【正文】 分級(jí)式并聯(lián)比較式?????直接比較式反饋比較式電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學(xué) DVM的主要類型 1. 逐次比較型 DVM的工作原理 圖 逐次比較型 DVM原理框圖 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學(xué) 1. 逐次比較型 DVM的工作原理 圖 逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖 逐次比較 A/D的工作原理非常類似于天平稱質(zhì)量過程 (因而也叫稱量法 )。根據(jù)中間量的不同分為 UT式和 UF式。 (1) 雙斜積分式 DVM的工作原理 DVM的主要類型 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學(xué) (b)工作波形 圖 雙斜積分式 DVM 此時(shí)，積分器輸出 uo1達(dá)最大值： (1) 雙斜積分式 DVM的工作原理 DVM的主要類型 xxxttxURCTNURCTURCtttURCU01112omd1 21????????? ?Uom正比于 Ux。 DVM的主要類型 (1) 雙斜積分式 DVM的工作原理 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學(xué) (b)工作波形 圖 雙斜積分式 DVM ? 準(zhǔn)備階段（ t0~t1） ? 采樣階段（ t1~t2） ? 比較階段 （ t2~t3）： t3時(shí)，積分器輸出 uo2=0，此時(shí)，此時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為 N2。且兩次積分對同一脈沖源 T0計(jì)數(shù)，從而降低了對脈沖源穩(wěn)定性的要求。 (1) 雙斜積分式 DVM的工作原理 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學(xué) DVM的測量誤差 DVM的固有誤差通常用絕對誤差表示，其表示方法主要有兩種 ???????????幾個(gè)字xxUaUUbUaU%%% m其中 Ux為測量示值， Um為該量程滿度值， a％ Ux稱為讀數(shù)誤差， b％ Um稱為滿度誤差（它與被測電壓大小無關(guān)，而與所取量程有關(guān)）。 %Ux177。問：兩種情況下由固有誤差引起的測量誤差各為多少 ? 解： 該 DVM最大顯示為 19 999，所以 2V檔和 200V檔 177。 1個(gè)字和 177。 1個(gè)字”誤差對測量結(jié)果影響不一樣，被測電壓愈接近滿度電壓，測量的（相對）誤差愈小。完整顯示位每位均顯示 0~9的數(shù)字；顯示屏的最高位若不能顯示到數(shù)字 9，則該位稱為非完整顯示位，一般為 0~1，稱為半位或 1/2，也有 0~3(稱為 3/4)、 0~4(稱為 4/5)…… ，如最大顯示數(shù)為 1999(或 19999)，就稱為三位半 (或四位半 )；最大顯示數(shù)為 4999，稱為三又五分之四位。 ? DVM的測量范圍 ? 顯示位數(shù) ? 量程： DVM的量程是以基本量程（即 A/D變換器的輸入電壓范圍，誤差最?。榛A(chǔ)，通過步進(jìn)分壓器或前置放大器向高低兩端擴(kuò)展。 對于 3位半 DVM，若其量程為 1V，則該 DVM有 超量程能力（ 100%），若其量程為 2V，則該 DVM沒有 超量程能力。目前模擬式已經(jīng)很少采用，基本都采用數(shù)字式。 ? 自動(dòng)化程度高、測量速度快 —— 易于 數(shù)字化 。 ? 頻率和時(shí)間互為倒數(shù)，其標(biāo)準(zhǔn)具有 一致性 。其誤差約為 106量級(jí)。 ? 歷書時(shí)（ ET） ： 以地球繞太陽公轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)，即公轉(zhuǎn)周期（ 1年）的 31 556 1秒。 天文時(shí)標(biāo) 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學(xué) 標(biāo)準(zhǔn)頻率源 時(shí)間和頻率的原始標(biāo)準(zhǔn) 基于天文觀測的宏觀標(biāo)準(zhǔn)用于測試計(jì)量中的不足 ? 設(shè)備龐大、操作麻煩； ? 觀測時(shí)間長； ? 準(zhǔn)確度有限。 以此為標(biāo)準(zhǔn)定義出的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)稱為 原子時(shí)秒 。 原子頻標(biāo)的基本原理 標(biāo)準(zhǔn)頻率源 原子時(shí)標(biāo) 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學(xué) 時(shí)間和頻率的原始標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn)頻率源 世界時(shí)和原子時(shí)之間互有聯(lián)系，可以精確運(yùn)算，但不能彼此取代，各有各的用處。 現(xiàn)在，各國標(biāo)準(zhǔn)時(shí)號(hào)發(fā)播臺(tái)所發(fā)送的就是世界協(xié)調(diào)時(shí) 。由 內(nèi)部 晶體振蕩器 （也可 外接 ），通過 倍頻或分頻 得到。門控電路輸出的門控信號(hào)控制閘門的啟閉。 閘門打開時(shí)間為 1s，被測信號(hào)經(jīng)整形后通過閘門的脈沖數(shù)若有 100000個(gè)，即被測信號(hào)的頻率f=100000Hz，則顯示讀數(shù)為 100000，單位為 Hz。 電子計(jì)數(shù)式頻率計(jì)的原理 T=1s N=100,000 kHz 0 0 0 0. 0 1 N=10,000 T= kHz 0 0 0. 0 1 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學(xué) 頻率計(jì)數(shù)器的組成 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學(xué) (1) 輸入單元： 輸入電路的作用是將被測信號(hào)（或控制信號(hào)）進(jìn)行放大整形，然后送往主閘門（或控制電路）。 (3) 時(shí)基信號(hào)產(chǎn)生與變換單元： 用來控制計(jì)數(shù)器的工作程序 準(zhǔn)備 → 計(jì)數(shù) → 顯示 → 復(fù)零 → 準(zhǔn)備下一次測量 頻率計(jì)數(shù)器的組成 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學(xué) 首先將被測信號(hào)，如正弦信號(hào)、三角波、鋸齒波等波形，通過脈沖形成電路，轉(zhuǎn)換成脈沖，其重復(fù)頻率等于被測信號(hào)頻率fx。 ?如右圖所示，將被測信號(hào)送入 A通道，經(jīng)過放大整形后輸入到人工控制的閘門。將頻率較低的信號(hào)由 B通道輸入，經(jīng)過放大整形電路后去觸發(fā)門控雙穩(wěn)態(tài)電路，產(chǎn)生的門控脈沖打開閘門 ， 打開時(shí)間為 TB，是 B信號(hào)的一個(gè)周期；將頻率較高的信號(hào)由 A通道輸入，經(jīng)放大整形后送到閘門輸入端，由閘門輸出送入計(jì)數(shù)器直接計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)為 TB時(shí)間內(nèi) A信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù) N， NTA=TB，即頻率比 N=fA/fB。 ◆ 注意：頻率較 高 者由 A通道輸入，頻率較 低 者由 B通道輸入。 1誤差 。 1誤差。所以對于低頻信號(hào)，不宜直接測頻，應(yīng)采取測其周期再求倒數(shù)的方法得到頻率參數(shù)。晶體振蕩器的輸出或經(jīng)倍頻后得到頻率為 fs的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，其周期為 Ts，加于主門輸入端，在閘門時(shí)間 Tx內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)頻率脈沖信號(hào)通過閘門形成計(jì)數(shù)脈沖，送至計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，經(jīng)譯碼顯示計(jì)數(shù)值 N。 在未知的待測時(shí)間間隔內(nèi)累計(jì)已知的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間脈沖個(gè)數(shù) N，實(shí)現(xiàn)周期的測量。為便于顯示，多檔 時(shí)標(biāo)設(shè)定為 10的冪次方 。 1的誤差，稱為 量化誤差 ，也稱為 計(jì)數(shù)誤差 或 177。 ss 11fTTTNNNxx???????Tx： 被測周期 fs： 標(biāo)準(zhǔn)頻率 由上式可見，①當(dāng) fx一定時(shí)，減小標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間 Ts可減小 177。所以對于高頻信號(hào)，不宜直接測周，應(yīng)采取測其頻率再求倒數(shù)的方法得到周期參數(shù)。 量化誤差的相對值為 ccssffTT ????電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學(xué) 周期測量的誤差分析 3. 觸發(fā)誤差 在測量周期時(shí)，信號(hào)的流通路徑和測頻時(shí)完全相反，這時(shí)內(nèi)部的基準(zhǔn)信號(hào)，在閘門時(shí)間信號(hào)控制下通過主門，進(jìn)入計(jì)數(shù)器。 1誤差 )、 標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差 和 觸發(fā)誤差 。 人們自然會(huì)想到，測 高頻 信號(hào)頻率時(shí)，用計(jì)數(shù)法直接測出頻率；測 低頻 信號(hào)頻率時(shí)，用計(jì)數(shù)法先測其周期，再換算為頻率，以期得到高精度的測量。 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學(xué) 忽略周期測量時(shí)的觸發(fā)誤差，根據(jù)上面所述中界頻率的定義，考慮 ?Tx/Tx=?fx/fx，令測頻誤差式與測周誤差式取絕對值相等，即 將上式中 fx換為中界頻率 f0， Tx換為 T0再寫為 1/f0，Ts寫為 1/fs，則 ccxxccffTfTTff Δ1Δ s ???Tfff0s0 1?得中界頻率 Tff s0 ?4. 中界頻率 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學(xué) 周期測量時(shí)，以擴(kuò)大閘門時(shí)間 k 倍（擴(kuò)大待測信號(hào)周期k 倍），來測量精確度，則有 ???????? ????ccx ffkTTTxTx sΔ可得中界頻率更一般的定義式，即 nTkff s0 ? 若頻率測量時(shí)，擴(kuò)大閘門時(shí)間 n倍（ T 擴(kuò)大 n倍）以提高測量精確度，則有 ???????????ccxxxffTnfff Δ1Δ4. 中界頻率 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學(xué) [例 1] 某電子計(jì)數(shù)器，若可取的最大的 T、 fs值分別為 10s、 100MHz，并取 k=104， n=102，試確定該儀器可以選擇的中界頻率 f0。 ——描述正弦交流電的三 要素 相位的測量 電子測量與儀表（ Electronic Measurement and Instruments ） 西南科技大學(xué) 相位的測量 在實(shí)際工作中，經(jīng)常需要研究諸如放大器、濾波器、各種器件等的頻率特性，即輸出輸入信號(hào)間幅度比隨頻率的變化關(guān)系 (幅頻特性 )和輸出輸入信號(hào)間相位差隨頻率的變化關(guān)系 (相頻特性