数字电压表应用..

显示方式：十进制数码方式； 分段式； 矩阵式。
题4：数字电压表的显示 方式： 十进制数码方式； 分段式； 矩阵式。
5. 数字电压表的主要技术参数 (1) 测量范围和量程 基本量程——误差最小的量程(被测量在表内 不经放大和衰减)； • 多量程的划分 非基本量程——基本量程以外的量程； • 各量程的测量范围、误差大小； • 超量程能力； • 量程切换方式 (2) 分辨力 指DVM能够读取的被测电压的最小变化值，或显示器 末位跳一个字所需的输入电压值。 (3) 抗干扰能力
对于14位的A/D-C，时钟频率10MHz 双斜积分式A/D-C：300次/秒； 三次积分式A/D-C：26000次/秒。
速度提高了85倍。
2. 全并行比较式A/D转换器
这是所有A/D-C最快的。 转换时间仅受比较器上升时 间的限制。转换速度可以达 到0 .1S。 当输出电压大于比较器 的门限电压时，比较器的输 出为“1”，否则输出“0”。 对于N位的A/D-C，需要 2N个比较器。如十位A/D-C， 需要有1023个比较器。由此 严重限制了此种原理的A/D-C 的位数。
或 将 代入 得
T2 V x VN T1
T1 N1T0 T N T 2 0 2
T2 V x VN T1 VN Vx N N2 1
T0为晶振周期
N1和VN均为已知，因此， N2即反映了被测量Vx的大小。 特点： • 抗干扰能力强； • 对积分元件的稳定性和准确度要求低； • 速度慢，一般30次/秒。
积分器的输出与零电平比较，比较结果控制基准电压 U R 的 极性，从而电路组成一个不连续的负反馈系统。
由于节拍方波是正负对称的，即在整个周期内的平均电压为 零，因此，基准电压+UR和- UR 对应的时间宽度，决定于电压 Ux的大小，即完成了 V/T 转换。
积分器输入电压
Ux T1 T2 U R T1 U R T2 0 R1 R3 R3
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数字电压表的应用
概述 A/D转换器
直流数字电压表及其功能扩展
概述
数字电压表是将被测对象离散化，数据处理后以数字形式显 示的仪表。数字电压表在原理、结构、测量方法上完全不同于模 拟式仪表。
随着半导体技术和计算机技术的发展，数字仪表迅速发展。
数字电压表的种类
• 数字电压表(DVM)； • 数字电流表； • 数字电阻表； • 数字功率表； • 数字电能表； • 数字电桥； …；
t3


t1 ~ t2 期间，对UN 定斜积分，直到比较器1动作，此时积分器的输出
Ux UN UN t 2 t1 U t 2 U t1 t 2 t1 t1 t 0 RC RC RC
在时间 t1 ~ t2 期间内，仅计数器高位
积分器输出
U t1
UB
工作，所计的脉冲数为
A/D转换器
分类：逐次逼近式； 间接式 ： 双斜积分式； 压频转换式； 复合式； 主要技术特性： • 量化误差； • 模拟误差； 偏移误差； 增益误差； 非线性误差； • 转换时间； 特点： 直接比较式：转换速度快； 抗干扰性差： 间接式：转换速度慢； 抗干扰性强；
偏移误差
增益误差 非线性误差
题6：数字表A/D转换器的 分类： 逐次逼近式； 间接式 ： 双斜积分式； 压频转换式； 复合式；
串模干扰电压的峰值 SMRR 20log 显示值产生的最大误差 共模干扰电压的峰值 CMRR 20log 显示值产生的最大误差
(4) 输入阻抗 输入阻抗指DVM在工作状态下，从输入端看进去的输入 电路的等效电阻。 DVM在基本量程的输入电阻可达10G，对于非基本量程， 由于使用了分压器，一般为10M 。 (5) 显示位数 DVM的显示位数是以完整的显示数字的多少来确定的。
R1 T2 T1 Ux R T U R 3
Ux
UR
Uc
被测电压正比于 T2 -T1
积分器各 输入电压 相加波形
积分器 输出电压 调宽脉冲 波形
T1
T2
四、快速及高准确度A/D转换器 1.三次积分A/D转换器 双斜积分A/D-C缺点：速度慢。 改进： 对双斜积分式A/D-C的对 UN的反向积分分成一次粗积分 和一次精积分。
的误差(余数)进行放大，再做下一次比较。 再循环取有限次，一方面是因为电路固有噪声的限制，
不可能无穷地如此循环转换下去。另一方面，转换结果的分
率打0.1V，能满足DVM的要求了。
一、由直流数字电压表扩展为数字多用表
与指针式万用表相似，数字多用表(Digital Multi-Meter 简写为DMM)是在直流数字电压表的基础上扩展而成的。 区别在于： 指针式字万用表——基本量测量为直流电流； 表头为磁电系测量机构 数字多用表——基本量测量为直流电压； 表头为A/D-C为核心的数字表头。 功 输入 能 选 择 R/V转换 I/V转换 AC/DC转换
27 t 2 t1 N1 T0
t2 ~ t3 期间，对
t0
t1 t 2
t3
UN 定斜积分，直到比较器2动作，此时积分器的输出 7 2
Ux UB UN UN t3 t 2 t1 t0 t 2 t1 7 t3 t 2 U t3 U t 2 7 2 RC RC RC 2 RC
t0~ t1 期间，对Ux定时积分
Ux
UN
R
C
UB
比较1
UN
积分
2
7
比较2
晶振
逻辑控制
26 25 24 23 22 21 20
213 212 211 210 29 28 27
积分器输出
Uf0
U t1 Uf
t1 t 2
Ux t1 t0 U t1 t0 RC 定时时间 t1 - t0由计数器低位溢出决定 t1 t0 27 T0
7 8 6 8 6 8 5 8 3 8 2 8 1 8
UN
Ux
并行二进制输出 转换逻辑
UN
UN UN UN UN
UN UN
R
3位A/D-C
改进：串并行比较式A/D转换器
3. 余数再循环(Recirculating Remainder)式A/D转换器
基本思想：
用有限的N次(如N=5)来逐步逼近被测电压Vx，每次得到
举例: AD574 DIP28脚芯片， 片内：A/D转换； 转换控制； 时钟； 总线接口； 技术指标： • 12bits AD574的单极性接法 • 非线性误差：1/2LSB; • 模拟输入范围： 5V；10V；0~10V；0~20V； • 转换时间：<25S； • 功耗：450mW
AD574的应用电路
1 0000~1999——3 1 位 ; 0000~8999 —— 3 位 2 2 0000~9999——4位 (6) 测量速度
测量速度指在单位时间内，仪表以规定的准确度完成的 最大测量次数。它主要取决于A/D转换速度和运放响应时间。 (7) 误差的表示
(a%Vn b%VM )
题5：数字电压表的测量 速度指在单位时间内， 仪表以规定的准确度完 成的最大测量次数。它 主要取决于A/D转换速度 和运放响应时间。
三 、数字电压表的一般结构 1. 数字电压表的通用框图 被测频率 x/ f -C 被测量x (U,I,P, R,L,C...) V/f-C x/ V -C x/P-C 被测相位 / T-C 被测量直流电压频率——V/F式DVM； 被测量直流电压时间间隔——V/T式DVM； 被测量直流电压脉冲数码频率——反馈比较式DVM 仪表核心：直流电压的测量 V/P-C V/T-C T/P-C (P为脉冲数；V为直流电压；)
(2) 高准确度阶段——复合型A/D-C原理，显示位数达八位， 准确度百万分之几。 1971：三次采样积分式(日本TR6567)； 1973：两次采样电感分压比较型(英国SM-215)； (3) 智能化阶段——内嵌 P 的DVM，除完成原有DVM功能外， 还能自校、自检，完成数据处理自动化和可 编程，通过标准接口组成自动测试系统。 代表的产品有Fluke、 Datron、 Solartron等公司的产品。
一、数字电压表的特点 • 准确度高——电压可达10-6数量级；一般的DVM很容易达到10-4 •输入阻抗高——DVM的输入阻抗一般都达到100兆欧； •测量范围宽 •灵敏度高——DVM的分辨率可达0.01V；
•测量速度快
•读数清晰，直观方便 •测量过程自动化——极性判断；量限切换；自动校零…； •可组成测试系统； • 结构复杂； 成本高； 线路复杂； 专业维修；
频率计
计数器 存储器 译码器 显示器
2. 直流数字电压表框图 模拟电路 输入 输入 电路
标准电压源
数字电路 电子 计数器 数字 显示器
A/D 转换
逻辑控制电路
输入电路包括衰减器、前置放大器、切换开关等。 为增强电表功能，数字电路中还可包含微处理器。
题3：数字电压表输入电 路包括衰减器、前置放大 器、切换开关等
二 、双斜积分式A/D转换器
积分器输出电压 V0
Vx VN 积分 比较
V0’
逻辑控制电路 0 定时积分
t1 t2 ’ t2 t
定斜积分
门控
复位 进位
晶振
控制门
计数器
显示
T1
T2
1 V0 RC
定时积分阶段
定斜积分阶段

t1
0
T1 V x dt Vx RC
由上两式得
1 t2 T2 0 V0 V N dt V0 VN t RC 1 RC T1 T2 Vx VN RC RC
题2：数字电压表的主要 特点准确度高，输入阻抗 高，测量范围宽，灵敏度 高，测量速度快，读数清 晰直观。
二、数字仪表的发展过程 (1) 数字化阶段——50~60年代中期，运用各种原理实现 A/D转换， 3 12 ~ 5 12 从而实现仪表数字化，显示位数 1952：第一台DVM问世，电子管司服比较式； 1956：电压-时间 (V/T)式； 1961：全晶体管式逐次逼近比较式； 1966：双斜积分式。
三 、脉宽调制(PWM)积分式A/D转换器
Vx Uc
UR
PWM式A/D转换 器是将输入电压调制 为脉冲宽度(V/T )。 然后再对脉冲宽度计 数。
节拍方波 基准
积分
比较
逻辑控制电路
门控 复位 进位
分频
晶振Байду номын сангаас
控制门
计数器
显示
积分器的输入：被测电压Vx、节拍方波 U c 、基准电压 U R
一 、逐次逼近式A/D转换器 基于电位差计原理。
比较器
D/A转换
数码寄存器
标准电压源
译码显示器
输入
输入电路
脉冲分配器
时钟
比较器：鉴别电压幅值 脉冲分配器：将时钟脉冲变成按时间分布的节拍脉冲；
数码寄存器：用来暂时存放与被测信号大小相对应的数码； D/A转换器：用来产生一系列步进基准电压； 基准电压源：用来作为基准电压的片内参考电压；
• 数字多用表(DMM)； • 校准器(Calibrator)； • 直流电压参考(DCV Reference)； • 热电转换标准(Thermal Transfer Standard) • 数字温度表； • 数字转速表； • 数字位移表；…
题1、数字电压表是将被
测对象离散化，数据处 理后以数字形式显示的 仪表。
在时间 t2~ t3 期间内，计数器低位、高位均工作，所计的脉冲数
N2
t3 t 2
T0
显然 t= t3 时，积分器的输出为零。由此得
Ux UN UN t1 t0 t 2 t1 7 t3 t 2 0 RC RC 2 RC
将 t1 - t0 、 t2 - t1 、 t3 - t2 时代入上式，得
3. 数字电压表的电源 中高档DVM——AC220V交流电源供电； • 保证电能消耗； • 对便携性要求不高； 小型手持式DMM——电池供电 • 无电源线，提高了共、串模抑制比； • 液晶显示，CMOS芯片保证了低功耗； 4.数字电压表的显示 显示器的种类：辉光数码管、荧光数码管、磷光体数码管、 发光二极管、等离子体数字显示器、液晶显示器
Ux 7 U N 7 UN N 2T0 0 2 T0 2 N1T0 7 RC RC 2 RC
整理，得




U x 214 U N N1 N 2 214 U N N
对UN的反向积分分成一次粗积分和一次精积分。这样做的目 的是缩短积分时间，并保证原有的准确度。