【正文】 （ T）或頻率（ F），再把中間量 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。 圖 513 數(shù)字電壓表原理框圖 上述兩大類各有優(yōu)缺點，若將二者結(jié)合起來，便構(gòu)成了復(fù)合型。 輸 入 電 路 計 數(shù) 電 路顯 示電 路A / D 變換 器電子測量原理 第 48頁 逐次比較型 DVM 逐次比較型 DVM的原理與天平稱重物很相象，它將基 準(zhǔn)電壓分成若干基準(zhǔn)碼，把被測電壓與可變碼壓進(jìn)行比較 ，直至達(dá)到平衡，從而顯示出被測電壓值。 工作原理是這樣的：在程序控制下，先將最高位碼的 電壓 Us與 U進(jìn)行比較，若 ΔU=UUs≥0，則寄存器中的“ 1” 保留；若 ΔU0,則寄存器的“ 1”舍棄（變?yōu)椤?0”），同時此 位碼壓 Us也取消。就這樣重復(fù)下去， 直到最低位碼為止。 電子測量原理 第 50頁 為了進(jìn)一步說明這個原理，我們舉一個一位數(shù)的逐次 比較，其原理圖見 515。 2，使其翻 圖 515 一位數(shù)的逐次比較原理圖 轉(zhuǎn)，放出 Us=4V與 U比較， ΔU=540，雙穩(wěn) 2保持不變， 4V保存，并將“ 1”送寄存器 . 雙穩(wěn)18 4 2 1雙穩(wěn)2雙穩(wěn)3雙穩(wěn)4Δ UUSUx電 砝 碼程 序 控制 器比 較 器電子測量原理 第 51頁 3，使其翻轉(zhuǎn)，放出 Us=2V，再與 4V 相加后與 U比較，有 ΔU=560，雙穩(wěn) 3翻回，取消 2V電壓 ，輸出“ 0”送寄存器。 經(jīng)過四次比較，只有雙穩(wěn) 2和雙穩(wěn) 4沒有翻回，得到二 進(jìn)制數(shù) 0101，這正是十進(jìn)制的 5 ，即為被測電壓值。它是按 8421碼逐次漸進(jìn)的方式工作的。 PZ8型 DVM屬于此類儀 表，它的砝碼電壓由權(quán)電 阻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生。它的原理與前述基本相同，即 U與 Uo比較，大者留，小者棄，從最高位開始逐位比較。 脈 沖分 配 器保 持 寄存 器D / A 轉(zhuǎn) 換 器+比 較 器AU oU x時 鐘 脈 沖123L S Bn? ?…? ?12 3n電子測量原理 第 53頁 V/T積分型 DVM 由于 DVM的靈敏度極高（一般可達(dá) 1μV，高的可達(dá) 1nV），同時準(zhǔn)確度又高（直流可達(dá) 106量級）， 則干擾 對準(zhǔn)確度影響突出。而積分式 DVM則有較高的串模干 擾抑制能力，因而自上世紀(jì)六十年代問世以來得到較快的 發(fā)展，在數(shù)字電壓表中占有相當(dāng)重要的地位。 雙斜積分式 DVM是在一個測量周期內(nèi)用同一個積分器 積分兩次 ，將被測電壓轉(zhuǎn)換成與其成正比的時間間隔，用 電子測量原理 第 54頁 在次間隔內(nèi)填充的標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)來反映被測電壓，故叫 V/T變 換型。 圖 517 “V/T”型雙斜積分式 電子測量原理 第 55頁 設(shè)被測為負(fù)電壓（ U）。 采樣階段（ t～ t），邏輯控制電路使電子開關(guān) K斷、 K 合，積分器正向積分（ U0），比較器輸出打開主門，則 時鐘脈沖通過主門進(jìn)入計數(shù)器計數(shù)。積分電壓： （ 518） 電子測量原理 第 56頁 當(dāng) t=t時： （ 519） 比較階段（ t～ t），是在 t時刻邏輯控制電路在斷開 K的 同時接通 K，此刻邏輯控制電路還使計數(shù)器清零。其計數(shù)結(jié)果存入寄存器。由式（ 518）知，當(dāng) U小時積分斜率也小， 積滿 T時的 U也小。當(dāng) U小就有 U也小，從 U積 到零所需的時間 T也就小。 設(shè)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。 第三，由式（ 522）知，被測結(jié)果取決于兩個因數(shù)，一 是標(biāo)準(zhǔn)電壓 Us的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度，二是比值 T/ T。（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。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。 目前，集成雙積分 A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用日趨普遍，它的原 理同前。 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。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)換通常有定時間復(fù)原型、定電荷復(fù)原型和 電壓反饋型等三類。最常見的是定電荷復(fù)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。電路的 工作過程是： 電子測量原理 第 62頁 當(dāng)積分器的輸出電壓 Uint下降到 EK時，比較器 A的輸 出 Uo負(fù)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(dǎo)通 to時間，將恒流源 IR與積分器電流相加接通 。當(dāng) to結(jié)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。（ b）圖給出了定電荷復(fù)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。如 ADVFC3 AD53 AD650等芯片均屬此類 V/F轉(zhuǎn)換，其線性度高于 177。 V/F轉(zhuǎn)換器具有積算性能，可對模擬量進(jìn)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(dāng) 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(yuǎn)距離傳輸 ；還適于在自動控制系 統(tǒng)中應(yīng)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。但 V/F 轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度慢，并與分辨力是矛盾的。 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(zhǔn) 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(jìn)行比較。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。 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(dāng) R=R時，有： （ 528） 式中節(jié)拍周期 T=T+T，是常數(shù)。 電子測量原理 第 68頁 式中節(jié)拍周期 T=T+T，是常數(shù)。 當(dāng) U為負(fù)時： （ 529） 由式（ 528）、（ 529）可知，只需要在時間 |T1T2| 內(nèi)對時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù)即可反映被測 U值的大小。 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(zhǔn)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(zhǔn)確度基本無關(guān)。 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(yīng)用最廣的 A/D轉(zhuǎn) 換 DVM進(jìn)行了較詳細(xì)地介紹，對于復(fù)合型 DVM 沒有介紹 。下面介 紹與模擬電子電壓表不同的主要工作特性。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。 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。可見，附加首位（即位），在 1V或 10 V基本量程時具有超量程能力。最小量程的分辨力最 高。逐次比較式最高可達(dá) 105次 /秒以上，比 積分式高。分析可知，低頻串模干擾大，特別是 工頻干擾。所以，常取采樣時間為 20ms、 40ms 、 80ms等（因為工頻周期為 20ms）。 在大型綜合測試系統(tǒng)中，目前都采用計算機為核心構(gòu) 成自動化、智能化測量。