【正文】 式（ 518）知，當 U小時積分斜率也小， 積滿 T時的 U也小。比較階段是定值積分，即 Us不變，由 式（ 520）知，積分斜率不變。當 U小就有 U也小，從 U積 到零所需的時間 T也就小。所以，式（ 522）中 Us、 T （或 N）均不變，被測電壓 U正比于時間隔 T（或 N）。 設時鐘脈沖周期 T=10μs， T時間內(nèi) N=6000個脈沖，Us=6000mV，則式（ 522）變?yōu)椋? （ 523） 電子測量原理 第 58頁 可見，如果參數(shù)選擇合適，被測電壓 U（ mV）就等于 T時 間內(nèi)填充的脈沖個數(shù) N。 其次應注意，這種 V—T型變換結果與積分參數(shù) RC無 關，因為兩次積分都是同一積分器完成的，所以可得高的 測量準確度。 第三，由式（ 522）知，被測結果取決于兩個因數(shù)，一 是標準電壓 Us的準確度和穩(wěn)定度，二是比值 T/ T。對于后 者，因是同一時鐘脈沖決定的，則對時鐘源的頻率準確度 不要求，但對短期穩(wěn)定度則要求要高。（此外，被測為正 電壓（ +U），定值積分由 K接入 Us） 電子測量原理 第 59頁 第四，抗干擾能力強。雙斜積分的本質(zhì)是平均值轉(zhuǎn)換 ，對幅值對稱的交流串模干擾有很強的抑制能力。通常工 頻是最主要的串模干擾源，選定時積分時間 T為工頻周期 的整數(shù)倍（如 20ms、 40ms、 80ms等）時，可將對稱的工 頻干擾全部消除。而共模干擾，因模擬電路和數(shù)字電路間 易于隔離，并可采用雙層屏蔽、浮地技術，易于提高抗共 模干擾能力。 目前，集成雙積分 A/D轉(zhuǎn)換器的應用日趨普遍，它的原 理同前。此類集成片，比逐次比較型集成簡單，成本也低 ，故而廣為應用。 常見的 DF DS14等型號的數(shù)字電壓表均采用 V/T型 雙積分轉(zhuǎn)換。 電子測量原理 第 60頁 V/F積分型 DVM V/F轉(zhuǎn)換過程也是不斷進行積分過程，因而 V/F式 DVM 也具有抑制串模干擾的能力。它先將被測模擬電壓轉(zhuǎn)換成 振蕩頻率 f，然后再以數(shù)字頻率測量電路測頻率值來表示被 測電壓的大小。 V/F式 A/D轉(zhuǎn)換的突出優(yōu)點是可以輸出與被 測模擬信號成正比的頻率信號，便于遠距離傳送，所以不 僅在數(shù)字電壓表中，而且在遙測、遙控及其它工業(yè)自動控 制技術中都被廣泛應用。 V/F式 A/D轉(zhuǎn)換通常有定時間復原型、定電荷復原型和 電壓反饋型等三類。目前市場上都有相應的單片集成電路 。最常見的是定電荷復原型 V/F轉(zhuǎn)換電路，下面予以簡介 . 電子測量原理 第 61頁 圖 518為定電荷平衡式 V/F轉(zhuǎn)換的原理圖。 它由積分器、比較器和復位電路三部分組成，而復位 電路由單穩(wěn)態(tài)電路、恒流源 IR和模擬開關 K組成。電路的 工作過程是： 電子測量原理 第 62頁 當積分器的輸出電壓 Uint下降到 EK時，比較器 A的輸 出 Uo負跳變，使單穩(wěn)態(tài)定時電路輸出一個寬度為 to的正脈 沖，使 K 導通 to時間，將恒流源 IR與積分器電流相加接通 。因設計時保證 I=（ U/R） IR，則在 to期間積分器反向充 電，使 Uint線性上升。當 to結束后， K 截止，積分器在輸 入電壓 Ui作用下正向充電， Uint下降，直至 Uint下降至 EK 時，比較器翻轉(zhuǎn)，積分器再次反向充電。如此反復，振蕩 不止。（ b）圖給出了定電荷復原型的工作波形： 根據(jù)充放電電荷平衡原理可得： （ 524） 電子測量原理 第 63頁 因此，輸出脈沖頻率為： （ 525） 由式（ 525）可看出，輸出脈沖頻率與輸入電壓 Ui成 正比。由于復位電路采用了恒流源 IR和單穩(wěn)態(tài)定時電路， 使放電電荷為定量（ IR to），且與輸入電壓大小無關，因 此可使轉(zhuǎn)換的非線性誤差小于 %。如 ADVFC3 AD53 AD650等芯片均屬此類 V/F轉(zhuǎn)換，其線性度高于 177。 %，可滿足較高的 A/D轉(zhuǎn)換精度。 V/F轉(zhuǎn)換器具有積算性能，可對模擬量進行長時間累計 ，故可廣泛用于直流電度表、數(shù)字流量計、里程表等；當 計數(shù)周期取工頻周期的整數(shù)倍時，可有效抑制工頻干擾； 電子測量原理 第 64頁 因轉(zhuǎn)換后為脈沖，便于遠距離傳輸 ；還適于在自動控制系 統(tǒng)中應用，因為可方便將頻率再轉(zhuǎn)換成 V，并返饋到輸入 回路實現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制；同時， V/F轉(zhuǎn)換器電路簡單、 動態(tài)范圍大、精度高。因此， V/F轉(zhuǎn)換器應用廣泛。但 V/F 轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度慢，并與分辨力是矛盾的。 電子測量原理 第 65頁 脈寬調(diào)制式 DVM 脈寬調(diào)制式將被測量轉(zhuǎn)換成與其成比例的脈沖寬度的 差，是一種優(yōu)良的 V/T轉(zhuǎn)換式裝置，可實現(xiàn)高精度測量。 圖 519 脈寬調(diào)制式 DVM的原理框圖 電子測量原理 第 66頁 積分器輸入有被測 U、基準 177。 Ur、方波節(jié)拍 177。 Uc三個電壓 ，它們一起參加積分運算；積分器的輸出電壓 Uo，它與零 電平進行比較。由邏輯控制電路保證：當 Uo0 時，電子 開關 K接通 +Ur；當 Uo0時，電子開關 K接通 Ur，形成一 個負反饋系統(tǒng)。節(jié)拍方波電壓 由時鐘發(fā)生器脈沖經(jīng)分頻得到，為提高抗干擾能力， 其周期為工頻周期的整數(shù)倍；而幅值滿足 Uc| U|+|Ur|，以 保證節(jié)拍方波對調(diào)寬周期的控制，并使系統(tǒng)穩(wěn)定和比較器 不靈敏區(qū)的影響大大減小。 圖 520示出了脈寬調(diào)制的波形，（ a）圖為積分器輸入 信號波形，（ b）圖是合成輸入波形，（ c）圖是積分器輸 出信號波形，（ d）圖為比較器輸出波形。 電子測量原理 第 67頁 根據(jù)積分電容充放電電量相等的原則，因節(jié)拍方波對 稱而充電與放電已相等，則： （ 526） 即： （ 527） 當 R=R時，有： （ 528） 式中節(jié)拍周期 T=T+T，是常數(shù)?？梢姡粶y電壓 U與 正、負基準電壓接入時間之差（ T T）成正比， U不同， T 分割成的 T、 T也不同，其差值也就不同，從而實現(xiàn)了 V/T 轉(zhuǎn)換。 電子測量原理 第 68頁 式中節(jié)拍周期 T=T+T，是常數(shù)?？梢姡粶y電壓 U與正、 負基準電壓接入時間之差（ T T）成正比， U不同， T分 割成的 T、 T也不同，其差值也就不同，從而實現(xiàn)了 V/T轉(zhuǎn) 換。 當 U為負時： （ 529） 由式（ 528）、（ 529）可知，只需要在時間 |T1T2| 內(nèi)對時鐘脈沖進行計數(shù)即可反映被測 U值的大小。利用這 種原理構成的 DVM有 SD693B 型等。 電子測量原理 第 69頁 圖 520 脈寬調(diào)制電路波形 這種 DVM 的準確度主要取決于 Ur、 R及 R，與積分電 容 C和和節(jié)拍電壓 Uc的準確度基本無關。由于積分器與零 比較器均在負反饋閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，因而對二者的要求可以低 一些，這一點比雙斜積分式為佳。 電子測量原理 第 70頁 數(shù)字電壓表的工作特性 上面我們對數(shù)字電壓表的兩大類型中應用最廣的 A/D轉(zhuǎn) 換 DVM進行了較詳細地介紹，對于復合型 DVM 沒有介紹 。這里，我們要特別指出的是，盡管介紹的 DVM都是以測 直流電壓 U來講原理的，對于交流電壓 u，只需要加一個電 子電壓表中介紹的檢波器將交流轉(zhuǎn)換成直流即可。下面介 紹與模擬電子電壓表不同的主要工作特性。 DVM的范圍有兩方面內(nèi)容。一是量程，通常是 nV級到 kV級，而基本量程多半為 1V或 10 V，亦有 2V或 5V的。其 次是顯示位數(shù)，有 3位、 4位等，還有 3位、 4位、 6位等。 電子測量原理 第 71頁 所謂位，有兩種含義：第一種情況，表示具有超量程 能力，如基本量程 10V， 4位 DVM最大顯示 ，而 4位 最大顯示 （首位只顯示 0或 1），后者就具有超量程 能力。第二種情況，基本量程為 2， 4位最大顯示數(shù) V，無超量程能力?？梢姡郊邮孜唬次唬?，在 1V或 10 V基本量程時具有超量程能力。 分辨力指 DVM能顯示的 U的最小變化值，即顯示器末 位跳一個字所需的最小輸入電壓值。最小量程的分辨力最 高。 電子測量原理 第 72頁 他指每秒鐘對被測電壓的測量次數(shù)，或完成一次測量 過程所需的時間。逐次比較式最高可達 105次 /秒以上，比 積分式高。 積分型 DVM抗串模干擾能力較強，適當延長采樣時間 可改善抗干擾性能。分析可知，低頻串模干擾大，特別是 工頻干擾。當取采樣時間為干擾信號周期的整數(shù)倍時，串 模干擾抑制相當好。所以，常取采樣時間為 20ms、 40ms 、 80ms等（因為工頻周期為 20ms）。 電子測量原理 第 73頁 其他 數(shù)字電壓表除功能為手動外，已發(fā)展為具有自動調(diào)零 、自動量程轉(zhuǎn)換和小數(shù)點自動定位等自動功能，使電壓的 數(shù)字測量具有更強的生命力。 在大型綜合測試系統(tǒng)中，目前都采用計算機為核心構 成自動化、智能化測量。在這樣的測試系統(tǒng)中，電壓測量 極為方便，只要采用“ A/D”集成片通過接口電路，便可與 計算機聯(lián)機，對電壓自動智能測試，并實現(xiàn)屏幕顯示和打 印結果。