<p>第五章 电压测量 2019 OPEN CLASS主讲人：办图网</p><br><p>一、电压标准二、电压测量概述三、直流电压的测量四、交流电压测量1、基本概念2、三种电压表五、数字电压表1、基本概念2、三种A/D转换器授课内容</p><br><p>电压是电子测量的一个主要参数。电参量的基础：U=IR I=U/R R=U/I P=IU=U2/R=I2R电压的派生量，例如，调幅度，波形的非线性失真系数等等。在非电量测量中，大多数物理量（如温度、压力、振动、速度等）的传感器大多是电压作输出的。因此，电压测量是其它许多电参量、非电参数测量的基础。5.1概述/ 5.1.1 电压测量的重要性</p><br><p>1. 应有足够宽的电压测量范围nV→ μV→mV→V→→kV 2. 应有足够宽的频率范围交流电压的频率范围约从几Hz到几百MHz，甚至达GHz量级。目前，模拟电压表可测量的频率范围要比数字表高得多。例如，92C型模拟射频电压表频率上限达1.2GHz，而DP100型数字多用表只能达25MHz。3. 应有足够小的测量不确定度即可达10-6微伏量级 4. 应有足够高的输入阻抗5. 应具有高的抗干扰能力5.1概述/ 5.1.2 对电压测量的基本要求</p><br><p>1. 模拟式电压表指针式电压表：用磁电式电流表作为指示器模拟示波器： 刻度比较 2. 数字式电压表经A/D将模拟信号转换为数字信号 5.1概述/ 5.1.3 电压测量仪器的分类</p><br><p>1.表头： 三用表中直流电流、电压通常由磁电式高灵敏度直流电流表作指示。直流电流表俗称表头，图5.1给出了动圈式电流表头结构的双视图。其工作原理是利用载流导体与磁场之间的作用来产生转动力矩，使导体框架转动而带动指针偏转，其偏转角度正比于通过线圈的被测电流。 5.2 模拟式直流电压的测量 / 5.2.1 三用表中的直流电流、电压测量 </p><br><p>I=Kθ式中K由设计决定的恒量，它与线圈匝数、线圈面积、磁场强度及游丝扭转力矩有关。K值表示电流表偏转单位角度时所需通过的电流，K值越小，电流表越灵敏。这样就可以从指针所指角度位置来测电流。 2．电流表量程扩展 允许通过的最大电流值称为量程Im，如50μA、100μA。1mA等。由于电流线圈匝数很多，其内阻较大。 设现有一表头，Im=50μA，r=3kΩ.现要测量500μA电流怎么办？ 要并联分流电阻RS以扩展量程。因两路端电压相等 5.2 模拟式直流电压的测量 / 5.2.1 三用表中的直流电流、电压测量 </p><br><p>（5.1）式中n称电流量程扩大倍数，也称分流系数。 3. 直流电压测量用电流表头能否直接测量电压？能测，但测量的电压范围很小。现以图5.4，在指针指示满刻度时，它两端的电压是：即它所能测量的最大电压为0.15V。 5.2 模拟式直流电压的测量 / 5.2.1 三用表中的直流电流、电压测量 </p><br><p>为了能测量较高的电压，需串联倍压电阻RP来扩展量程。 （5.2） 图5.5给出了三用表直流电压档量程扩展的原理电路图。图中除最小量程U0=Im×r外，又增加了U1、U2、U3三个量程。根据所需扩展的量程，不难算出3个倍压电阻值： 5.2 模拟式直流电压的测量 / 5.2.1 三用表中的直流电流、电压测量 </p><br><p>电压灵敏度 “Ω/V”通常把电压表内阻RV与量程Um之比定义为电压表的电压灵敏度(每伏欧姆数Ω/V)： （5.4） “Ω/V”数越大，表明为使指针偏转同样角度所需驱动电流越小。“Ω/V”数一般标明在磁电式电压表表盘上，可依据它推算出不同量程时的电压表内阻，即 （5.5） 例如某电压表的“Ω／V”数为20kΩ／V，则5V量程和25V量程时电压表内阻分别为100kΩ和 500kΩ。 5.2 模拟式直流电压的测量 / 5.2.1 三用表中的直流电流、电压测量 </p><br><p>直流电子电压表通常是由磁电式表头加装跟随器（以提高输入阻抗）和直流放大器（以提高测量灵敏度）构成，当需要测量高直流电压时，输入端接入由高阻值电阻构成的分压电路。电子电压表组成框图如图5.7所示。 5.2 模拟式直流电压的测量 / 5.2.2 直流电子电压表</p><br><p>5.3 交流电压的测量/ 5.3.1 交流电压的表征交流电压可以用峰值、平均值、有效值、波形系数以及波峰系数来表征。</p><br><p>5.3 交流电压的测量/ 5.3.1 交流电压的表征</p><br><p>3. 有效值若某一交流电压u（t）在一个周期内通过纯阻负载所产生的热量，与一个直流电压U在同样情况下产生的热量相等，则U的数值即为u(t)的有效值，U和u(t)的数学关系为 （5.10） 实际中，有效值是最广泛应用的参数。例如，电压表的读数除特殊情况外，几乎都是按正弦波有效值进行定度的。有效值获得广泛应用的原因，一方面是它直接反应出交流信号能量的大小，这对于研究功率、噪声、失真度、频谱纯度、能量转换等是十分重要的；另一方面，则是它具有十分简单的叠加性质，计算起来极为方便。 5.3 交流电压的测量/ 5.3.1 交流电压的表征</p><br><p>4. 波形因数交流电压的波形因数的定义为该电压的有效值与平均值之比，即（5.11） 5. 波峰因数 交流电压的波峰因数的定义为该电压的峰值与其有效值之比，即 （5.12） 5.3 交流电压的测量/ 5.3.1 交流电压的表征</p><br><p>正弦波半波整流波全波整流波5.3 交流电压的测量/ 5.3.1 交流电压的表征</p><br><p>5.3 交流电压的测量/ 5.3.2 交流电压的测量 1.均值电压表 1)均值电压表的组成 </p><br><p>2)均值检波器 余弦脉冲的直流频率分量 当θ=90°2θ5.3 交流电压的测量/ 5.3.2 交流电压的测量 </p><br><p>对于全波均值检波器： 流过电表的平均电流 与被测电压的平均值成正比，而与波形无关。灵敏度 提高灵敏度，就应减小Rd和rm的值，为提高输入阻抗检波前要加放大器输入阻抗 5.3 交流电压的测量/ 5.3.2 交流电压的测量 </p><br><p>3)刻度特性 角标“～”表示正弦波（5.17） K——定度系数，或称为刻度系数。 由于正弦波及有效值的实际意义，电压表的读数 都用正弦有效值进行定度。 这里为何等于1.11？对正弦波正好是其波形因数KF 证明： 见P159 表5.1：KF=1.11 因此,均值电压表测的平均值,读数是正弦波有效值（假有效值）5.3 交流电压的测量/ 5.3.2 交流电压的测量 </p><br><p> 对于非正弦波，KF ≠1.11，直接读数无物理意义，要通过换算求得有效值。 例5.l 用平均值电压表测量一个三角波电压，读得测量值为 10V，试求有效值为多少伏？ 解: 对于均值表， 读数 （5.17）先求出均值，再通过KF换算成有效值。 三角波的均值为 查 P159 表5.1，得三角波KF=l.15，故被测三角波的有效值为 5.3 交流电压的测量/ 5.3.2 交流电压的测量 </p><br><p>4) 波形误差 因读数是按标准无失真正弦波有效值定度的，而实际正弦波和非正弦波则会有误差。 定义：读数与实际有效值之间的相对误差为波形误差 （5.20） 用均值电压表测量非正弦波电压时，其读数应作修正。 将式（ 5.20）代入上式，则有 求例5.1中波形误差：三角波KF=1.15 5.3 交流电压的测量/ 5.3.2 交流电压的测量 </p><br><p>典型产品： TH2172型：频率范围5Hz～2MHz，测量范围 DA16型：频率范围20Hz～2MHz，测量范围100μV～300V。最小量程l mV，误差±3%，输入电阻1.5MΩ。 指针式万用表：交流电压测量档采用了半波均值检波器，并以正弦有效值刻度，由于它依据直接测量原理，且灵敏度低，因此，指针式万用表主要用于工频（ 50Hz）及要求不高的低频（一般为几到几十kHz以下）电压的测量中。 TH2172500型5.3 交流电压的测量/ 5.3.2 交流电压的测量 </p><br><p>2. 峰值电压表 峰值电压表的工作频率范围宽、输入阻抗较高，有较高的灵敏度，但存在非线性失真。 1)峰值电压表组成 峰值电压表，简称峰值表，属检波―放大式电子电压表，又称为超高频毫伏表。它由峰值检波器（置于机箱外探头中）、分压器、直流放大器和微安表等组成（置于电压表机箱中），如图5.13所示。 5.3 交流电压的测量/ 5.3.2 交流电压的测量 </p><br><p>2)峰值检波器 条件： 5.3 交流电压的测量/ 5.3.2 交流电压的测量 </p><br><p>3)刻度特性 峰值电压表响应被测电压的峰值UP，读数α（峰值表的指示值）为 K——定度系数， 对正弦波读数α就是有效值 非正弦波读数α无物理意义，要通过： 求出峰值，再由峰值因数KP求出有效值U 5.3 交流电压的测量/ 5.3.2 交流电压的测量 </p><br><p>例5.2 用峰值电压表测量一个三角波电压，读得测量值为10V， 试求有效值为多少伏？ 解：对于峰值表，读数乘以 在就等于被测电压的峰值。因此，三角波的峰值为 由表5.1查得三角波 故被测三角波的有效值为 5.3 交流电压的测量/ 5.3.2 交流电压的测量 </p><br><p>4)波形误差 由于峰值电压表的读数没有直接的物理意义，测量非正弦波时， 如果不进行换算，将产生波形误差。其定义为 （5.28） 即 （5.29） 对于例5.2 可见，用峰值表测量失真的正弦电压或非正弦电压时，若将读数当成输入电压的有效值，就会产生波形误差。而且，峰值电压表的波形失真较大。 5.3 交流电压的测量/ 5.3.2 交流电压的测量 </p><br><p>超高频毫伏表都是峰值电压表。典型产品DA－l型：频率范围10kHz～1000MHz，测量范围0.3mV～3V，误差优于±l%（3mV档）。 HFJ—8型频率范围5kHz～300MHz，测量范围lmV～3V。HFJ一8A型频率范围5 Hz～1GHz，测量范围lmV～3V，可扩展到300V。HFJ-8B5.3 交流电压的测量/ 5.3.2 交流电压的测量 </p><br><p>3. 有效值电压表以上均值表、峰值表测的不是有效值，只是按有效值读数，故实为伪有效值。而有效值电压表，直接获得有效值，是真有效值表。 1)热电偶式： 不同金属界面逸出功不同，冷、热端形成电位差 电势 E=kU2电势正比输入功率，可作微波功率计。 如何直接测电压？ 5.3 交流电压的测量/ 5.3.2 交流电压的测量 </p><br><p>5.3 交流电压的测量/ 5.3.2 交流电压的测量 </p><br><p>典型产品：DA30型，频率范围10Hz~10MHz，量程范围1mV~300V 5.3 交流电压的测量/ 5.3.2 交流电压的测量 </p><br><p>2)计算式 硬件实现------有专用IC，如AD637 软件实现------用计算机完成运算 5.3 交流电压的测量/ 5.3.2 交流电压的测量 </p><br><p>表5.2 三种电子电压表主要特性比较 均值 1.11 U=KF 5.3 交流电压的测量/ 5.3.2 交流电压的测量 </p><br><p>若在示波器上分别观察峰值相等的正弦波、方波、三角波，得Up＝5V；现在分别采用三种不同检波方式并以正弦波有效值为刻度的电压表进行测量，试求其读数分别为多少？5.3 交流电压的测量/ 5.3.2 交流电压的测量 </p><br><p>5.4 数字电压表概述 / 5.4.1 数字电压表组成原理 数字电压表(DVM—Digital Voltmeter) </p><br><p>5.4 数字电压表概述 / 5.4.2 数字电压表的主要工作特性1. 测量范围 1）量程---借助于分压器和输入放大器来实现 2)位数 显示位数：通常为3½位～8½位。 判定数字仪表的位数有两条原则： ① 能显示从0～9所有数字的位是整数值； ② 分数位的数值是以最大显示值中最高位数字为分子，用满量程时最高位数字做分母。 例如，1999≈2000， 3 1/2 三位半 39999 ≈40000， 4 3/4 四又四分之三位 499999 ≈500000， 5 4/5 五又五分之四位 </p><br><p>3) 超量程能力 在临界量程处，不会降低精度和分辨力。 10V档： 9.999V（只能显示0.006）100V档： 99.99V（只能显示10.00）测量 ： 10.006V溢出1丢失65.4 数字电压表概述 / 5.4.2 数字电压表的主要工作特性</p><br><p> 数字电压表在最低电压量程上末位1个字所代表的电压值，称做仪表的分辨力，它反映仪表灵敏度的高低。分辨力随显示位数的增加而提高。 例如，3½、6½位、8½位DVM的最高分辨力分别为1mV、1μV、10nV。 分辨率：数字电压表的分辨力指标亦可用分辨率来表示。分辨率是指所能显示的最小数字（零除外）与最大数字的百分比。例如，3½位DVM的分辨率为1/1999≈0.05％。 由于分辨力与数字电压表中A/D的位数有关，位数越多，分辨力愈高，故有时称具有多少位的分辨力。例如，称12位A/D具有12位分辨力，有时也用最低有效位LSB的步长表示，把分辨力说成分辨率1/212或1/4096或。同时，分辨力越高，被测电压愈小，电压表愈灵敏，故有时把分辨力称作灵敏度。 5.4 数字电压表概述 / 5.4.2 数字电压表的主要工作特性</p><br><p>3.最大允许误差与不确定度数字电压表的说明书上用绝对误差Δ表示，其表示方式有多种： ΔU=±(a％Ux十b％Um) =± (a％Ux十n个字) =± (appmUx十bppmUm) 例：DS-14基本量程5V，4 4/5位ΔU=±(0.006％Ux十0.002％Um) =± (0.00006Ux十0.00002*5) =±(60*10-6Ux+0.0001V)=± (60ppmUx十1个字) 4.9999V 末位跳1个字 100μV满度误差决定量化误差、内部噪声读数误差决定转换系数、非线性 DVM厂家给出的绝对误差 实际上也就是该DVM的最大允许误差，即该仪器的置信区间。这是由厂家产品质量决定的，不是通过多次测量由标准差求得的，故属B类标准不确定度。5.4 数字电压表概述 / 5.4.2 数字电压表的主要工作特性</p><br><p> 由于最大允许误差 在5V量程内对测量值都有影响，即其在5V范围内出现的概率相同，故应属于均匀分布。因此，这里a即为均匀分布的半宽，按表2.10查得 。 故该数字电压表示值的B类标准不确定度为： 第二章已经指出最大允许误差的“模”即绝对值 ，就是置信区间的半宽a，由它可以求得B类标准不确定度。 现仍用例5.3中DS-14 DVM来求其在5V量程上测量3V电压时的不确定度 5.4 数字电压表概述 / 5.4.2 数字电压表的主要工作特性</p><br><p>分辨力 准确度（误差） ≠需要指出，分辨力与准确度属于两个不同的概念。前者表征仪表的“灵敏性”，即对微小电压的“识别”能力；后者反映测量的“准确性”，即测量结果与真值的一致程度。二者无必然的联系，因此不能混为一谈，更不得将分辨力（或分辨率）误以为是类似于准确度的一项指标。实际上分辨力仅与仪表显示位数有关，而准确度则取决于A/D 转换器等的总误差。从测量角度看，分辨力是“虚”指标（与测量误差无关），准确度才是“实”指标（代表测量误差的大小）。 因此，任意增加显示位数来提高仪表分辨力的方案是不可取的。例选用分辨率为24位的A/D，并不能保证实现24位的准确度。 在设计上通常，分辨力应高于准确度，保证分辨力不会制约可获得的准确度，以保证从读数中检测出小的变化量。 例：见下页。 5.4 数字电压表概述 / 5.4.2 数字电压表的主要工作特性</p><br><p>例：用4 ½位sx1842DVM测1.5V电压，分别用2V档和200档测量，已知：2V档固有误差：±0.025%Ux ±1个字，200V档固有误差：±0.03%Ux ±1个字问：两种情况下由固有误差引起的测量误差各为多少？解：因4 ½位DVM最大显示为19999，所以2v和200v档的±1个字分别代表：结论：1.不同量程“±1个字”误差对测结果不一样，测量时应尽量选择合适的量程。同模拟电压表结论一致。 2.虽然DVM有4 ½位分辨力，但不正确使用，则达不到应有的准确度。故分辨力高不等于准确度高。5.4 数字电压表概述 / 5.4.2 数字电压表的主要工作特性</p><br><p>4. 测量速率 测量速率是每秒钟对被测电压的测量次数或测量一次所需的时间，它主要取决于DVM中所采用的A/D转换器的转换速率。 5. 输入阻抗与输入电流目前，多数数字电压表的输入级用场效应管组成，在小量程上，其输入阻抗可高达104MΩ以上，在大量程时(如100V、1000 V等)，由于使用了分压器，输入阻抗一般为10MΩ。 6. 响应时间 响应时间是DVM跟踪输入电压突变所需的时间。响应时间与量程有关，故可按量程分别规定或规定最长响应时间。响应时间分为三种。 7.抗干扰能力——串模抑制比和共模抑制比 数字电压表的内部干扰有漂移及噪声，外部干扰有串模干扰及共模干扰。 5.4 数字电压表概述 / 5.4.2 数字电压表的主要工作特性</p><br><p>例：两台DVM ，最大计数容量分别为①19999；②9999。 若前者的最小量程为200mV，试问： (1) 各是几位的 DVM ； (2) 第①台DVM的分辨力是多少？ (3) 若第①台DVM的工作误差为0.02%Ux±1字，分别用2V档和20V 档测量Ux=1.56V电压时，问固有误差各是多少？5.4 数字电压表概述 / 5.4.2 数字电压表的主要工作特性</p><br><p>1. 按结构形式分1)台式通常5 以上 2)便携式 通常3 及4 位数 3)面板表也称数字表头。多为3 ～4 直流电压表，只有一个基本量程，如0~5V，用于机器面板上，取代原来模拟指针式表头。 5.4 数字电压表概述 / 5.4.3 数字电压表的分类 </p><br><p>2.按A/D转换器原理 各种数字面板表5.4 数字电压表概述 / 5.4.3 数字电压表的分类 </p><br><p>5.4 数字电压表概述 / 5.4.3 数字电压表的分类 </p><br><p>5.4 数字电压表概述 / 5.4.3 数字电压表的分类 </p><br><p>5.4 数字电压表概述 / 5.4.3 数字电压表的分类 </p><br><p>5.4 数字电压表概述 / 5.4.3 数字电压表的分类 </p><br><p>5.5 积分式A/D转换原理/ 5.5.1 双斜积分式A/D转换器 1. 工作原理 Ui-Ur+UrK1K1K2K2K3K3K4K4ARC+--+比较器积分器CD发生器时钟显示器数字辑电路控制逻计数器过程：三阶段准备期----复零，K4接通取样期----第一次积分，K1接通 特点：定时积分T1固定， UO1∞(正比)于Ui比较期----第二次积分，K3/K4接通 特点：定值积分（反向） N2∞UO1∞UIB</p><br><p>5.5 积分式A/D转换原理/ 5.5.1 双斜积分式A/D转换器 </p><br><p>2. 关系式 1)数学推导 （5.45） （5.46） （5.47） 5.5 积分式A/D转换原理/ 5.5.1 双斜积分式A/D转换器 </p><br><p>令 e——刻度系数（伏/字）。例如，Ur=10V，N1=10000，则e=Ur/N1=1mV/字。 2) 面积相等S1=T1Ui， S2=T2Ur相等，则S1=S2， 故 3)电荷相等 T1期间充电电荷Q1=(Ui/R1) T1与T2期间放电电荷Q2=(Ur/R2)T2相等。则Q1=Q2，故 （5.48） 式（5.48）当充放电电路中限流电阻不等时，应用很方便。当R1=R2时，则与（5.45）的结果相同。 5.5 积分式A/D转换原理/ 5.5.1 双斜积分式A/D转换器 </p><br><p>3. 双斜积分式A/D转换器的特点 1)抗串模干扰能力强5.5 积分式A/D转换原理/ 5.5.1 双斜积分式A/D转换器 </p><br><p>5.5 积分式A/D转换原理/ 5.5.1 双斜积分式A/D转换器 所谓串模干扰是指与被测信号相串联地加到DVM输入端的干扰信号对脉冲性质的干扰信号，双斜积分式A/D也有一定的平均作用。 2)对积分元件及时钟信号的稳定性和准确度要求大为降低 因为，在采样和比较测量两个阶段内使用的是同一积分器和时钟信号，其影响可以相互抵消。对它们只要求有足够的短期稳定性即可。 3)测量灵敏度较高 双积分式DVM有效地解决干扰问题，只要适当选择R、C、T1，积分放大器可以得到很高的增益(A＝T1／RC)，可测mV级电压。4)测量速度慢是其主要缺点为了抑制电源50Hz工频干扰，一般T1取20~l00 ms，再加上T2等时间，故测量速率一般只有5~ 30次／s左右。 5)积分器、比较器中运放的零点漂移会带来转换误差 </p><br><p>5.单片双斜积分式A/D转换器7106是把模拟电路与数字逻辑电路集成在一块芯片上，属于大规模CMOS集成电路，其工作原理与ICL7126、ICL7135基本一致。7106是目前在各种数显表和万用表中使用较多的一种芯片。 5.5 积分式A/D转换原理/ 5.5.1 双斜积分式A/D转换器 </p><br><p>例：DS－18型五位双积分型数字电压表中Us＝－6.0000V，fc＝0.75MHz，计数器满量程N1＝60000，求被测电压Ux＝2.5000V时，计数器计数值N2为多大？采样时间Tl和测量时间T2分别为多大？ 5.5 积分式A/D转换原理/ 5.5.1 双斜积分式A/D转换器 </p><br><p>5.5 积分式A/D转换原理/ 5.5.5 积分式A/D的发展1. 双斜积分ADC的不足⑴ 精确度不够高，自动校零后也仅做到3 ~4 位，若要提高到5~4 怎么办呢？ ⑵ 转换速度低，因为每次测量要经历复零、采样、比较三个阶段，尤其采样阶段T1按n倍工频周期设计，测量速率一般只有5~ 30次／s左右。若要提高到500~1000次/s要采用什么措施？ 当前积分式DVM精度已达8 ，测量速率高的可达1000次/s。在高精度、高速度的DVM产品中，各厂商都有自己的专利技术，不会公开其关键技术与工艺。现介绍改进的基本思路。 2. 改进的基本途径 ⑴放弃T1=nT~ 的设计原则，改用对工频干扰进行滤波、屏蔽等措施，从而缩短T1采样期。 </p><br><p>故 比较期分两步：（先用大刻度系数e提高速度，后用小e保证分辨率）为放电快→Ur↑→e↑→分辨率↓讨论：如何提高速度？设法使T2 ↓（应加速放电）：5.5 积分式A/D转换原理/ 5.5.5 积分式A/D的发展</p><br><p>⑵三斜积分---比较期T2分步进行。看出，为了保证分辨率，刻度系数e要小，则基准电压Ur不能大大，则比较期对积分电容反向充电速度慢。若将双斜式改为三斜式，将比较期分为两步： 5.5 积分式A/D转换原理/ 5.5.5 积分式A/D的发展</p><br><p>5.5 积分式A/D转换原理/ 5.5.5 积分式A/D的发展</p><br><p>分为 : 5.6 比较式A/D转换器 </p><br><p>1. 物理思想：对分搜索 5.6 比较式A/D转换器/5.6.1 逐次逼近比较式A/D转换器</p><br><p>2.电路实现：（与天平秤对应） 1闭0开5.6 比较式A/D转换器/5.6.1 逐次逼近比较式A/D转换器</p><br><p> 常用的逐次逼近比较式A／D变换器 逐次逼近，只能逼近，不能完全与被测电压相等。若要减小误差，只有增加位数。 但位数增加，电路复杂，成本提高，关键是末位比较电压太小易受干扰噪声影响以至无法工作。能否不要很多位（如只有1位），逐次比较一遍，将相差的余数(剩余误差)存下来，放大10倍再又比较一遍，又将余数存下 来，放大后又再比较一遍，这样反复循环下去，则可以用较少的位数实现非常精确的逼近。这就是下面介绍的余数循环式A/D。 5.6 比较式A/D转换器/5.6.1 逐次逼近比较式A/D转换器</p><br><p>放大器减法器采样保持电路5.6 比较式A/D转换器/5.6.2 余数循环比较式A/D </p><br><p>表5.10 余数循环比较过程余数循环式A/D的特点如下： (1)分辨力高 目前余数循环比较式A/D的分辨力还仅限于10-6～10-7量级。 (2)转换速度快 完成一次22bit转换约需1.6ms时间， 美国FLUKE公司的DMM以余数循环比较式A/D著称，该公司的8520A型DMM在进行直流电压测量时，最高分辨力达1μV，读数速率为500次/秒。 5.6 比较式A/D转换器/5.6.2 余数循环比较式A/D </p><br><p>(3)具有自动纠错能力，即使在转换过程中出现某些判别错误， 最后也能给出正确结果。 5.6 比较式A/D转换器/5.6.2 余数循环比较式A/D </p><br><p>例：P208.5.125.6 比较式A/D转换器/5.6.2 余数循环比较式A/D </p><br><p>表5.13 各类模数转换器的比较 5.6 比较式A/D转换器/5.6.2 余数循环比较式A/D </p><br><p>数字多用表DMM ( Digital MultiMeter)是具有测量直流电压、直流电流、交流电压、交流电流及电阻等多种功能的数字测量仪器。 5.7 数字多用表DMM </p><br><p>两种 DMM 5.7 数字多用表DMM </p><br><p>被测信号ui送入到X、Y输入端，从XY／Z端输出的电压经平均值电路(有源低通滤波器)再送回Z输入端，故直流输出电压为 （5.63） 真有效值5.7 数字多用表DMM/5.7.1 交流—直流(AC—DC)转换器 </p><br><p> Ix=Uo/RS （5.64） 5.7 数字多用表DMM/5.7.2 电流-电压（I-U）转换器 </p><br><p>5.7 数字多用表DMM/5.7.3 电阻—电压(Ω—V)转换器当在被测的未知电阻Rx中流过已知的恒定电流IS时，在RX上产生的电压降为U＝RxIs，故通过恒定电流可实现Ω—V转换。 </p><br><p>台式DMM的位数较多，精度及自动化程度较高。各厂家都有自己的专利技术，近年已做到8 位的极限精度。噪声电压源Un2=4kTRB 对于DVM来说，在低源电阻情况下可以测到0.1μV 小于μV级的低电平测量要选用专门的纳伏表（KEITHLEY）5.7 数字多用表DMM/5.7.4 数字多用表的发展简况 </p><br><p>表5.15 几种手持式数字多用表的主要性能5.7 数字多用表DMM/5.7.4 数字多用表的发展简况 </p><br><p>表5.16 几种台式的数字多用表主要性能 5.7 数字多用表DMM/5.7.4 数字多用表的发展简况 </p><br><p>当制作为一台实际的数字电压表，从设计开始就得研究如何减小误差和防止干扰。本节对这两个问题分别进行讨论，以加深对数字电压表性能的理解。 5.8 数字电压表的误差与干扰 </p><br><p>形式1 形式2 5.8 数字电压表的误差与干扰/5.8.1 数字电压测量误差公式 </p><br><p>以双积分DVM为例作简要说明： 各部分误差最终影响： 5.8 数字电压表的误差与干扰/5.8.2 数字电压表主要部件误差分析 </p><br><p>式中a、b怎么求得的？ 1. 误差链及a、b误差系数的计算 1)误差系数a的求得 由误差合成定理，总相对误差是各部分相对误差之和。 5.8 数字电压表的误差与干扰/5.8.3 数字电压测量的误差合成 </p><br><p> 2)误差系数b的求得 在仪器链形结构的每一个部件中还存在不随被测量Ux变化的误差量，例如器件的失调电压及温漂。这种误差属于误差公式的Δb部分，现在讨论其分析方法。 在图5.64中，认为每一部件所产生有关Δb项的绝对误差都归算到各部件自身的输入端，它们分别为ΔU1，ΔU2，…，ΔUn。它们全部归算到仪器的输入端的表达式为 （5.81） 因此，在仪器的输入端总的绝对误差为 （5.82） 5.8 数字电压表的误差与干扰/5.8.3 数字电压测量的误差合成 </p><br><p>数字电压表的测量精度达10-5～10-6量级，最高达10-8。这里主要讨论影响电压测量精度的各种因素以及为了提高测量精度而采取的各种措施。1.影响电压精密测量的因素 5.8 数字电压表的误差与干扰/5.8.4 电压测量的干扰及其抑制技术 </p><br><p>2.串模干扰的抑制方法 特点：Un与UX串联，最严重最常见的是市电50~工频干扰 措施：输入端加滤波器 采用积分式DVM 3.串模抑制比（Normal Model Reject Rate，简写为 NMRR） 正弦波干扰电压Un（即使是非正弦波电压也可以分解为各种频率的正弦波分量），即 →串模干扰的幅值→串模干扰引起的最大测量误差. （被平均抑制后的值）推导过程见教材 p2105.8 数字电压表的误差与干扰/5.8.4 电压测量的干扰及其抑制技术 </p><br><p>积分式DVM对串模干扰的抑制特性 5.8 数字电压表的误差与干扰/5.8.4 电压测量的干扰及其抑制技术 </p><br><p>3.共模干扰的抑制方法 1)共模抑制比的定义 特点：Ucm同时影响 DVM的H、L端原因：Ux较远，与DVM地电位不同Ucn------共模干扰电压在DVM的H、L端引入的等效干扰电压（相当于串模干扰电压）。 5.8 数字电压表的误差与干扰/5.8.4 电压测量的干扰及其抑制技术 </p><br><p>定义：共模抑制比CMRR(Common Model Reject Rate) 为 前面已求得代入定义2)提高共模抑制比的措施DVM采用双重屏蔽和浮置（原理：加大干扰回路阻抗，使Ucn减小） →共模干扰电压→共模干扰H、L输入值rcm<<r25.8 数字电压表的误差与干扰/5.8.4 电压测量的干扰及其抑制技术 </p><br><p>代入 CMRR定义Ucm/Ucn5.8 数字电压表的误差与干扰/5.8.4 电压测量的干扰及其抑制技术 </p><br><p>版权声明感谢您下载办图网平台上提供的PPT作品，为了您和办图网以及原创作者的利益，请勿复制、传播、销售，否则将承担法律责任！办图网将对作品进行维权，按照传播下载次数进行十倍的索取赔偿！1.在办图网出售的PPT模板是免版税类（RF：Royalty-Free）正版受《中国人民共和国著作法》和《世界版权公约》的保护，作品的所有权、版权和著作权归办图网所有，您下载的是PPT模板素材的使用权。2.不得将办图网的PPT模板、PPT素材，本身用于再出售，或者出租、出借、转让、分销、发布或者作为礼物供他人使用，不得转授权、出卖、转让本协议或者本协议中的权利。更多精品PPT模板：www.888ppt.com</p><br><p>感谢观看 THANGKS! 2019 OPEN CLASS主讲人：办图网</p><br>