數(shù)字電壓表應(yīng)用

1、 數(shù)字電壓表的應(yīng)用數(shù)字電壓表的應(yīng)用A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 直流數(shù)字電壓表及其功能擴(kuò)展直流數(shù)字電壓表及其功能擴(kuò)展 概述概述隨著半導(dǎo)體技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字儀表迅速發(fā)展。隨著半導(dǎo)體技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字儀表迅速發(fā)展。 概述概述 數(shù)字電壓表是將被測(cè)對(duì)象離散化，數(shù)據(jù)處理后以數(shù)字形式顯數(shù)字電壓表是將被測(cè)對(duì)象離散化，數(shù)據(jù)處理后以數(shù)字形式顯示的儀表。數(shù)字電壓表在原理、結(jié)構(gòu)、測(cè)量方法上完全不同于模示的儀表。數(shù)字電壓表在原理、結(jié)構(gòu)、測(cè)量方法上完全不同于模擬式儀表。擬式儀表。數(shù)字電壓表的種類數(shù)字電壓表的種類 數(shù)字電壓表數(shù)字電壓表(DVM)； 數(shù)字電流表；數(shù)字電流表； 數(shù)字電阻表；數(shù)字電阻表； 數(shù)字功率表；

2、數(shù)字功率表； 數(shù)字電能表；數(shù)字電能表； 數(shù)字電橋；數(shù)字電橋； ； 數(shù)字溫度表；數(shù)字溫度表； 數(shù)字轉(zhuǎn)速表；數(shù)字轉(zhuǎn)速表； 數(shù)字位移表；數(shù)字位移表； 數(shù)字多用表數(shù)字多用表(DMM)； 校準(zhǔn)器校準(zhǔn)器(Calibrator)； 直流電壓參考直流電壓參考(DCV Reference)； 熱電轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)熱電轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)(Thermal Transfer Standard)題題1、數(shù)字電壓表是將被數(shù)字電壓表是將被測(cè)對(duì)象測(cè)對(duì)象離散化離散化，數(shù)據(jù)處，數(shù)據(jù)處理后以理后以數(shù)字形式數(shù)字形式顯示的顯示的儀表。儀表。一、數(shù)字電壓表的特點(diǎn)一、數(shù)字電壓表的特點(diǎn) 準(zhǔn)確度高準(zhǔn)確度高電壓可達(dá)電壓可達(dá)10-6數(shù)量級(jí)；一般的數(shù)量級(jí)；一般的DV

3、M很容易達(dá)到很容易達(dá)到10-4輸入阻抗高輸入阻抗高DVMDVM的輸入阻抗一般都達(dá)到的輸入阻抗一般都達(dá)到100100兆歐；兆歐；測(cè)量范圍寬測(cè)量范圍寬靈敏度高靈敏度高DVMDVM的分辨率可達(dá)的分辨率可達(dá)0.010.01 V V；測(cè)量速度快測(cè)量速度快讀數(shù)清晰，直觀方便讀數(shù)清晰，直觀方便測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化極性判斷；量限切換；自動(dòng)校零極性判斷；量限切換；自動(dòng)校零；可組成測(cè)試系統(tǒng)；可組成測(cè)試系統(tǒng)； 結(jié)構(gòu)復(fù)雜；結(jié)構(gòu)復(fù)雜； 成本高；成本高； 線路復(fù)雜；線路復(fù)雜； 專業(yè)維修專業(yè)維修；題題2：數(shù)字電壓表的主要：數(shù)字電壓表的主要特點(diǎn)準(zhǔn)確度高，輸入阻抗特點(diǎn)準(zhǔn)確度高，輸入阻抗高，測(cè)量范圍寬，靈敏度高，測(cè)量范圍

4、寬，靈敏度高，測(cè)量速度快，讀數(shù)清高，測(cè)量速度快，讀數(shù)清晰直觀。晰直觀。二、數(shù)字儀表的發(fā)展過(guò)程二、數(shù)字儀表的發(fā)展過(guò)程1952：第一臺(tái)：第一臺(tái)DVM問(wèn)世，電子管司服比較式；問(wèn)世，電子管司服比較式；1956：電壓：電壓-時(shí)間時(shí)間 (V/T)式；式；1961：全晶體管式逐次逼近比較式；：全晶體管式逐次逼近比較式；1966：雙斜積分式。：雙斜積分式。(1) 數(shù)字化階段數(shù)字化階段5060年代中期，運(yùn)用各種原理實(shí)現(xiàn)年代中期，運(yùn)用各種原理實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換， 從而實(shí)現(xiàn)儀表數(shù)字化，顯示位數(shù)從而實(shí)現(xiàn)儀表數(shù)字化，顯示位數(shù)212153 (2) 高準(zhǔn)確度階段高準(zhǔn)確度階段復(fù)合型復(fù)合型A/D-C原理，顯示位數(shù)達(dá)八位，原理

5、，顯示位數(shù)達(dá)八位， 準(zhǔn)確度百萬(wàn)分之幾。準(zhǔn)確度百萬(wàn)分之幾。1971：三次采樣積分式：三次采樣積分式(日本日本TR6567)；1973：兩次采樣電感分壓比較型：兩次采樣電感分壓比較型(英國(guó)英國(guó)SM-215)；(3) 智能化階段智能化階段內(nèi)嵌內(nèi)嵌 P 的的DVM，除完成原有，除完成原有DVM功能外，功能外， 還能自校、自檢，完成數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化和可還能自校、自檢，完成數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化和可 編程，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。編程，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。代表代表的產(chǎn)品有的產(chǎn)品有Fluke、 Datron、 Solartron等等公司的產(chǎn)品。公司的產(chǎn)品。三三 、數(shù)字電壓表的一般結(jié)構(gòu)數(shù)字電壓表的一般結(jié)

6、構(gòu)1. 數(shù)字電壓表的通用框圖數(shù)字電壓表的通用框圖(P為脈沖數(shù)為脈沖數(shù)；V為直流電壓為直流電壓；)V/f-CV/T-CV/P-CT/P-C / T-Cx/ f -Cx/ V -Cx/P-C被測(cè)量被測(cè)量x(U,I,P,R,L,C.)被測(cè)頻率被測(cè)頻率被測(cè)相位被測(cè)相位頻率計(jì)頻率計(jì)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器譯碼器譯碼器顯示器顯示器被測(cè)量被測(cè)量直流電壓直流電壓頻率頻率V/F式式DVM；被測(cè)量被測(cè)量直流電壓直流電壓脈沖數(shù)碼脈沖數(shù)碼頻率頻率反饋比較式反饋比較式DVM儀表核心：直流電壓的測(cè)量?jī)x表核心：直流電壓的測(cè)量被測(cè)量被測(cè)量直流電壓直流電壓時(shí)間間隔時(shí)間間隔V/T式式DVM；邏輯控制電路邏輯控制電路數(shù)字?jǐn)?shù)字顯示器

7、顯示器輸入輸入電路電路標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)電壓源電壓源電子電子計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換輸入輸入模擬電路模擬電路數(shù)字電路數(shù)字電路輸入電路輸入電路包括衰減器、前置放大器、切換開(kāi)關(guān)等。包括衰減器、前置放大器、切換開(kāi)關(guān)等。為增強(qiáng)電表功能，數(shù)字電路中還可包含微處理器。為增強(qiáng)電表功能，數(shù)字電路中還可包含微處理器。2. 直流數(shù)字電壓表框圖直流數(shù)字電壓表框圖題題3：數(shù)字電壓表輸入電：數(shù)字電壓表輸入電路包括路包括衰減器、前置放大衰減器、前置放大器器、切換開(kāi)關(guān)等、切換開(kāi)關(guān)等中高檔中高檔DVMAC220V交流電源供電；交流電源供電；小型手持式小型手持式DMM電池供電電池供電 無(wú)電源線，提高了共、串模抑制比；無(wú)電源線，提高了共

8、、串模抑制比； 液晶顯示，液晶顯示，CMOS芯片保證了低功耗；芯片保證了低功耗； 保證電能消耗；保證電能消耗； 對(duì)便攜性要求不高；對(duì)便攜性要求不高；顯示器的種類：顯示器的種類：輝光數(shù)碼管輝光數(shù)碼管、熒光數(shù)碼管熒光數(shù)碼管、磷光體數(shù)碼管磷光體數(shù)碼管、 發(fā)光二極管、等離子體數(shù)字顯示器、液晶顯示器發(fā)光二極管、等離子體數(shù)字顯示器、液晶顯示器顯示方式：十進(jìn)制數(shù)碼方式；顯示方式：十進(jìn)制數(shù)碼方式； 分段式；分段式； 矩陣式。矩陣式。3. 數(shù)字電壓表的電源數(shù)字電壓表的電源4.數(shù)字電壓表的顯示數(shù)字電壓表的顯示題題4：數(shù)字電壓表的：數(shù)字電壓表的顯示顯示方式：方式： 十進(jìn)制數(shù)碼方式；十進(jìn)制數(shù)碼方式； 分段式；分段式；

9、 矩陣式。矩陣式。5. 數(shù)字電壓表的主要技術(shù)參數(shù)數(shù)字電壓表的主要技術(shù)參數(shù)(1) 測(cè)量范圍和量程測(cè)量范圍和量程(2) 分辨力分辨力 指指DVM能夠讀取的被測(cè)電壓的最小變化值，或顯示器能夠讀取的被測(cè)電壓的最小變化值，或顯示器末位跳一個(gè)字所需的輸入電壓值。末位跳一個(gè)字所需的輸入電壓值。(3) 抗干擾能力抗干擾能力 顯顯示示值值產(chǎn)產(chǎn)生生的的最最大大誤誤差差串串模模干干擾擾電電壓壓的的峰峰值值log20SMRR 顯顯示示值值產(chǎn)產(chǎn)生生的的最最大大誤誤差差共共模模干干擾擾電電壓壓的的峰峰值值log20CMRR 各量程的測(cè)量范圍、誤差大小；各量程的測(cè)量范圍、誤差大小； 超量程能力；超量程能力； 量程切換方式量

10、程切換方式 多量程的劃分多量程的劃分 基本量程基本量程誤差最小的量程誤差最小的量程(被測(cè)量在表內(nèi)被測(cè)量在表內(nèi) 不經(jīng)放大和衰減不經(jīng)放大和衰減)； 非基本量程非基本量程基本量程以外的量程；基本量程以外的量程；(4) 輸入阻抗輸入阻抗 輸入阻抗指輸入阻抗指DVM在工作狀態(tài)下，從輸入端看進(jìn)去的輸入在工作狀態(tài)下，從輸入端看進(jìn)去的輸入電路的等效電阻。電路的等效電阻。 DVM在基本量程的輸入電阻可達(dá)在基本量程的輸入電阻可達(dá)10G ，對(duì)于非基本量程，對(duì)于非基本量程，由于使用了分壓器，一般為由于使用了分壓器，一般為10M 。(5) 顯示位數(shù)顯示位數(shù)DVM的顯示位數(shù)是以完整的顯示數(shù)字的多少來(lái)確定的。的顯示位數(shù)是以

11、完整的顯示數(shù)字的多少來(lái)確定的。000019993 位位;21000089993 位位21000099994位位(6) 測(cè)量速度測(cè)量速度 測(cè)量速度指在單位時(shí)間內(nèi)，儀表以規(guī)定的準(zhǔn)確度完成的測(cè)量速度指在單位時(shí)間內(nèi)，儀表以規(guī)定的準(zhǔn)確度完成的最大測(cè)量次數(shù)。它主要取決于最大測(cè)量次數(shù)。它主要取決于A/D轉(zhuǎn)換速度和運(yùn)放響應(yīng)時(shí)間。轉(zhuǎn)換速度和運(yùn)放響應(yīng)時(shí)間。(7) 誤差的表示誤差的表示)%(MnVbVa題題5：數(shù)字電壓表的：數(shù)字電壓表的測(cè)量測(cè)量速度指在單位時(shí)間內(nèi)，速度指在單位時(shí)間內(nèi)，儀表以規(guī)定的準(zhǔn)確度完儀表以規(guī)定的準(zhǔn)確度完成的最大測(cè)量次數(shù)。它成的最大測(cè)量次數(shù)。它主要取決于主要取決于A/D轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度和運(yùn)放響應(yīng)時(shí)

12、間。和運(yùn)放響應(yīng)時(shí)間。主要技術(shù)特性主要技術(shù)特性： 量化誤差；量化誤差； 模擬誤差；模擬誤差； 偏移誤差；偏移誤差； 增益誤差；增益誤差； 非線性誤差；非線性誤差； 轉(zhuǎn)換時(shí)間；轉(zhuǎn)換時(shí)間； 偏移誤差偏移誤差增益誤差增益誤差 非線性誤差非線性誤差 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器分類分類：逐次逼近式；：逐次逼近式； 間接式間接式 ： 雙斜積分式；雙斜積分式； 壓頻轉(zhuǎn)換式；壓頻轉(zhuǎn)換式； 復(fù)合式；復(fù)合式； 特點(diǎn)特點(diǎn)： 直接比較式：轉(zhuǎn)換速度快；直接比較式：轉(zhuǎn)換速度快； 抗干擾性差：抗干擾性差： 間接式：轉(zhuǎn)換速度慢；間接式：轉(zhuǎn)換速度慢； 抗干擾性強(qiáng)；抗干擾性強(qiáng)；題題6：數(shù)字表：數(shù)字表A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器的分類：分類： 逐次

13、逼近式；逐次逼近式； 間接式間接式 ： 雙斜積分式；雙斜積分式； 壓頻轉(zhuǎn)換式；壓頻轉(zhuǎn)換式； 復(fù)合式；復(fù)合式；一一 、逐次逼近式、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器輸入電路輸入電路標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)電壓源電壓源比較器比較器輸入輸入脈沖分配器脈沖分配器譯碼顯示器譯碼顯示器數(shù)碼寄存器數(shù)碼寄存器D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換時(shí)鐘時(shí)鐘基于電位差計(jì)原理?；陔娢徊钣?jì)原理。 比較器：鑒別電壓幅值比較器：鑒別電壓幅值 脈沖分配器：將時(shí)鐘脈沖變成按時(shí)間分布的節(jié)拍脈沖；脈沖分配器：將時(shí)鐘脈沖變成按時(shí)間分布的節(jié)拍脈沖；數(shù)碼寄存器：用來(lái)暫時(shí)存放與被測(cè)信號(hào)大小相對(duì)應(yīng)的數(shù)碼；數(shù)碼寄存器：用來(lái)暫時(shí)存放與被測(cè)信號(hào)大小相對(duì)應(yīng)的數(shù)碼；D/A轉(zhuǎn)換器：用來(lái)產(chǎn)生一系

14、列步進(jìn)基準(zhǔn)電壓；轉(zhuǎn)換器：用來(lái)產(chǎn)生一系列步進(jìn)基準(zhǔn)電壓；基準(zhǔn)電壓源：用來(lái)作為基準(zhǔn)電壓的片內(nèi)參考電壓；基準(zhǔn)電壓源：用來(lái)作為基準(zhǔn)電壓的片內(nèi)參考電壓；AD574的單極性接法的單極性接法舉例舉例: AD574DIP28腳芯片，腳芯片，片內(nèi)：片內(nèi)：A/D轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換； 轉(zhuǎn)換控制；轉(zhuǎn)換控制； 時(shí)鐘；時(shí)鐘； 總線接口；總線接口；技術(shù)指標(biāo)：技術(shù)指標(biāo)： 12bits 非非線性誤差：線性誤差： 1/2LSB; 模擬輸入范圍：模擬輸入范圍： 5V； 10V；010V；020V； 轉(zhuǎn)換時(shí)間：轉(zhuǎn)換時(shí)間：25 S； 功耗：功耗：450mWAD574的應(yīng)用電路的應(yīng)用電路積分積分邏輯控制電路邏輯控制電路晶振晶振控制門控制門計(jì)數(shù)器計(jì)

15、數(shù)器 VNVx進(jìn)位進(jìn)位復(fù)位復(fù)位門控門控顯示顯示比較比較定時(shí)積分階段定時(shí)積分階段xtxVRCTdtVRCV10011定斜積分階段定斜積分階段NttNVRCTVdtVRCV2002110由上兩式得由上兩式得NxVRCTVRCT210t1t2t2V0V0定時(shí)積分定時(shí)積分定斜積分定斜積分積分器輸出電壓積分器輸出電壓tT1T2二二 、雙斜積分式、雙斜積分式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器022011TNTTNT將將得得代入代入T0為晶振周期為晶振周期N1和和VN均為已知，因此，均為已知，因此， N2即反映了被測(cè)量即反映了被測(cè)量Vx的大小。的大小。特點(diǎn)特點(diǎn)： 抗干擾能力強(qiáng)；抗干擾能力強(qiáng)； 對(duì)積分元件的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度要求

16、低；對(duì)積分元件的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度要求低； 速度慢，一般速度慢，一般30次次/秒。秒。或或NxVTTV12 NxVTTV12 21NNVVNx 三三 、脈寬調(diào)制、脈寬調(diào)制(PWM)積分式積分式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器積分積分邏輯控制電路邏輯控制電路晶振晶振控制門控制門計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器Vx進(jìn)位進(jìn)位復(fù)位復(fù)位門控門控顯示顯示比較比較節(jié)拍方波節(jié)拍方波cU 基準(zhǔn)基準(zhǔn)分頻分頻 PWM式式A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器是將輸入電壓調(diào)制器是將輸入電壓調(diào)制為脈沖寬度為脈沖寬度(V/T )。然后再對(duì)脈沖寬度計(jì)然后再對(duì)脈沖寬度計(jì)數(shù)。數(shù)。積分器的輸入：被測(cè)電壓積分器的輸入：被測(cè)電壓Vx、節(jié)拍方波、節(jié)拍方波 、基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)電壓RU cU RU

17、積分器的輸出與零電平比較，比較結(jié)果控制基準(zhǔn)電壓積分器的輸出與零電平比較，比較結(jié)果控制基準(zhǔn)電壓 的的極性，從而電路組成一個(gè)不連續(xù)的負(fù)反饋系統(tǒng)。極性，從而電路組成一個(gè)不連續(xù)的負(fù)反饋系統(tǒng)。RU 由于節(jié)拍方波是正負(fù)對(duì)稱的，即在整個(gè)周期內(nèi)的平均電壓為由于節(jié)拍方波是正負(fù)對(duì)稱的，即在整個(gè)周期內(nèi)的平均電壓為零，因此，基準(zhǔn)電壓零，因此，基準(zhǔn)電壓+UR和和- UR 對(duì)應(yīng)的時(shí)間寬度，決定于電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)間寬度，決定于電壓Ux的大小，即完成了的大小，即完成了 V/T 轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。cURUxU1T2T積分器輸入電壓積分器輸入電壓積分器各積分器各輸入電壓輸入電壓相加波形相加波形積分器積分器輸出電壓輸出電壓調(diào)寬脈沖調(diào)寬脈沖波

18、形波形 02313211 TRUTRUTTRURRxRxUTTTRRU 1231被測(cè)電壓正比于被測(cè)電壓正比于 T2 -T1四、快速及高準(zhǔn)確度四、快速及高準(zhǔn)確度A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1.三次積分三次積分A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器雙斜積分雙斜積分A/D-C缺點(diǎn)：速度慢。缺點(diǎn)：速度慢。改進(jìn)：改進(jìn)： 對(duì)雙斜積分式對(duì)雙斜積分式A/D-C的對(duì)的對(duì)UN的反向積分分成一次粗積分的反向積分分成一次粗積分和一次精積分。和一次精積分。積分積分邏輯控制邏輯控制晶振晶振比較比較1NU72NURC比較比較2xUBU78910111213222222201234562222222 t0 t1 期間，對(duì)期間，對(duì)Ux定時(shí)定時(shí)積分積分0t1

19、t2t3t0fUfU1tU 011ttRCUUxt 07012 Ttt t1 t2 期間，對(duì)期間，對(duì)UN 定斜定斜積分積分，直到比較器直到比較器1動(dòng)作，動(dòng)作，此時(shí)積分器的輸出此時(shí)積分器的輸出 12011212ttRCUttRCUttRCUUUNxNtt 積分器輸出積分器輸出定時(shí)時(shí)間定時(shí)時(shí)間 t1 - t0由計(jì)數(shù)器低位溢出決定由計(jì)數(shù)器低位溢出決定顯然顯然 t= t3 時(shí)，積分器的輸出為零。由此得時(shí)，積分器的輸出為零。由此得 012712TttN 在時(shí)間在時(shí)間 t1 t2 期間內(nèi)，僅計(jì)數(shù)器高位期間內(nèi)，僅計(jì)數(shù)器高位工作，所計(jì)的脈沖數(shù)為工作，所計(jì)的脈沖數(shù)為在時(shí)間在時(shí)間 t2 t3 期間內(nèi)，計(jì)數(shù)器低位、

20、高位均工作，所計(jì)的脈沖數(shù)期間內(nèi)，計(jì)數(shù)器低位、高位均工作，所計(jì)的脈沖數(shù) 23712012372223ttRCUttRCUttRCUttRCUUUNNxBtt 0232TttN 0t1t2t3tBU1tU積分器輸出積分器輸出72NUt2 t3 期間，對(duì)期間，對(duì) 定斜定斜積分積分，直到比較器直到比較器2動(dòng)作，動(dòng)作，此時(shí)積分器的輸出此時(shí)積分器的輸出 022371201 ttRCUttRCUttRCUNNx將將 t1 - t0 、 t2 - t1 、 t3 - t2 時(shí)代入上式，得時(shí)代入上式，得 022202701707 TNRCUTNRCUTRCUNNx NUNNUUNNx 14211422整理，得整

21、理，得 對(duì)對(duì)UN的反向積分分成一次粗積分和一次精積分。這樣做的目的反向積分分成一次粗積分和一次精積分。這樣做的目的是縮短積分時(shí)間，并保證原有的準(zhǔn)確度。的是縮短積分時(shí)間，并保證原有的準(zhǔn)確度。對(duì)于對(duì)于14位的位的A/D-C，時(shí)鐘頻率時(shí)鐘頻率10MHz雙斜積分式雙斜積分式A/D-C：300次次/秒；秒；三次積分式三次積分式A/D-C：26000次次/秒。秒。速度提高了速度提高了85倍。倍。2. 全并行比較式全并行比較式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器NURxU并行二進(jìn)制輸出并行二進(jìn)制輸出轉(zhuǎn)換邏輯轉(zhuǎn)換邏輯NU87NU86NU81NU82NU83NU85NU86 這是所有這是所有A/D-C最快的。最快的。轉(zhuǎn)換時(shí)間僅受

22、比較器上升時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間僅受比較器上升時(shí)間的限制。轉(zhuǎn)換速度可以達(dá)間的限制。轉(zhuǎn)換速度可以達(dá)到到0 .1 S。 當(dāng)輸出電壓大于比較器當(dāng)輸出電壓大于比較器的門限電壓時(shí)，比較器的輸?shù)拈T限電壓時(shí)，比較器的輸出為出為“1”，否則輸出，否則輸出“0”。 對(duì)于對(duì)于N位的位的A/D-C，需要需要2N個(gè)比較器。如十位個(gè)比較器。如十位A/D-C，需要有需要有1023個(gè)比較器。由此個(gè)比較器。由此嚴(yán)重限制了此種原理的嚴(yán)重限制了此種原理的A/D-C的位數(shù)。的位數(shù)。3 3位位A/D-C改進(jìn)：串并行比較式改進(jìn)：串并行比較式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器3. 余數(shù)再循環(huán)余數(shù)再循環(huán)(Recirculating Remainder)式式A/D轉(zhuǎn)換

23、器轉(zhuǎn)換器基本思想：基本思想： 用有限的用有限的N次次(如如N=5)來(lái)逐步逼近被測(cè)電壓來(lái)逐步逼近被測(cè)電壓Vx，每次得到每次得到的誤差的誤差(余數(shù)余數(shù))進(jìn)行放大，再做下一次比較。進(jìn)行放大，再做下一次比較。 再循環(huán)取有限次，一方面是因?yàn)殡娐饭逃性肼暤南拗?，再循環(huán)取有限次，一方面是因?yàn)殡娐饭逃性肼暤南拗疲豢赡軣o(wú)窮地如此循環(huán)轉(zhuǎn)換下去。另一方面，轉(zhuǎn)換結(jié)果的分不可能無(wú)窮地如此循環(huán)轉(zhuǎn)換下去。另一方面，轉(zhuǎn)換結(jié)果的分率打率打0.1 V，能滿足能滿足DVM的要求了。的要求了。 一、由直流數(shù)字電壓表擴(kuò)展為數(shù)字多用表一、由直流數(shù)字電壓表擴(kuò)展為數(shù)字多用表 功功能能選選擇擇R/V轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換I/V轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換AC/DC轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換輸

24、入輸入直直流流電電壓壓量量程程選選擇擇A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 與指針式萬(wàn)用表相似，數(shù)字多用表與指針式萬(wàn)用表相似，數(shù)字多用表(Digital Multi-Meter簡(jiǎn)寫(xiě)為簡(jiǎn)寫(xiě)為DMM)是在直流數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而成的。是在直流數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而成的。區(qū)別在于：區(qū)別在于：指針式字萬(wàn)用表指針式字萬(wàn)用表基本量測(cè)量基本量測(cè)量為直流電流為直流電流； 表頭表頭為磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)為磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)數(shù)字多用表數(shù)字多用表基本量測(cè)量基本量測(cè)量為直流電壓；為直流電壓； 表頭表頭為為A/D-CA/D-C為核心的數(shù)字表頭為核心的數(shù)字表頭。1. AC/DC轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路平均值平均值 NkkavuNU11 TavdttuTU

25、01)(或或設(shè)正弦信號(hào)設(shè)正弦信號(hào)u(t)=Umsin t，則則mmmavUUtdtUTUT63702220.sin 有效值有效值 NkkavuNU121 TavdttuTU021)(或或二、數(shù)字多用表的轉(zhuǎn)換器二、數(shù)字多用表的轉(zhuǎn)換器交流電壓交流電壓(或電流或電流)的特征參數(shù)的特征參數(shù)波形系數(shù)波形系數(shù)有效值與平均值之比稱為波形系數(shù)。有效值與平均值之比稱為波形系數(shù)。avrmsUUK 波峰系數(shù)波峰系數(shù)峰值與有效值之比稱為波峰系數(shù)。峰值與有效值之比稱為波峰系數(shù)。rmsmpUUK 正弦波：正弦波： ；方波：；方波： ；三角波：；三角波：111. K001. K161. K正弦波：正弦波： ；方波：；方波：

26、 ；三角波：；三角波：4141. pK001. pK7321. pK畸變系數(shù)畸變系數(shù)基波的有效值與總電壓有效值之比?；ǖ挠行е蹬c總電壓有效值之比。rmsrmsuUUK1 AC/DC轉(zhuǎn)換電路有兩種：轉(zhuǎn)換電路有兩種： (1) 直流電壓正比于交流電壓的直流電壓正比于交流電壓的平均值平均值；較常見(jiàn)較常見(jiàn) (2) 直流電壓正比于交流電壓的直流電壓正比于交流電壓的有效值有效值；專門芯片實(shí)現(xiàn)專門芯片實(shí)現(xiàn)平均值平均值A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路MM半波整流電路半波整流電路全波橋式整流電路全波橋式整流電路由于二極管的死區(qū)影響，無(wú)源二極管整流電路會(huì)出現(xiàn)誤差。由于二極管的死區(qū)影響，無(wú)源二極管整流電路會(huì)出現(xiàn)誤差。+運(yùn)

27、放運(yùn)放二極管二極管有源整流有源整流題題7：AC/DC轉(zhuǎn)換電路有兩轉(zhuǎn)換電路有兩種：種：(1) 直流電壓正比于交直流電壓正比于交流電壓的流電壓的平均值平均值； (2) 直流電壓正比于交直流電壓正比于交流電壓的流電壓的有效值有效值；A1A21R2R3R4R5R6R7R8RC1D2Diuou+-+-abcdtUtumi sin)( 設(shè)設(shè) 200tttUAtumfc,sin)(Af為運(yùn)放為運(yùn)放A1的閉環(huán)放大倍數(shù)，選的閉環(huán)放大倍數(shù)，選Af =2，則，則 20ttUttUtUAtummmfd,sin,sinsin)( 20ttUttUtummd,sin,sin)(tmUoUdumU2cuiumUttt 當(dāng)當(dāng)

28、ui(t)為正半周時(shí)，為正半周時(shí)， A1輸出負(fù)電壓，輸出負(fù)電壓，D1截止，截止，D2導(dǎo)通，導(dǎo)通，Ud得到得到ui(t)的的負(fù)半周電壓；負(fù)半周電壓； 當(dāng)當(dāng)ui(t)為負(fù)半周時(shí)，為負(fù)半周時(shí)，A1輸出正電壓，輸出正電壓，D2截止，截止， D1導(dǎo)通，導(dǎo)通， R2 使使A1閉環(huán)，同時(shí)，閉環(huán)，同時(shí)，R7將將ui(t)的負(fù)半周電壓送至的負(fù)半周電壓送至d點(diǎn)，點(diǎn)，真有效值真有效值A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 真有效值真有效值A(chǔ)C/DCAC/DC轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路能將任意波形的交流電壓轉(zhuǎn)換成能將任意波形的交流電壓轉(zhuǎn)換成與之有效值成正比的直流電壓。與之有效值成正比的直流電壓。 熱電式熱電式AC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 利用熱

29、電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)與其加熱絲中交流電流有效值的利用熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)與其加熱絲中交流電流有效值的平方成正比而實(shí)現(xiàn)的。平方成正比而實(shí)現(xiàn)的。此法作成的此法作成的AC/DC轉(zhuǎn)換器，頻帶轉(zhuǎn)換器，頻帶2Hz100MHz，成本高。成本高。 電子式電子式AC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器由對(duì)數(shù)由對(duì)數(shù)/反對(duì)數(shù)電路構(gòu)成乘法器實(shí)現(xiàn)。有單片集成電路出售。反對(duì)數(shù)電路構(gòu)成乘法器實(shí)現(xiàn)。有單片集成電路出售。轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差 0.05%。 P采樣計(jì)算法采樣計(jì)算法 NkkavuNU1212. I/V轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 把被測(cè)電流把被測(cè)電流Ix通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電阻通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電阻RN變換為電壓變換為電壓Ux，再用，再用DVM測(cè)量直流電壓測(cè)量直流電壓Ux ，則，則NxxRUI 1NR2NR3NRDVMxI 為了減小轉(zhuǎn)換器內(nèi)阻，標(biāo)準(zhǔn)電為了減小轉(zhuǎn)換器內(nèi)阻，標(biāo)準(zhǔn)電阻阻RN的值一般選的較小，這樣，直的值一般選