的時(shí)間段。在測(cè)量技術(shù)中，兩個(gè)時(shí)刻點(diǎn)通常由兩個(gè)事件確定。如，一個(gè)周期信號(hào)的兩個(gè)同相位點(diǎn)（如過(guò)零點(diǎn)）所確定的時(shí)間間隔即為周期?！魞蓚€(gè)事件的例子及測(cè)量參數(shù)還有：

同一信號(hào)波形上兩個(gè)不同點(diǎn)之間脈沖信號(hào)參數(shù)； 兩個(gè)信號(hào)波形上，兩點(diǎn)之間相位差的測(cè)量； 手動(dòng)觸發(fā)定時(shí)、累加計(jì)數(shù)?！?/p>

測(cè)量方法：由兩個(gè)事件觸發(fā)得到起始信號(hào)和終止信號(hào)，經(jīng)過(guò)門控雙穩(wěn)態(tài)電路得到“門控信號(hào)”，門控時(shí)間即為被測(cè)的時(shí)間間隔。在門控時(shí)間內(nèi)，仍采用“時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)”方法測(cè)量（即所測(cè)時(shí)間間隔由“時(shí)標(biāo)”量化）。 4.2.2電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量功能第82頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、時(shí)間間隔的測(cè)量原理框圖 欲測(cè)量時(shí)間間隔的起始、終止信號(hào)分別由B、C通道輸入。時(shí)標(biāo)由機(jī)內(nèi)提供。如下圖。第83頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月◆

觸發(fā)極性選擇和觸發(fā)電平調(diào)節(jié)：為增加測(cè)量的靈活性，B、C輸入通道都設(shè)置有觸發(fā)極性(+、-)和觸發(fā)電平調(diào)節(jié)，以完成各種時(shí)間間隔的測(cè)量。如下圖的脈沖參數(shù)測(cè)量。VBVc起始停止開(kāi)門時(shí)間C＋(50%)B＋(50%)起始停止開(kāi)門時(shí)間VBVcB＋(50%)C-(50%)(50%)－

B+(50%)

C+(50%)

－(50%)

C＋(90%)閘門信號(hào)關(guān)門信號(hào)開(kāi)門信號(hào)B＋(10%)四、時(shí)間間隔的測(cè)量第84頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、時(shí)間間隔的測(cè)量相位差的測(cè)量利用時(shí)間間隔的測(cè)量，可以測(cè)量?jī)蓚€(gè)同頻率的信號(hào)之間的相位差。兩個(gè)信號(hào)分別由B、C通道輸入，并選擇相同的觸發(fā)極性和觸發(fā)電平。測(cè)量原理如下圖：為減小測(cè)量誤差，分別取

+、-觸發(fā)極性作兩次測(cè)量， 得到t1、t2再取平均，則第85頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.2.2電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量功能五、自檢（自校）◆功能：檢驗(yàn)儀器內(nèi)部電路及邏輯關(guān)系是否正常?！魧?shí)現(xiàn)方法：為判斷自檢結(jié)果是否正確，該結(jié)果應(yīng)該在自檢實(shí)施前即是已知的。為此，用機(jī)內(nèi)的時(shí)基Ts（閘門信號(hào)）對(duì)時(shí)標(biāo)T0計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù)結(jié)果應(yīng)為：◆自檢的方框圖：◆例如：若選擇Ts=10ms, T0=1us,則自檢顯示應(yīng) 穩(wěn)定在N=10000?！糇詸z不能檢測(cè)內(nèi)部基準(zhǔn)源。放大、整形晶振放大、整形閘門計(jì)數(shù)器顯示門控電路分頻電路T0Tx第86頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5．2．2A/D轉(zhuǎn)換原理A/D轉(zhuǎn)換器分類積分式：雙積分式、三斜積分式、脈沖調(diào)寬（PWM）式、電壓-頻率（V-F）變換式等。非積分式：斜波電壓（線性斜波、階梯斜波）式、比較式（逐次逼近式、零平衡式）等。1）逐次逼近比較式ADC基本原理：將被測(cè)電壓和一可變的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行逐次比較，最終逼近被測(cè)電壓。即采用一種“對(duì)分搜索”的策略，逐步縮小Vx未知范圍的辦法。假設(shè)基準(zhǔn)電壓為Vr=10V，為便于對(duì)分搜索，將其分成一系列（相差一半）的不同的標(biāo)準(zhǔn)值。Vr可分解為：第87頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）逐次逼近比較式ADC上式表示，若把Vr不斷細(xì)分（每次取上一次的一半）足夠小的量，便可無(wú)限逼近，當(dāng)只取有限項(xiàng)時(shí)，則項(xiàng)數(shù)決定了其逼近的程度。如只取前4項(xiàng)，則

其逼近的最大誤差為9.375V-10V=-0.625V，相當(dāng)于最后一項(xiàng)的值?，F(xiàn)假設(shè)有一被測(cè)電壓Vx＝8.5V，若用上面表示Vr的4項(xiàng)5V、2.5V、1.25V、0.625V來(lái)“湊試”逼近Vx，逼近過(guò)程如下：第88頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）逐次逼近比較式ADCVx＝5V （首先，取5V項(xiàng)，由于5V<8.5V，則保留該項(xiàng)，記為數(shù)字’1’）+2.5V（再取2.5V項(xiàng)，此時(shí)5V+2.5V<8.5V，則保留該項(xiàng)，記為數(shù)字’1’）+0V （再取1.25V項(xiàng)，此時(shí)5V+2.5V+1.25V>8.5V，則應(yīng)去掉該項(xiàng)，

記為數(shù)字’0’）+0.625V（再取0.625V項(xiàng)，此時(shí)5V+2.5V+0.625V<8.5V，則保留該項(xiàng)，

記為數(shù)字’1’）≈8.125V（得到最后逼近結(jié)果）總結(jié)上面的逐次逼近過(guò)程可知，從大到小逐次取出Vr的各分項(xiàng)值，按照“大者去，小者留”的原則，直至得到最后逼近結(jié)果，其數(shù)字表示為’1101’。第89頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）逐次逼近比較式ADC上述逼近結(jié)果與Vx的誤差為8.125V－8.5V＝－0.375V。顯然，當(dāng)Vx＝(7.8125V～8.4375V)之間時(shí)，采用上面Vr的4個(gè)分項(xiàng)逼近的結(jié)果相同，均為8.125V，其誤差為ΔVx＝(－0.3125V～＋0.3125V)，最大誤差限相當(dāng)于Vr最后一個(gè)分項(xiàng)的一半，即V。上述逐次逼近比較過(guò)程表示了該類A/D轉(zhuǎn)換器的基本工作原理。它類似天平稱重的過(guò)程，Vr的各分項(xiàng)相當(dāng)于提供的有限“電子砝碼”，而Vx是被稱量的電壓量。逐步地添加或移去電子砝碼的過(guò)程完全類同于稱重中的加減法碼的過(guò)程，而稱重結(jié)果的精度取決于所用的最小砝碼。第90頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）逐次逼近比較式ADC原理框圖第91頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）逐次逼近比較式ADC圖中，SAR（SuccessiveApproximationRegister）為逐次逼近移位寄存器，SAR在時(shí)鐘CLK作用下，對(duì)比較器的輸出（0或1）每次進(jìn)行一次移位，移位輸出將送到D/A轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果再與Vx比較。SAR的最后輸出即是A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，用數(shù)字量N表示。最后的D/A轉(zhuǎn)換器輸出已最大限度逼近了Vx，且有

式中，N——A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量，n——A/D位數(shù)， Vr——參考電壓，Vx——A/D輸入電壓 上式還可寫(xiě)成：Vx=eN，e=Vr/2n稱為A/D轉(zhuǎn)換器的刻度系數(shù)，單位為“V/字”，表示了A/D轉(zhuǎn)換器的分辨力。第92頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）逐次逼近比較式ADC刻度系數(shù)也表示了A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的每個(gè)“字”（1LSB）代表的電壓量。它是逼近時(shí)可用的最小“電子砝碼”。如上面Vx＝8.5V，Vr＝10V，當(dāng)用Vr的4個(gè)分項(xiàng)逼近時(shí)（相當(dāng)于4位A/D轉(zhuǎn)換器），A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果為N＝（1101）2＝13，即單片集成逐次比較式ADC。常見(jiàn)的產(chǎn)品有8位的ADC0809，12位的ADC1210和16位的AD7805等。

2）單斜式ADC非積分V-T式A/D轉(zhuǎn)換。原理如下圖（a.原理框圖，b.波形圖）：第93頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）單斜式ADC原理框圖第94頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）單斜式ADC波形圖第95頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）單斜式ADC工作原理斜波發(fā)生器：通常由積分器對(duì)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓Vr積分產(chǎn)生，斜率為：(式中RC為積分電阻和電容)斜波發(fā)生器產(chǎn)生斜波電壓與輸入比較器（Vx）和接地（0V）比較器比較。比較器的輸出觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，得到時(shí)間為T的門控信號(hào)。在門控時(shí)間T內(nèi)，計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，即T=NT0，T0為時(shí)鐘信號(hào)周期。計(jì)數(shù)結(jié)果N即表示了A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量結(jié)果。即 (式中，k為斜波電壓的斜率，單位為V/秒)第96頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）單斜式ADC工作原理將代入得， 式中， 為定值，于是， 即，可用計(jì)數(shù)結(jié)果的數(shù)字量N表示輸入電壓Vx。誤差分析斜波電壓的線性和穩(wěn)定性、門控時(shí)間的測(cè)量精度。比較器的漂移和死區(qū)電壓。一般精度較低。特點(diǎn)、應(yīng)用第97頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）單斜式ADC特點(diǎn)、應(yīng)用線路簡(jiǎn)單，成本低。轉(zhuǎn)換速度：門控時(shí)間T即為單斜式ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間，取決于斜波電壓的斜率，并與被測(cè)電壓值有關(guān)，在滿量程時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)，即轉(zhuǎn)換速度最慢?？蓱?yīng)用于精度和速度要求不高的DVM中。[例]設(shè)一臺(tái)基于單斜A/D轉(zhuǎn)換器的4位DVM，基本量程為10V，斜波發(fā)生器的斜率為10V/100ms，試計(jì)算時(shí)鐘信號(hào)頻率。若計(jì)數(shù)值N=5123，則被測(cè)電壓值是多少？[解]4位DVM即具有4位數(shù)字顯示，亦即計(jì)數(shù)器的最大值為9999。第98頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）單斜式ADC

滿量程10V（即A/D轉(zhuǎn)換器允許輸入的最大電壓為10V），又，斜波發(fā)生器的斜率為10V/100ms，則在滿量程10V時(shí)，所需的A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間即門控時(shí)間為100ms。即在100ms內(nèi)計(jì)數(shù)器的脈沖計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)為10000（最大計(jì)數(shù)值為9999）。于是，時(shí)鐘信號(hào)頻率為若計(jì)數(shù)值N=5123，則門控時(shí)間為又由斜率k=10V/100ms，即可得被測(cè)電壓為顯然，計(jì)數(shù)值即表示了被測(cè)電壓的數(shù)值，而顯示的小數(shù)點(diǎn)位置與選用的量程有關(guān)。第99頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3）雙積分式ADC

基本原理：通過(guò)兩次積分過(guò)程(“對(duì)被測(cè)電壓的定時(shí)積分和對(duì)參考電壓的定值積分”)的比較，得到被測(cè)電壓值。原理框圖包括積分器、過(guò)零比較器、計(jì)數(shù)器及邏輯控制電路。下圖a.原理框圖，b.工作波形圖。第100頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第101頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3）雙積分式ADC工作過(guò)程復(fù)零階段（t0~t1）。開(kāi)關(guān)S2接通T0時(shí)間，積分電容C短接，使積分器輸出電壓Vo回到零（Vo=0）。對(duì)被測(cè)電壓定時(shí)積分(t1~t2)。接入被測(cè)電壓（設(shè)Vx為正），則積分器輸出Vo從零開(kāi)始線性地負(fù)向增長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)規(guī)定的時(shí)間T1，Vo達(dá)到最大Vom，

式中，為Vx的平均值，為積分波形的斜率(定值)

對(duì)參考電壓反向定值積分(t2~t3)。接入?yún)⒖茧妷?若Vx為正，則接入-Vr)，積分器輸出Vo從Vom開(kāi)始線性地正向增長(zhǎng)(與Vx的積分方向相反)直至零。第102頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3）雙積分式ADC此時(shí)，過(guò)零比較器翻轉(zhuǎn)。經(jīng)歷的反向積分時(shí)間為T2，則有：將Vom代入可得：由于T1、T2是通過(guò)對(duì)同一時(shí)鐘信號(hào)（設(shè)周期T0）計(jì)數(shù)得到（設(shè)計(jì)數(shù)值分別為N1、N2），即T1=N1T0，T2=N2T0，于是或

式中，為A/D轉(zhuǎn)換器的刻度系數(shù)（“V/字”）。可見(jiàn)計(jì)數(shù)結(jié)果N2（數(shù)字量）即可表示被測(cè)電壓Vx，N2即為雙積分A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。第103頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3）雙積分式ADC雙積分式ADC特點(diǎn)：基于V-T變換的比較測(cè)量原理。一次測(cè)量包括3個(gè)連續(xù)過(guò)程，所需時(shí)間為T0+T1+T2，其中，T0、T1是固定的，T2則與被測(cè)電壓Vx有關(guān)，Vx愈大T2愈大。一般轉(zhuǎn)換時(shí)間在幾十ms~幾百ms，（轉(zhuǎn)換速度為幾次/秒~幾十次/秒），其速度是較低的，常用于高精度慢速測(cè)量的場(chǎng)合。積分器的R、C元件對(duì)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生影響，因而對(duì)元件參數(shù)的精度和穩(wěn)定性要求不高。參考電壓Vr的精度和穩(wěn)定性對(duì)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果有影響，一般需采用精密基準(zhǔn)電壓源。（例如，一個(gè)16bit的A/D轉(zhuǎn)換器，其分辨率1LSB=1/216=1/65536≈15×10-6，那么，要求基準(zhǔn)電壓源的穩(wěn)定性（主要為溫度漂移）優(yōu)于15ppm（即百萬(wàn)分之15））。第104頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3）雙積分式ADC雙積分式ADC特點(diǎn)：比較器要求具有較高的電壓分辨力（靈敏度）和時(shí)間分辨力（響應(yīng)帶寬）。如一個(gè)6位的A/D轉(zhuǎn)換器，若滿度時(shí)積分器輸出電壓為10V，則ADC的1LSB=10V/106=10uV，則要求比較器的靈敏度優(yōu)于10uV。響應(yīng)帶寬則決定了比較器及時(shí)響應(yīng)積分器輸出信號(hào)快速（斜率較陡峭）過(guò)零時(shí)的能力。積分器響應(yīng)的是輸入電壓的平均值，因而具有較好的抗干擾能力。如輸入電壓vx=Vx+vsm，則T1階段結(jié)束時(shí)積分器的輸出為DVM的最大干擾來(lái)自于電網(wǎng)50Hz工頻電壓（周期為20ms），因此，只要選擇T1時(shí)間為20ms的整倍數(shù)，則干擾信號(hào)vsm的平均值為零。第105頁(yè)，課件共117頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5．4數(shù)字電壓表測(cè)量不確定度及

自動(dòng)校準(zhǔn)、自動(dòng)量程技術(shù)

5．4．1DVM的誤差分析1）DVM的整體誤差包括固有誤差和附加誤差。（需誤差合成）。固有誤差表示在一定測(cè)量條件下DVM本身所固有的誤差，它反映了DVM的性能指標(biāo)。附加誤差指測(cè)量環(huán)境的變化（如溫度漂移）和測(cè)量條件（如被測(cè)電壓的等效信號(hào)源內(nèi)阻）所引起的測(cè)量誤差。固有誤差或式中，和或n字分別為讀數(shù)誤差和滿度誤差。第106頁(yè)，課件共117頁(yè)