【正文】 頁 圖 b中，將被測電阻作為反饋電阻，將恒流源輸出 Ir流過一個已知的精密電阻，從而得到參考電壓 Vr如圖，放大器輸出 ,于是 如果將 Vo作為 A/D轉(zhuǎn)換器的輸入，并將 Vr直接作為 A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓，即可實現(xiàn)比例測量。 1xorRVVR??1oxrVRRV??恒 流 源 ( 可 調(diào) ) A / D + A m p I r V r R 1 R x 精 密 電 阻 V o V r 第 96頁 5． 5． 2 數(shù)字多用表 ? 組成框圖 ? 數(shù)字多用表（ DMM）的主要特點 ? DVM的 功能擴展 。 DMM可進行直流電壓、交流電壓、電流、阻抗等測量。 ? 測量分辨力和精度 有低、中、高三個檔級，位數(shù) 3位半 8位半。 A C / D CI / VZ / VD V MC P UD CA CIZ第 97頁 ? 數(shù)字多用表（ DMM）的主要特點 ? 一般 內(nèi)置有微處理器 ?？蓪崿F(xiàn)開機自檢、自動校準、自動量程選擇，以及測量數(shù)據(jù)的處理（求平均、均方根值）等自動測量功能。 ? 一般具有 外部通信接口 ，如 RS23 GPIB等，易于組成自動測試系統(tǒng)。 ? 數(shù)字多用表的使用 (測電阻 ) ? 二端法和四端法測電阻。如下圖（圖中 RlRl Rl Rl4為等效導線電阻和接觸電阻）。 第 98頁 a. 二端法 b. 四端法 圖 a中， 實際測量得到的電阻值為 Rx+Rl1+Rl2 （即包含了引線電阻和接觸電阻），使測量值偏大。適合 測量大電阻。 圖 b中，為了提高小電阻測量精度，采用四端法。 RxI rIr VxD M MRl1Rl2RxIrIr VxD M MRl1Rl2Rl3Rl4第 99頁 5． 6 數(shù)字電壓表誤差分析及自動化技術(shù) 5． 6． 1 DVM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 表示在一定測量條件下 DVM本身所固有的誤差，它反映了 DVM的性能指標。 附加誤差 指測量環(huán)境的變化（如溫度漂移）和測量條件（如被測電壓的等效信號源內(nèi)阻）所引起的測量誤差。 第 100頁 1 2 3 4() xxN k k k k V k V??1 2 3 4k k k k k?(1) 固有誤差 用 或 表示。 讀數(shù)誤差 與被測電壓大小有關(guān)，它包括 轉(zhuǎn)換誤差（或稱為刻度誤差）和 非線性誤差 ； 滿度誤差 與被測電壓大小無關(guān)，主要由 系統(tǒng)漂移 引起。 轉(zhuǎn)換誤差 表示了從輸入衰減 /放大器（設(shè)傳遞系數(shù)分別為 k1和 k2）、模擬開關(guān)（傳遞系數(shù) k3）到 A/D轉(zhuǎn)換器（傳遞系數(shù) k4）的轉(zhuǎn)換特性。將 DVM的輸入Vx到最終轉(zhuǎn)換結(jié)果 N視為一個由 k1~k4的多級級連系統(tǒng)，則 式中， 即為 DVM的 “ 轉(zhuǎn)換系數(shù) ” ，它是刻度系數(shù) e（ V/字）的倒數(shù)。 理論上，轉(zhuǎn)換系數(shù) k應為常數(shù) ，但由于各部件的非理想性，必然存在誤差。 ( % )xV V n?? ? ? ? 字第 101頁 由 ,轉(zhuǎn)換系數(shù) k的相對誤差為各 kk k k4的相對誤差之和。若不考慮非線性誤差，則 k%即為讀數(shù)誤差項系數(shù)（ α %）。即 ? 滿度誤差 滿度誤差 是由級連系統(tǒng)中各部件的漂移引起的，與輸入電壓無關(guān)。 1 2 3 4k k k k k?31 2 41 2 3 4% kk k kkk k k k k? ?? ? ??? ? ? ? ? 設(shè)各部件的輸出電壓分別為 Vo1,Vo2,Vo3和 Vo4，輸出電壓的誤差量分別為 Δ Vo1,Δ Vo2,Δ Vo3,Δ Vo4，則折合到總輸入端（相對于被測量）的誤差量為 則滿度誤差項系數(shù) 為： 1 2 3 41 1 2 1 2 3 1 2 3 4o o o oV V V VVk k k k k k k k k k? ? ? ?? ? ? ? ?%mVV ?? ?第 102頁 VxN0理 想 特 性轉(zhuǎn) 換 誤 差 影 響 下的 特 性滿 度 誤 差 影 響 下 的 特 性（ 平 行 于 理 想 特 性 ）讀 數(shù) 誤 差 和 滿 度 誤 差共 同 影 響 下 的實 際 轉(zhuǎn) 換 特 性V?DVM存在讀數(shù)誤差和滿度誤差時的轉(zhuǎn)換特性如下圖所示（圖中粗線為實際轉(zhuǎn)換特性曲線）。 第 103頁 (2) 附加誤差 由 DVM輸入阻抗、輸入零電流及溫度漂移 等引起。 DVM的輸入等效電路： 圖中， Rs為輸入電壓 Vx的等效信號源內(nèi)阻， Ri和 I0分別為 DVM的等效輸入電阻和輸入零電流。 HLI0D V MRsVx R i第 104頁 由 Ri和 I0引入的附加誤差 為： 典型 DVM的輸入放大器的輸入電阻為 1000MΩ(接入分壓器時輸入電阻為 10MΩ),輸入零電流約為 。 溫度漂移引起的附加誤差 ： 用 ℃ 或溫度系數(shù) ppm(百萬分之一 )表示。 iixxx H L x s i s sRx x x s i iR VVV V V R R R RV V V R R R??? ? ?? ? ? ? ? ? ??000()x H L x s x x sIx x x xV V V I R V V I RV V V V?? ? ? ?? ? ? ?( % % ) /xmVV???第 105頁 [例 ] 一臺 3位半的 DVM給出的精度為： 177。 （ %讀數(shù) +1字），如用該 DVM的 0~20V DC的基本量程分別測量 電源電壓，試計算 DVM測量的固有誤差。 [解 ] 首先 ， 計算出 “ 1字 ” 對應的滿度誤差 。 在 0~20V量程上 ， 3位半的 DVM對應的刻度系數(shù)為 ， 因而滿度誤差 “ 1字 ” 相當于 。 當 Vx=，固有誤差和相對誤差分別為： ΔV x＝ 177。 (% ＋ )＝ 177。 當 Vx=，固有誤差和相對誤差分別為： ΔVx＝ 177。 (% ＋ )＝ 177。 可見， 被測電壓愈接近滿度電壓，測量的（相對）誤差愈小 （這也是在使用 DVM時應注意的）。 0 .0 1 51 0 0 % 1 0 0 % 0 .3 %5 .0 0xxxVV?? ?? ? ? ? ? ?第 106頁 2 DVM中各部件的 誤差分析 以雙斜式 A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的 DVM為例，考慮由輸入通道電路和 A/D轉(zhuǎn)換器各組成部件的非理想而引入的誤差及相應的誤差表達式。 這些誤差包括：積分器誤差；比較器誤差；模擬開關(guān)誤差；基準電壓源誤差；輸入衰減 /放大器誤差； A/D轉(zhuǎn)換器的量化誤差。 第 107頁 1) 積分器誤差 ： 積分器的輸入失調(diào)電壓 Uos和輸入偏 置電流 IB引起的誤差。 采用積分器動態(tài)校零技術(shù)可消除 Uos和 IB影響。 2) 比較器誤差 ：比較器的靈敏度 (電壓分辨力 )和響應帶寬 (時間分辨力 )不足將對 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果產(chǎn)生影響。 Uo sIB+RC積 分 器ViVoUo sVot實 際 積 分 器輸 出理 想 積 分 器輸 出第 108頁 3) 基準電壓源誤差 ：基準電壓（參考電壓）的精度和穩(wěn)定性也將直接影響到 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。 4) 模擬開關(guān)誤差 ：實際的模擬開關(guān)總存在一定的導通電阻（接通時）及漏電流（斷開時），因此，對后續(xù)電路產(chǎn)生影響。為減小模擬開關(guān)誤差，可在模擬開關(guān)到積分器的積分電阻之間加入一級跟隨器。 5) 輸入衰減 /放大器誤差 ：非理想的輸入衰減 /放大器的零點漂移、增益誤差、響應帶寬的影響，以及輸入阻抗與輸入信號源的等效內(nèi)阻對輸入信號的影響，輸出阻抗對后續(xù)電路的影響等，都將引入 DVM的測量誤差。 6) A/D轉(zhuǎn)換器的量化誤差 ： A/D轉(zhuǎn)換器用有限位數(shù)的數(shù)字量來表示模擬電壓（等分 2n個階梯） 。量化誤差最大為 (1LSB相當于一個量化階梯 )。 12 LSB?第 109頁 5． 6． 2 DVM中的自動校正技術(shù) 1 滿度誤差與自動校零技術(shù) 滿度誤差主要由輸入放大器和積分器的 Uos和 IB引起。 放大器輸入端的零點漂移 Uos〉 輸出端為 AUos。圖 a。 為減小 Uos的影響，可在放大器同相或反相輸入端采 用一個保持電容，用以抵消該漂移電壓。下圖 b。 Uos引起輸出變化 AUos （并聯(lián)式） U o s + A V i V o = A ( V i + U o s ) U o s + A V i V o = A V i + U o s + + K 1 K 2 K 3 + C 0 A 1 + A o s U 第 110頁 滿度誤差 自動校零原理 在 A/D轉(zhuǎn)換之前，插入一個“零采樣期”（放大器成為一個“零點電壓跟隨器”），同相端 U＋＝ Uos，反相端 U－＝ Vo，由 Vo＝Ａ (Uos－ Vo)，可得： 零采樣期結(jié)束時，該電壓將存儲于保持電容器 C0中。 接入 Vi后，有： 可見，放大器 Uos的影響，其輸出也僅為 Uos（比沒有自動校零時的圖 a減小了 A倍）。 實際 DVM中，輸入放大器、積分器和比較器都存在Uos，因此，存儲電容 C0存儲的是總的零點漂移電壓。 1o os osAV U UA???11o i os os i os i osAAV A V U U AV U AV UAA??? ? ? ? ? ? ???????第 111頁 2 讀數(shù)誤差的自動校正技術(shù) 積分器的零點校正，不僅可以減小滿度誤差，也可減小讀數(shù)誤差中的 轉(zhuǎn)換誤差 。 讀數(shù)誤差中的 非線性誤差 ，則還需要采取其他措施，主要有補償和校正兩種措施（參考有關(guān)文獻）。 第 112頁 3 DVM的校準測量原理 (軟件校準 ) 利用微處理器的數(shù)據(jù)存儲與運算功能，可對轉(zhuǎn) 換誤差（通道增益）和零點漂移進行校準，即 軟 件校準測量 。 軟件校準測量原理 如下圖。 000A /D轉(zhuǎn) 換 器VxVr0 VNxNrN0衰 減 /放 大 器轉(zhuǎn) 換 系 數(shù) k總 漂 移Uo sS 1S 2S 3第 113頁 0 osN k U?000A /D轉(zhuǎn) 換 器VxVr0 VNxNrN0衰 減 /放 大 器轉(zhuǎn) 換 系 數(shù) k總 漂 移Uo sS 1S 2S 3 如圖，設(shè) Uos為折算到輸入端的等效零漂，總的轉(zhuǎn)換系數(shù)為 k， Nx、 Nr、 N0分別為輸入被測電壓 Vx、參考電壓 Vr和 0V(接地 )時 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量。 校準過程如下： (1)零點校準 。零點電壓（ 0V）經(jīng)衰減 /放大后，得到相應的轉(zhuǎn)換結(jié)果 N0并存儲。 第 114頁 (2) 參考校準 （取滿量程的 80%）。接入?yún)⒖茧妷篤r并進行 A/D轉(zhuǎn)換，設(shè)轉(zhuǎn)換結(jié)果為 Nr并存儲。 (3) 輸入被測電壓 Vx并進行 A/D轉(zhuǎn)換，設(shè)轉(zhuǎn)換結(jié)果為 Nx。 聯(lián)立三式得： 上式為 校準測量的基本關(guān)系式 。完全消除了通道零漂 Uos和轉(zhuǎn)換系數(shù) k的變化引起的測量誤差。 ()r r o sN k V U??()x x o sN k V U??00()x x os os xr r os os rN N k V U k U VN N k V U k U V? ? ?