電子測量技術 第3版 第5章 電壓測量技術

5.1概述

5.2模擬式電子電壓表

4.3數(shù)字電子電壓表

4.4電子電壓表的使用方法

第5章電壓測量技術5.1概述

5.1.1電子電路中電壓的特點

5.1.2交流電壓的基本參數(shù)

5.1.3電子電壓表的分類4.1概述電壓測量是電子電路測量的一個重要內容。是許多電參量測量的基礎。在科學實驗中、生產及儀器設備的檢修和調試中，采用普通的電工儀表是不能進行有效測量的，必須借助于電子電壓表來進行測量。本章將討論模擬式和數(shù)字式兩種電子電壓表，它們是應用最廣泛的電壓測量儀器。1．頻率范圍寬電子電路中電壓的頻率可以從直流到數(shù)百MHz范圍內變化。而單純50Hz的電壓是很少的。不同頻率的電壓量就要用相應的電壓表去測量。談到電壓的測量，很多人會首先想到萬用表。的確，萬用表的應用是很廣泛的，但是在電子電路中它往往是不能適應的。電子電路中的電壓具有如下特點：5.1.1電子電路中電壓的特點2．電壓范圍廣被測電壓的量值范圍是選定電壓測量儀器量程范圍的依據(jù)。通常，電子電路中的電壓值的下限低至ns數(shù)量級，而上限高至幾十kV左右。這就要求所使用的電壓測量儀器依測量電壓的量值進行不同電壓表的選擇。3．等效電阻高電壓測量儀器的輸入電阻就是被測電路的額外負載，為了減小儀器的接入對被測電路的影響，要求其具有較高的輸入電阻。4．波形多種多樣電子電路中除了正弦波電壓外，還有大量的非正弦電壓。這時，從普通指示儀表度盤上直接獲得的示值往往含有較大的波形誤差。另外，被測的電壓中往往是交流與直流并存，甚至還串入一些噪聲干擾等不需要測量的成份。這需要在測量中加以區(qū)分。電子電路中電壓量的測量，通常屬于工程測量，只要求有一定的精確度即可。但有些場合，要求有較高的精確度。具體測量要識具體情況現(xiàn)而定。5.1.2交流電壓的基本參數(shù)

描述交流電壓的基本參數(shù)有：峰值、平均值和有效值。

1．峰值任一個交變電壓在所觀察的時間內或一個周期性信號在一個周期內偏離零電平的最大電壓瞬時值稱為峰值，通常，用表示。如果電壓波形是雙極性的，且不對稱，則正峰值和負峰值是不同的，如圖5-1（a）所示。任一個交變電壓在所觀察的時間內或一個周期性信號在一個周期內偏離直流分量的最大值稱為幅值或振幅，用表示，正、負幅值不等時分別用和表示，如圖5-1（b）所示，圖中=0，且正、負幅值相等。圖5-1交流電壓的峰值

2．平均值任何一個周期性信號u(t)，在一周期內電壓的平均大小稱為平均值，通常，用表示。平均值的數(shù)學表達式為：

在交流電壓測量中，平均值指檢波之后的平均值，故又可分為半波平均值及全波平均值。3．有效值任何一個交流電壓，通過某純電阻所產生的熱量與一個直流電壓在同樣情況下產生的熱量相同時，該直流電壓的數(shù)值即為交流電壓的有效值，通常，用Urms表示。有效值的數(shù)學表達式為當不特別指明時，交流電壓的值就是指它的有效值，而且各類電壓表的示值都是按有效值刻度的。4.波形因數(shù)和波峰因數(shù)為了表征同一信號的峰值、有效值及平均值的關系，引入了波形因數(shù)和波峰因數(shù)。波形因數(shù)：交流電壓的有效值與平均值之比，通常，用表示，即波峰因數(shù)：交流電壓峰值與有效值之比，通常，用表示，即電子電壓表的類型很多，一般按測量結果的顯示方式將它們分為模擬式電子電壓表和數(shù)字式電子電壓表。

5.1.3電子電壓表的分類

1．模擬式電子電壓表

模擬式電子電壓表，一般是用磁電式電流表頭作為指示器。由于磁電式電流表只能測量直流電流，測量直流電壓時，可直接經放大或經衰減后變成一定量的直流電流驅動直流表頭的指針偏轉指示其大?。粶y量交流電壓時，須經過交流-直流變換器，將被測交流電壓先轉換成與之成比例的直流電壓后，再進行直流電壓的測量。

在模擬式電子電壓表中，大都采用整流的方法將交流信號轉換成直流信號，然后通過直流表頭指示讀數(shù)，這種方法稱為檢波法；另外還有熱電偶轉換法和公式轉換法等。根據(jù)電子電壓表電路組成方式的不同，模擬式電子電壓表又有不同類型，下面介紹幾種典型的類型。⑴放大-檢波式放大-檢波式電子電壓表，是先將被測信號進行放大，再進行檢波，然后通過直流表頭指示讀數(shù)，如圖4-2所示。

其中放大電路一般采用多級寬帶交流放大器，靈敏度很高，可測幾十～幾百微伏左右的電壓，頻率上限可達10MHz；交直流轉換器常采用平均值檢波器。這種類型的電子電壓表常稱為“毫伏表”。檢波衰減交流放大μA圖5-2檢波-放大式電子電壓表的原理框圖⑵檢波-放大式檢波放大式電子電壓表對被測交流電壓采取了先檢波后放大的方法，故頻率范圍、輸入阻抗等都主要取決于檢波器。如果應用超高頻檢波二極管檢波，則頻率范圍可達20Hz~1GHz。因此，這類電壓表也稱為“超高頻電子電壓表”。原理框圖如5-3所示。檢波-放大式電子電壓表的交直流轉換器采用了峰值檢波器。檢波衰減直流放大μA圖5-3檢波-放大式電子電壓表原理框圖⑶熱電轉換式和公式法熱電轉換式通過熱電偶將交流電有效值轉換成直流電壓值，這種方法的優(yōu)點是沒有波形誤差，但是有熱慣性,頻帶不寬。公式法是利用有效值公式進行轉換。經過模擬平方器、積分器、開方器等轉換環(huán)節(jié)。這種方法，頻帶受轉換器的限制，準確度較低。常用于較低頻率有效值電壓的測量。2．數(shù)字式電壓表數(shù)字式電壓表首先利用模/數(shù)（A/D）轉換原理，將被測的模擬量電壓轉換成相應的數(shù)字量，用數(shù)字式直接顯示被測電壓的量值。與模擬式電壓表相比，數(shù)字式電壓表具有精度高、測量速度快、抗干擾能力強、自動化程度高、便于讀數(shù)等優(yōu)點。最基本、最常見的數(shù)字電壓表是直流數(shù)字電壓表（DVM），在其輸入端配以不同的轉換器或傳感器就可測量交流電壓、電流、電阻等電量。它是多種數(shù)字測量儀器的基本組成部分。典型的數(shù)字式電壓表的組成框圖如圖4-4所示。儀器主要由模擬電路、數(shù)字邏輯電路及顯示器組成。其中模擬電路中的模/數(shù)（A/D）轉換器是數(shù)字式電壓表的核心，應用不同的A/D轉換原理就能構成不同類型的數(shù)字電壓表。圖5-4直流數(shù)字電壓表的組成⑴逐次比較型數(shù)字電壓表

以逐次比較型A/D轉換器為核心部件，將被測電壓與已知的不斷遞減的基準電壓進行逐次比較，最終獲得被測電壓值。⑵積分型數(shù)字電壓表

以積分型A/D轉換器為核心部件，利用積分原理把被測電壓量轉換為與之成正比的時間或頻率，再利用計數(shù)器測量脈沖的個數(shù)來反映電壓的數(shù)值。5.2模擬式電子電壓表5.2.1均值型電子電壓表5.2.2峰值型電壓表5.2.3有效值電子電壓表5.2.4應用實例

模擬式電子電壓表根據(jù)交直流轉換方式（檢波方式）的不同分為均值型、峰值型和有效值型三種。下面分別討論這三種類型電壓表的基本組成、工作及其使用中的誤差處理方法。

均值型電子電壓表屬于放大-檢波式電子電壓表。被測交流電壓先進行放大，然后進行檢波。檢波器-交直流轉換器常采用平均值檢波器，所以稱為均值型電壓表。均值型電壓表常用測低頻信號電壓。平均值檢波器分為半波式和全波式兩種，不特別注明時，都指全波式平均檢波器。5.2.1均值型電子電壓表1．均值檢波器原理均值電壓表內常用均值檢波電路如圖4-5所示。圖4-5（a）為橋式全波整流器電路，4-5（b）為半橋式的全波整流電路。圖4-5（b）中以電阻代替了圖4-5（a）中的兩只二極管，這在實際電路中是常見的。圖5-5平均值檢波器電路以圖5-5（a）為例，設輸入電壓為U（t）、D1～D4相同其正向電阻為Rd，微安表內阻為rm。理論證明，流過微安表的電流為由上式可知，均值電壓表的表頭偏轉正比于被測電壓的平均值，即∝（K為比例系數(shù)）。整流后的平均電流與輸入波形無關，只與其平均值有關。2．定度系數(shù)與波形換算由于實際測量中正弦波使用最普遍，因此，電子電壓表刻度皆用正弦有效值來定度。微安表的指針偏轉角α與被測電壓平均值成正比，但儀表度盤是按正弦波電壓有效值刻度的。所以電表在額定頻率下加正弦交流電壓時的指示值其中，式中是被測任意波形電壓的平均值；是定度系數(shù)。由上式可知如果被測電壓是正弦波，又采用全波檢波電路，若已知正弦有效值電壓為1V時，全波檢波后的平均值為V，故利用均值表測量非正弦波電壓時，其示值是沒有直接意義的，只有把示值轉換后，才能得到被測電壓的有效值。這是在使用此類電壓表要特別注意的一點。首先按“平均值相等示值也相等”的原則將示值折算成被測電壓的平均值。再根據(jù)波形系數(shù)求出被測電壓的有效值。不同波形的信號電壓具有不同的波形系數(shù)，見表4-1。常用的波形系數(shù)有：正弦波=1.11，方波=1，三角波=1.15。

由上可知，用均值型電壓表測電壓時，對非正弦波要進行波形換算。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取的示值先除以定度系數(shù)折算成正弦波電壓的平均值；然后按平均值相等示值也相等的原則，用波形系數(shù)換算出被測的非正弦電壓有效值。對于采用全波檢波電路的電壓表，被測電壓的有效值與示值的關系是想一想：用均值型電壓表測量正弦波電壓時，讀數(shù)有意義嗎？其值是什么？例5.1

用均值表（全波式）分別測量正弦波、方波及三角波電壓，電壓表示值為10V，問被測電壓的有效值分別是多少伏？解：⑴對于正弦波示值就是有效值，故正弦波的有效值

⑵對于方波

∵方波的波形因數(shù)=1，示值

∴方波電壓的有效值

⑶對于三角波

∵三角波的波形因數(shù)=1.15，示值

∴三角波電壓的有效值

3．波形誤差分析以全波均值表為例，當以示值作為被測電壓有效值時所引起的絕對誤差：示值相對誤差：例如，當被測電壓為方波時即產生正10%的誤差。由例4.1可知，實際有效值是9V，但電壓表示值為10V，多指示1V，其誤差為10%。當被測電壓為三角波時即產生負3.5%的誤差。由例4.1可知，實際有效值為10.35V，但電壓表的示值為10V，少指示0.35V，其誤差為3.5%。

可見，對于不同的波形，所產生的誤差大小及方向是不同的。用均值表測交流電壓，除了波形誤差之外，還有直流微安表本身的誤差，檢波二極管的老化或變值等所造成的誤差等，但主要是波形誤差。4.DA-16型毫伏表簡介模擬式電子電壓表種類型號很多。例如，國產GB-9型電子管毫伏表和DA-16型晶體管毫伏表均為均值型電子電壓表?，F(xiàn)以DA-16型晶體管毫伏表為例對均值型電子電壓表作簡要介紹。其原理圖如圖4-6所示。前置級組成阻抗變換器，獲得高輸入阻抗。步進分壓器用于選擇量程。放大電路A與T5、T6組成的串聯(lián)電壓負反饋電路構成寬頻帶放大器。二極管D1、D2及R1、R2組成全波檢波電路。微安表及附屬元件構成指示電路。圖5-6DA-16型均值表原理圖5.2.2峰值型電壓表

它屬于檢波-放大式電子電壓表。被測交流電壓先進行檢波，然后進行放大。檢波器-交直流轉換器常采用峰值檢波器，所以稱為峰值型電壓表。峰值型電壓表常用來測量高頻信號電壓。1．峰值檢波器原理峰值電壓表內常用的峰值檢波器如圖4-7所示。圖4-7（a）為串聯(lián)式，圖4-7（b）為并聯(lián)式。圖5-7峰值檢波器電路以圖5-7（a）為例，若滿足＞＞

，

＜＜其中，式中和分別是被測交流電壓的最大周期和最小周期，是信號源內阻與二極管正向內阻之和。這樣可以使電容C充電時間短、放電時間長，從而保持電容C兩端的電壓始終接近等于輸入電壓的峰值，即。由上可知，峰值檢波器檢波后的直流電壓與輸入的被測交流電壓的峰值（正弦波電壓的振幅值）成正比。2．定度系數(shù)與波形換算一般的峰值電壓表與均值電壓表類似，也是按正弦波有效值進行刻度，電表在額定頻率下加正弦交流電壓時的指示值其中，式中是被測任意波形電壓的平均值；是定度系數(shù)。當被測電壓為正弦波時，根據(jù)波峰因數(shù)的定義，正弦波的波峰因數(shù)為，即定度系數(shù)的倒數(shù)。常用波形的波峰因數(shù)還有，方波，三角波。式中為正弦波的有效值。與均值電壓表同理，當用峰值電壓表測量非正弦波電壓時，其指示值是沒有直接意久的。只有將示值除以定度系數(shù)，等于正弦波的峰值，按峰值相等示值也相等的原則，再用波峰因數(shù)換算成被測電壓的有效值。即首先將示值折算成正弦波峰值：再由波峰因數(shù)和峰值之間的關系算出有效值：或者例5.2

用峰值電壓表分別測量正弦波、方波及三角波電壓，電表示值均為10V，問被測電壓有效值是多少？解：⑴對于正弦波，示值就是有效值，故正弦波的有效值

⑵對于方波

∵方波的波峰因數(shù)為，示值

∴方波的有效值為

⑶

對于三角波

∵三角波的波峰因數(shù)為，示值

∴方波的有效值為3．誤差分析峰值電壓表在測量時若以示值作被測電壓的有效值，則所引起的絕對誤差為：示值相對誤差為：很容易求出，測量方波和三角波時示值相對誤差分別是-41%和18%。所以用峰值電壓表測非正弦波電壓，要進行波形換算，以減小波形誤差。用峰值表測交流電壓，除了波形誤差之外，還有理論誤差，由4-7原理圖可知，峰值檢波電路的輸出電壓的平均值總是小于被測電壓的峰值，這是峰值電壓表固有誤差。另外，峰值電壓表適用于測量高頻交流電壓，如果應用在低頻情況，測量誤差增加。經分析，低頻時相對誤差為:式中為被測電壓的頻率。頻率愈低，誤差愈大。4．HFJ-8型超高頻毫伏表簡介下面以應用廣泛的HFJ-8型超高頻晶體管毫伏表為例簡要介紹檢波-放大式電子電壓表的基本原理。其原理方框圖如圖4-8所示。圖5-8HFJ-8型超高頻毫伏表原理方框圖

HFJ-8型毫伏表使用峰值檢波器，輸出與被測信號的峰值成正比的電壓。檢波之后的電壓經平衡式調制器調制，變成固定頻率的交流信號，然后再進行選頻放大，再由全波解調器變換成直流電壓送顯示器顯示。由上可知，無論是均值電壓表還是峰值電壓表，一般都按正弦波有效值進行定度。因此，當被測電壓為非正弦波時，將會帶來波形誤差。這一現(xiàn)象又稱為波形響應。如果能有直接測量有效值的電壓表不是更方便嗎？5.2.3有效值電子電壓表

1．熱電轉換式有效值電壓表熱電轉換式有效值電壓表電路如圖4-9所示。圖中AB是加熱絲，當接入被測電壓時，加熱絲發(fā)熱，熱偶的熱端點溫度高于冷端、，產生熱電勢，有直流電流流過微安表，此電流與熱電勢成正比，熱端溫度正比于被測電壓有效值的平方。所以直流電流正比于，即∝。圖5-9熱電偶轉換原理利用熱電偶實現(xiàn)有效值電壓的測量，基本上沒有波形誤差，測量非正弦波電壓過程簡單。其主要缺點是有熱慣性，使用時需等指針偏轉穩(wěn)定后才能讀數(shù)。2．計算式有效值電壓表交流電壓的有效值即其均方根值。根據(jù)這一關系式，利用模擬電路對信號進行平方、積分、開平方等公式運算即可得到被測電壓的有效值。公式均方根運算的有效值電壓表原理框圖如圖4-10所示。第一級是模擬乘法器，其輸出正比于；第二級是積分器；第三級將積分器輸出的進行平方，最后輸出的電壓正比于被測電壓的有效值，通過儀表顯示出結果。圖5-10計算式有效值電壓表原理框圖5.2.4應用實例

1．變壓器變比和放大器增益的測量如圖5-11所示是變壓器變比測量原理圖。用模擬式電子電壓表分別測量變壓器初、次級的端電壓和，則變比為圖5-11變壓器變比測量的原理圖圖5-12是放大器增益測量的原理圖。用模擬式電子電壓表分別測量放大器輸入端和輸出端的電壓和，則增益為在以上測量中，應注意：⑴信號源的頻率范圍必須與被測電路的頻率特性相適應，以免引入頻率失真，給測量帶來誤差。⑵信號電壓的幅度應合適，以免引起非線性失真。圖5-12放大器增益測量的原理圖2．紋波系數(shù)的測量直流穩(wěn)壓電源紋波系數(shù)的測量方法如圖5-13所示。先用直流電壓表測出a、c兩端的直流電壓U，再用模擬式電子電壓表測出b、c兩端的紋波電壓u。由于紋波系數(shù)是指電源電路的直流輸出電壓U上所疊加的交流分量的總有效值與直流分量的比值，因此，紋波系數(shù)為在具體測量中，隔直電容C的容量應選大一些，一般在幾個微法以上。圖5-13直流穩(wěn)壓電源紋波系數(shù)的測量5.3.1數(shù)字電壓表的基本原理5.3.2多用型DVM工作原理5.3.3DVM主要性能指標與測量誤差5.3數(shù)字電子電壓表概述數(shù)字電壓表（DVM）在近幾年來已成為極其精確、靈活多用的電子儀器。此外，DVM能很好的與其它數(shù)字儀器（包括微型計算機）相連接，因此在自動化測量系統(tǒng)的發(fā)展中占重要地位。討論DVM的主要內容可歸結為電壓測量的數(shù)字化方法。模擬量的數(shù)字化測量，其關鍵是如何把隨時間作連續(xù)變化的模擬量變成數(shù)字量，由模/數(shù)（A/D）轉換器來完成。把模擬量變成數(shù)字量進行測量的過程，可用圖5-14所示來概括。圖5-14電壓測量的數(shù)字化過程DVM可以簡單理解為A/D轉換器加電子計數(shù)器，其中核心為A/D轉換器。各類DVM之間的最大區(qū)別在于A/D轉換方法的不同，而各類DVM的性能在很大程度上也取決于所用A/D轉換的方法。按其基本工作原理主要分為比較型和積分型兩大類。4.3.1數(shù)字電壓表的基本原理1．逐次逼近比較式DVM逐次逼近比較式A/D轉換是屬于比較式A/D轉換，其基本原理是用被測電壓和可變的已知電壓（基準電壓）進行比較，直到達到平衡，測出被測電壓。逐次逼近比較式DVM的原理框圖如圖4-15所示。圖4-15逐次逼近比較式DVM原理框圖UxUN?U≥0保留?U＜0舍棄比較器基準電壓譯碼顯示時鐘發(fā)生器D/A轉換器數(shù)碼寄存器程序控制電路子輸入電路逐次逼近比較式DVM的原理框圖如圖4-15所示。圖中的D/A轉換器把由基準電壓源輸出的高穩(wěn)定度基準電壓分成若干個步進砝碼電壓，例如，將10V的基準電壓分成8V、4V、2V、1V、0.8V、0.4V、0.2V、……0.008V、0.004V、0.002V、0.001V；與在比較器進行逐次比較，獲得差值電壓。當時，比較器輸出脈沖信號，使數(shù)碼寄存器保留該；而＜0時，則舍去該。最后，當數(shù)碼寄存器中的累積總和與被測電壓相等時，以上比較過程停止，顯示器顯示數(shù)碼寄存器中的累加總和值?？刂齐娐房刂迫抗ぷ鬟^程。例4.3

用以上電壓表測V的電壓，測量過程為：測量前，控制電路發(fā)出清零信號，使各電路清零，即=0。

⑴當=8V時，與在比較器中進行比較，因＜，比較產生＜0信號；則舍去該。

⑵當=4V時,因＜，得＜0；則舍去該。

⑶當=2V時,因＞，得＞0；則將該存入數(shù)碼寄存器，記為。⑷當=+1V=2+1=3V時,因＞，得＞0；則存入數(shù)碼寄存器，記為。⑸當=+0.8V=3+0.8=3.8V時,因＜；則舍去該，數(shù)碼寄存器中仍為?！钡?2+1+0.4+0.1+0.001=3.501V時,因=，比較過程結束。此時顯示器顯示3.501V。逐次逼近比較式數(shù)字電壓表的優(yōu)點是分辨率和精度均較高，測量速度快，缺點是抗干性差。2．雙斜積分式DVM雙斜積分式數(shù)字電壓表原理框圖如圖4-16所示。此電路的特點是一個測量周期內，用積分器A進行兩次積分。首先對被測電壓在規(guī)定時間內進行定時積分，然后切換A的輸入電壓，輸入基準電壓，對進行反向定值積分。然后通過兩次積分的比較，將輸入信號變換成與之成正比的時間間隔。通過計數(shù)器計數(shù)，由電子計數(shù)器部分經顯示器顯示被測電壓值。圖5-16雙斜積分DVM原理框圖雙斜積分式DVM工作過程分三個階段，如圖4-17所示。圖5-17雙斜積分式DVM的工作原理⑴準備階段（）：由邏輯控制電路將圖4-16中電子開關的接通（其余斷開），使積分器輸入電壓=0，則其輸出電壓=0，作為初始狀態(tài)。⑵定時積分階段（）：對直流被測信號定時積分，設被測電壓＜0。在時刻，邏輯控制電路將電子開關斷開，同時接通。接入被測電壓，積分器作正向積分，輸出電壓線性增加；同時邏輯控制電路將閘門打開，計數(shù)器對時鐘脈沖計數(shù)。經過預置時間，即在時刻，計數(shù)器溢出，清零，進位脈沖使邏輯控制電路將斷開，接通，定時積分階段結束。此時，積分器輸出電壓為

時刻時若為直流電壓，則（4-1）可見積分器輸出電壓正比于被測電壓。因為區(qū)間是定時積分，是預先設定的。的斜率由決定（大，斜度陡，值則高）。當（絕對值）減小時，其頂點為，見圖4-10中的虛線。⑶定值積分階段（）：對基準電壓進行定值積分階段。

當K1斷開，K2接通后，標準電壓UN被接入積分器，并使積分器作反向積分，其輸出電壓U02從U0M開始線性下降。同時計數(shù)器清零，閘門開啟，重新計數(shù)，并送入寄存器。同時K2斷開，K4、K5接通，積分器恢復到初始狀態(tài)，C放電，進入休止階段（），為下一次測量周期做準備。到t3時積分器輸出電壓U02=0，獲得時間間隔為T2，在此期間輸出電壓

[]T3時刻代入式（4-1）

整理得：式中，UN、T1均為常數(shù)，則被測電壓UX正比于時間間隔T2。若在時間T1內計數(shù)器計數(shù)結果為N1，即；在時間T2內計數(shù)結果為N2，即，式中T0為計數(shù)器的計數(shù)脈沖周期。則因此被測電壓UX正比于在T2期間計數(shù)器所計的時鐘脈沖個數(shù)N2。⑷顯示階段：計數(shù)器輸出脈沖存在寄存器中，經譯碼，在顯示器中顯示出被測電壓UX值。綜上所述，雙斜積分式DVM的準確度取決于標準電壓UN的準確度和穩(wěn)定性，而UN的準確度可以做的很高，因而該表準確度高；抗干擾能力強，所應用廣泛。5.3.2多用型DVM工作原理前述均為直流數(shù)字電壓表的原理，為了實現(xiàn)交流電壓、直流電流、直流電阻等參數(shù)的測量，以測直流電壓的DVM為基礎，通過各種轉換器將這些量轉換成直流電壓，再進行測量，從而可以組成多用型數(shù)字電壓表（也稱為數(shù)字萬用表），如圖4-18所示。AC—DCR—VI—V直流DVMIRI圖4-18多用型DVM原理簡圖下面簡介幾種參數(shù)轉換器的基作原理。1．交流電壓-直流電壓（AC-DC）轉換器第三節(jié)介紹過模擬式電壓表利用二極管構成的均值和峰值檢波器，驅動直流微安表指針偏轉，這種檢波器是非線性的。而直流DVM是線性化顯示的儀器，同直流DVM配接的轉換器則必須將被測電壓的有效值，線性地轉換成直流電壓，一般稱它為線性檢波器。第三節(jié)曾敘述過的直接用公式均方根運算的有效值轉換過程可實現(xiàn)交流-直流線性檢波。2．直流電流-直流電壓（I-V）轉換器如圖5-19所示，最常用的直流電流-直流電壓的轉換是利用歐姆定律，使被測的直流電流IX通過標準電阻Rs（采樣電阻），以Rs上的直流壓降UX表示IX的大小，即UX=IXRs此電壓正比于IX，用直流DVM測得電阻上的電壓，即可實現(xiàn)對未知直流電流的測量。DVMIXRs圖5-19I-U轉換器原理框圖圖5-20所示為多用型數(shù)字電壓表中采用的直流電流-直流電壓轉換器的一個實例。電路圖中的輸出端U0連接至DVM的輸入端，由圖可見輸入到DVM的電壓與IX成正比，因為（式中的A為放大器的放大倍數(shù)），可見U0與IX成正比。用開關K1～K4切換不同的采樣電阻，即可得到不同的電流量程，而輸入到DVM的電壓不變。圖5-20I-U轉換器實例電路圖3．電阻-電壓轉換器R-V的轉換器電路如圖4-21所示。圖中Is是一個恒流源電流，通過被測電阻Rx，在Rx兩端就會產生正比于被測電阻Rx的電壓，由DVM測得這個電壓值就可以知道被測電阻Rx的大小，即。DVM圖5-21R-U轉換器原理框圖RxIs圖5-22所示為多用型數(shù)字電壓表中采用的電阻-直流電壓轉換器的一個實例。被測電阻Rx接在反饋回路，標準電阻RN接在輸入回路。UN是基準電壓，電路圖中的輸出端U0連接至DVM的輸入端，由圖可知

電流I由UN、RN決定，它在Rx上的壓降即輸出電壓U0，顯然U0正比于Rx。從而實現(xiàn)了R-U轉換。改變RN即得到不同量程?？梢姡贒VM的基礎上，利用交流-直流（AC-DC）轉換器、電流-電壓（I-U）轉換器、電阻-電壓（R-U）轉換器即可把被測電量轉換成直流電壓信號，現(xiàn)由DVM對轉換后的信號進行測量。這樣就組成了數(shù)字式多用表（俗稱萬用表）。不同的測量功能和量程由開關轉換。圖5-22R-U轉換器實例電路圖

表征DVM主要性能指標有測量范圍、分辨率、輸入阻抗、抗干擾能力、測量速度及測量誤差等。掌握它們的正確含義是正解使用DVM的前提。1．測量范圍DVM用量程顯示位數(shù)以及超量程能力來反映它的測量范圍。⑴量程

DVM的量程是以基本量程（即未經衰減和放大的量程）為基，借助于步進衰減器和輸入放大器向兩端擴展來實現(xiàn)。⑵顯示位數(shù)

DVM的顯示位數(shù)是指能顯示0～9十個數(shù)碼的完整顯示位。⑶超量程能力

DVM是否具有超量程能力，與基本量程有關。

4.3.3DVM主要性能指標與測量誤差2．分辨率DVM能夠顯示被測電壓的最小變化值，稱為分辨率，即最小量程時顯示器末位跳一個單位值所需的最小電壓變化量。在不同的量程上，具有不同的分辨率。在最小量程上，具有最高分辨率，這里的分辨