第3章使用电压表测量电压参数

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1、第第3 3章章 使用电压表测量电压参数使用电压表测量电压参数3.1 概述概述3.2 模拟式电压表模拟式电压表3.3 数字式电压表数字式电压表3.4 数字多用表数字多用表内容提要：内容提要： 重点：重点： 交流电压信号的表征形式和表征量值的交流电压信号的表征形式和表征量值的相互转换；电压测量仪器的工作原理相互转换；电压测量仪器的工作原理难点：难点：l交流电压信号的表征形式和表征量值的交流电压信号的表征形式和表征量值的相互转换相互转换测量电压常用的主要仪器仪表测量电压常用的主要仪器仪表 模拟万用表模拟万用表 数字万用表数字万用表有效值数字万用表有效值数字万用表 图形万用表图形万用表 多重显示多重显

2、示数字多用表数字多用表 台式数字多用表台式数字多用表单指针交流毫伏表单指针交流毫伏表超高频毫伏表超高频毫伏表视频毫伏表视频毫伏表3.1 概述二二.电压表的分类电压表的分类分为直流电压表和交流电压表两大类。分为直流电压表和交流电压表两大类。三三.交流电压表的基本参数交流电压表的基本参数1.1. 峰值峰值UP 以零电平为参考的最大电压幅值（用以零电平为参考的最大电压幅值（用U Up p表示表示 ），），有正峰值和负峰值，包括在一起称峰有正峰值和负峰值，包括在一起称峰- -峰值，用峰值，用U Up-pp-p表示。表示。注：以直流分量为参考的最大电压幅值称为振幅注：以直流分量为参考的最大电压幅值称为振

3、幅, ,（U Um m表示）表示）3. 有效值有效值定义：交流电压定义：交流电压u(t)u(t)在一个周期在一个周期T T内，通过某纯电阻内，通过某纯电阻负载负载R R所产生的热量，与一个直流电压所产生的热量，与一个直流电压U U在同一负载在同一负载上产生的热量相等时，则该直流电压上产生的热量相等时，则该直流电压U U的数值就表示的数值就表示了交流电压了交流电压u(t)u(t)的有效值。的有效值。 有效值表达式：有效值表达式：201( )TUu t dtT2.平均值平均值01( )TUu t dtT数学上定义为：数学上定义为： 由于正弦周期性的信号器电压平均值为零，由于正弦周期性的信号器电压平

4、均值为零，所以实际测量中用检波后的平均值来表征正弦信所以实际测量中用检波后的平均值来表征正弦信号的幅度特性。号的幅度特性。01( )TUu t dtT4.4.波形因素波形因素电压的有效值与平均值之比称为波形因数电压的有效值与平均值之比称为波形因数K Kf f，即即正弦信号的波形因素：正弦信号的波形因素：Kf =1.11三角波的波形因素：三角波的波形因素：方波信号波形因素：方波信号波形因素：Kf =1UUKf 32 fK5.5.波峰因数波峰因数K KP P 交流电压的峰值与有效值之比称为波峰因数交流电压的峰值与有效值之比称为波峰因数K KP P，即，即 正弦信号的波峰因素：正弦信号的波峰因素：三

5、角波的波峰因素：三角波的波峰因素：方波信号波峰因素：方波信号波峰因素：K KP P=1=1 UUKPP 2 PK3 PK 名称波形因数KF波峰因数KP有效值平均值正弦波正弦波1.111.414UP/2Up/半波整流半波整流1.572UP/Up/全波整流全波整流1.111.414UP/2Up/三角波三角波1.151.73UP/Up/2锯齿波锯齿波1.151.73UP/UP/方波方波11UPUp白噪声白噪声1.253 UPUp/3.751322233表表4.1 几种典型的交流电压波形的参数几种典型的交流电压波形的参数2四四. 电压测量分类电压测量分类1.按测量对象分按测量对象分：直流电压测量和交流

6、电压测量。：直流电压测量和交流电压测量。2. 按测量技术不同分按测量技术不同分：模拟测量和数字测量。：模拟测量和数字测量。五五.电压表的分类电压表的分类1. 模拟电压表模拟电压表 大多数为指针式仪表。一般用直流电流表表头大多数为指针式仪表。一般用直流电流表表头作为指示器。测量电压时一般经过放大或衰减变成作为指示器。测量电压时一般经过放大或衰减变成直流电流来测量。对交流电压要先将其经过交流直流电流来测量。对交流电压要先将其经过交流-直流变换器及检波器，将其转换为直流电压再进行直流变换器及检波器，将其转换为直流电压再进行测量。测量。模拟电压表分为均值电压表、有效值电压表、和模拟电压表分为均值电压表

7、、有效值电压表、和峰值电压表。按电路组成分可分为检波峰值电压表。按电路组成分可分为检波-放大式放大式电压表、放大电压表、放大-检波式电压表、外差式电压表。检波式电压表、外差式电压表。2. 数字电压表数字电压表数字电压表是一种用数字电压表是一种用A / D 转换器作为测量机构，转换器作为测量机构，用数字显示器显示测量结果的电压表。测交流电用数字显示器显示测量结果的电压表。测交流电压时，必须在压时，必须在A / D 转换前对被测电参量进行转转换前对被测电参量进行转换处理。变为直流电压。换处理。变为直流电压。A / D 转换器是数字电压表的核心部分。直接影转换器是数字电压表的核心部分。直接影响到数字

8、电压表的技术性能。响到数字电压表的技术性能。六六. .电压表的技术指标电压表的技术指标1.1.频率范围频率范围2.2.量程量程3.3.输入阻抗输入阻抗4.4.测量精度测量精度（1 1）满度值的百分数）满度值的百分数 %Um 。式中。式中 % %为满度相为满度相对误差，对误差，U Um m 为电压表的满度值。为电压表的满度值。（2 2）读数值的）读数值的百分数百分数 %Ux 。式中。式中 % %为读为读数相对误差，数相对误差，U Ux x为电压表的读数值。为电压表的读数值。（3 3）( %Ux+ %Um) 。 数字电压表一般采用这种数字电压表一般采用这种方式。方式。5.5.抗干扰能力抗干扰能力6

9、.6.被测电压波形种类被测电压波形种类3.2 3.2 模拟电压表模拟电压表一一. .模拟电压表的分类模拟电压表的分类 按测量直流或交流分：按测量直流或交流分： 1. 1.直流电压表：用于测量直流电压。直流电压表：用于测量直流电压。 2. 2.交流电压表：用于测量交流电压。一般用交直流变换交流电压表：用于测量交流电压。一般用交直流变换器实现变换。器实现变换。 按照测量电压频率不同可分为：低频电压表、视频电压按照测量电压频率不同可分为：低频电压表、视频电压表、高频电压表和超高频电压表。表、高频电压表和超高频电压表。 根据电压表电路组成方式不同，模拟电压表可以分为：根据电压表电路组成方式不同，模拟电

10、压表可以分为： 1. 1. 检波检波- -放大式放大式 2. 2. 放大检波式放大检波式 3. 3. 外差式外差式二二. . 阅读一种交流电压表的技术指标阅读一种交流电压表的技术指标 SG2171SG2171交流毫伏交流毫伏表表 是一种均值电压是一种均值电压表其灵敏度高、表其灵敏度高、波形失真小。频波形失真小。频率范围率范围5Hz5Hz2MHz2MHz。测量电压。测量电压的范围的范围 30 30 V V 100V.100V. 其它的技术指标其它的技术指标参看课本参看课本68 68 6969页。页。三三. .均值电压表均值电压表 均值电压表测量的电压是交流电压经过全波均值电压表测量的电压是交流电

11、压经过全波整流后的平均值，即输入电压的绝对值在一个周整流后的平均值，即输入电压的绝对值在一个周期的平均值。期的平均值。1.检波电路检波电路 电子电压表内使用的均值检波电路如电子电压表内使用的均值检波电路如 图图3-11所示。图所示。图(a) 为桥式整流电路为桥式整流电路 (b)为半桥式电路为半桥式电路流过电流表的电流正比于输入电压的平均值。流过电流表的电流正比于输入电压的平均值。2.2.定度系数和波形换算定度系数和波形换算UKU 11. 1 UUK 几乎所有的交流电压表都是按正弦波电压的有几乎所有的交流电压表都是按正弦波电压的有效值定度的。如果检波器不是有效值相应，则标称效值定度的。如果检波器

12、不是有效值相应，则标称值（即示值）与实际值之间存在一个系数，这个系值（即示值）与实际值之间存在一个系数，这个系数称为定度系数，记作数称为定度系数，记作K 。对于均值响应检波器，。对于均值响应检波器，在额定频率下加正弦电压时的示值为在额定频率下加正弦电压时的示值为 ：所以定度系数所以定度系数如果用均值电压表测量纯正弦电压，其示值就是如果用均值电压表测量纯正弦电压，其示值就是正弦波的有效值。如果被测电压是非正弦电压，正弦波的有效值。如果被测电压是非正弦电压，则必须把示值经过换算后，才能得到被测电压的则必须把示值经过换算后，才能得到被测电压的有效值。有效值。首先按平均值相等示值也相等的原则将示值首先

13、按平均值相等示值也相等的原则将示值U 换算成被测电压的平均值换算成被测电压的平均值 UKUU9 . 0 再用波形因素再用波形因素Kf 求出被测电压的有效值求出被测电压的有效值 UKUKUffx9 . 0 小结小结 波形换算的方法是：波形换算的方法是：当被测电压是任意当被测电压是任意电压时，将测量结果（电压表的示值）先除于电压时，将测量结果（电压表的示值）先除于定度系数折算成平均值，再乘以被测电压的波定度系数折算成平均值，再乘以被测电压的波形因素即可得到被测电压的非正弦电压的有效形因素即可得到被测电压的非正弦电压的有效值。值。例例3-1 用全波均值电压表分别测量方波和三角波电压，示值均为1V,问

14、被测电压的有效值分别为多少？解 示值U =1V(1)对于方波 （Kf =1） Ux = 0.9 Kf U =0.9V(2)对于三角波 （ ） Ux = 0.9 Kf U =1.035V32 fK3. 误差分析误差分析 均值电压表的误差的主要来源有：指示电均值电压表的误差的主要来源有：指示电表的误差、检波二极管引起的误差。表的误差、检波二极管引起的误差。 当以示值当以示值U 作为被测电压的有效值是所引作为被测电压的有效值是所引起的绝对误差为起的绝对误差为 =U - 0.9Kf =（1- 0.9Kf ） U 示值相对误差为示值相对误差为 ffuKUUK9 . 01)9 . 01( 当被测电压为方波

15、时当被测电压为方波时 u = 1- 0.9Kf =10%当被测电压为三角波时当被测电压为三角波时 u = 1-0.9Kf =-3.5%由此可见对于不同的波形所产生的误差的大由此可见对于不同的波形所产生的误差的大小和方向是不同的。小和方向是不同的。模拟电压表的读数方法、使用及注意事项模拟电压表的读数方法、使用及注意事项1.电压表的接线及注意事项电压表的接线及注意事项（1）要测量某一部分电路两端的电压，必须把电压）要测量某一部分电路两端的电压，必须把电压表与这部分电路并联起来。表与这部分电路并联起来。（2）对直流电表必须注意正确连接）对直流电表必须注意正确连接“+”、“-”极性。极性。（3）被测电

16、压不要超过电压表的量程。）被测电压不要超过电压表的量程。2. 电压表的读数方法电压表的读数方法（1）首先判断电压表的量程。（）首先判断电压表的量程。（2）确定大格刻度。）确定大格刻度。（3）确定小格刻度。）确定小格刻度。 （4）最终示数）最终示数SG2171交流毫伏表的使用交流毫伏表的使用参阅课本（参阅课本（ 74页）页）交流毫伏表的操作规程交流毫伏表的操作规程参阅课本（参阅课本（74 75页）页）电压表使用之前要先熟悉电压表的技术性能指电压表使用之前要先熟悉电压表的技术性能指标、适用的范围、使用方法及注意事项等。标、适用的范围、使用方法及注意事项等。注意注意 对于其它型号的电压表可能有些地方

17、不对于其它型号的电压表可能有些地方不一样。测量之前要详细阅读使用说明书。一样。测量之前要详细阅读使用说明书。有效值电压表有效值电压表1检波式有效值电压表检波式有效值电压表 电压有效值的定义电压有效值的定义如果通过检波器来实现，则要求检波器有平方律如果通过检波器来实现，则要求检波器有平方律的伏安特性。利用二极管的正向特性开始部分可的伏安特性。利用二极管的正向特性开始部分可近似得到。如图近似得到。如图2所示。设法在电路中抵消起始所示。设法在电路中抵消起始电流，则流过电流表的平均电流则与被测电压的电流，则流过电流表的平均电流则与被测电压的平方成正比。从而实现有效值的转换。平方成正比。从而实现有效值的

18、转换。二二. 热电转换式有效值电压表热电转换式有效值电压表 它利用热电效应方式实现有效值电压测量。图它利用热电效应方式实现有效值电压测量。图3-13所示为热电转换电压表的原理图。所示为热电转换电压表的原理图。 TdttuTU02)(1利用被测电流流过加热丝产生热量，热电偶因热利用被测电流流过加热丝产生热量，热电偶因热端和冷温差而产生热电势，热电偶热端的温度端和冷温差而产生热电势，热电偶热端的温度正比与被测电压的有效值的平方，因为热电势正比与被测电压的有效值的平方，因为热电势产生流过电流表的电流，所以电流表中电流间产生流过电流表的电流，所以电流表中电流间接正比于被测电压的有效值的平方。图接正比于

19、被测电压的有效值的平方。图3-14所所示为示为DA-24型有效值电压表简化方框图。型有效值电压表简化方框图。三三.计算式有效值电压表计算式有效值电压表图图3-15 所示为计算式转换器方框图。它利用模所示为计算式转换器方框图。它利用模拟运算电路乘法器、积分器和开方器以及放大拟运算电路乘法器、积分器和开方器以及放大器。器。数字电压表（数字电压表（DVM）指把被测电压的数值通过数）指把被测电压的数值通过数字技术，变换成数字量，然后用数码管、字技术，变换成数字量，然后用数码管、LED显显示器以十进制数字显示被测量电压值。示器以十进制数字显示被测量电压值。数字电压表具有许多优点：量程范围宽数字电压表具有

20、许多优点：量程范围宽;精度高精度高;并并以数字显示结果；测量速度快以数字显示结果；测量速度快;能向外输出数字能向外输出数字信号信号;可以与其它存储、记忆打印设备相连接可以与其它存储、记忆打印设备相连接;输输入阻抗高。入阻抗高。目前已广泛应用于电压测量和仪表的目前已广泛应用于电压测量和仪表的校准。校准。在数字电压表的基础上把其他参数（如电流、电阻、在数字电压表的基础上把其他参数（如电流、电阻、交流电压等）变换为等效的电流电压，然后通过交流电压等）变换为等效的电流电压，然后通过测量电压获得其他参数值就构成数字多用表。测量电压获得其他参数值就构成数字多用表。3.3 数字电压表数字电压表一一. DVM

21、的主要技术指标的主要技术指标1. 电压测量范围电压测量范围（1 1）量程）量程 基本量程基本量程：无衰减或放大时的输入电压范围，由：无衰减或放大时的输入电压范围，由A/DA/D转换器动态范围确定，测量误差最小的量程。转换器动态范围确定，测量误差最小的量程。 通过对输入电压（按通过对输入电压（按1010倍）放大或衰减，可倍）放大或衰减，可扩展量扩展量程程，测量精度比基本量程的测量精度低，测量精度比基本量程的测量精度低。如：基本量程为如：基本量程为10V10V的的DVMDVM，可扩展出，可扩展出0.1V0.1V，1V1V，10V10V，100V100V，1000V1000V等五档量程。等五档量程。

22、基本量程为基本量程为2V2V或或20V20V的的DVMDVM，可扩展出，可扩展出200mV200mV、2V2V、20V20V、200V200V、1000V1000V等五档量程等五档量程。（3）超量程能力）超量程能力 当被测电压超过满量程时，如当被测电压超过满量程时，如DVM使用具有使用具有超量程能力，那么测量结果不会降低精度和分超量程能力，那么测量结果不会降低精度和分辨力辨力。如：如：3 位位DVM测量测量13.94V电压。电压。10V档：档：19.99V（使用超量程能力，显示结果（使用超量程能力，显示结果为为“13.94V”，未降低精度），未降低精度）被测电压被测电压 ： 13.94V100

23、V档：档： 199.9V（未使用超量程能力，显示结（未使用超量程能力，显示结果为果为“13.9V”，降低了测量精度），降低了测量精度） 指能完整显示的位数指能完整显示的位数完整显示位完整显示位：能够显示：能够显示09的数字的数字。非完整显示位非完整显示位(俗称半位俗称半位)：只能显示只能显示0和和1（在最（在最高位上）。高位上）。如如 4位位DVM，具有，具有4位完整显示位，其最大显位完整显示位，其最大显示数字为示数字为9999 。而而 4 1/2 位（位（4位半）位半）DVM，具有，具有4位完整显位完整显示位，示位，1位非位非 完整显示位，其最大显示数字为完整显示位，其最大显示数字为1999

24、9 。最大显示为最大显示为59999的数字电压表为的数字电压表为 4 3/4 位。位。（2 2）显示位数）显示位数 显示为数完整位的显示为数完整位的DVM没有超量程能力，带有没有超量程能力，带有1/2位并以位并以1V、10V、100V分档的分档的DVM才有超量才有超量程能力。程能力。带有带有1/2位并以位并以2V、20V、200V分档的分档的DVM没有没有超量程能力。超量程能力。 如：如：5 位DVM，在在10V 量程上最大可显示量程上最大可显示19.9999V电压，允许有电压，允许有100%的超量程。最大显的超量程。最大显示为示为5.9999的的 4 DVM 。如量程按。如量程按5V、50V

25、、500V分档，则允许有分档，则允许有20%的超量程。的超量程。 2. 分辨力分辨力 分辨力指分辨力指DVM能够显示输入电压最小变化值得能够显示输入电压最小变化值得能力。即显示其末位读数跳一个单位所需的最小电能力。即显示其末位读数跳一个单位所需的最小电压变化值。在最小量程上压变化值。在最小量程上DVM具有最大的分辨力。具有最大的分辨力。3. 测量误差测量误差（1）允许误差允许误差：在使用的条件下以绝对值形式给出。：在使用的条件下以绝对值形式给出。（2）固有误差固有误差：标准条件下的误差，常以下面形式：标准条件下的误差，常以下面形式给出：给出： U = ( % Ux+ %Um ) 式中式中Ux

26、被测电压被测电压读数，读数， Um 该量程的满度值，该量程的满度值， 误差相对项系数，误差相对项系数， % Ux为为读数误差，随被测电压变化而变化。读数误差，随被测电压变化而变化。 为为误误差固定差固定项系数，项系数， %Um 表示满度误差。对给定量程表示满度误差。对给定量程它是不变的。它是不变的。4. 输入电阻和输入偏置电流输入电阻和输入偏置电流 输入电阻一般小于输入电阻一般小于10M ,高准确度的可以达到高准确度的可以达到 1000M 。输入偏置电流是由一起内部表现得输入端的电流。输入偏置电流是由一起内部表现得输入端的电流。5. 抗干扰特性抗干扰特性分为串模干扰和共模干扰。前者可达分为串模

27、干扰和共模干扰。前者可达5090分贝，分贝，后者可达后者可达80150分贝。分贝。6. 测量速率测量速率每秒几次每秒几次几十次。几十次。补充串模干扰和共模干扰的知识补充串模干扰和共模干扰的知识采用共模抑制比和串模抑制比来表示采用共模抑制比和串模抑制比来表示DVM的抗的抗干扰能力。干扰能力。串摸干扰是指干扰信号以串摸干扰是指干扰信号以串联叠加的形式串联叠加的形式对被对被测信号产生的干扰；测信号产生的干扰；共模干扰是指干扰信号共模干扰是指干扰信号同时作用于同时作用于DVM的两个的两个测量输入端测量输入端（称为高端（称为高端H和低端和低端L）。）。二二 .DVM 的主要类型的主要类型按其模按其模/数

28、转换器（数转换器（A/D）原理来分，可分为斜）原理来分，可分为斜坡式、双积分式、比较式和复合式四类。坡式、双积分式、比较式和复合式四类。1. 斜坡式数字电压表斜坡式数字电压表利用积分器产生的线性斜坡电压与利用积分器产生的线性斜坡电压与Ux进行比较，进行比较，把把Ux转换成与其瞬时值成比例的时间间隔转换成与其瞬时值成比例的时间间隔T。2. 比较式数字电压表比较式数字电压表：利用输入的模拟电压与基准电压进行比较的方法，利用输入的模拟电压与基准电压进行比较的方法，把模拟量直接转换成数字量的电压表。把模拟量直接转换成数字量的电压表。 3. 积分式数字电压表积分式数字电压表 利用积分器对被测电压进行正向

29、和反向两次利用积分器对被测电压进行正向和反向两次积分，得到与输入电压平均值成正比的时间间积分，得到与输入电压平均值成正比的时间间隔隔T，并在，并在T的时间间隔内对时钟脉冲进行计数，的时间间隔内对时钟脉冲进行计数，最后用数字显示被测电压值。最后用数字显示被测电压值。 4.复合式数字电压表复合式数字电压表 复合式数字电压表是将积分式与比较式结合复合式数字电压表是将积分式与比较式结合起来，取长补短发展起来的一种测速快、抗干扰起来，取长补短发展起来的一种测速快、抗干扰能力强的高精度能力强的高精度DVM。三三.阅读数字多用表的技术指标阅读数字多用表的技术指标参阅课本参阅课本8081页。页。四四. 斜坡电

30、压式斜坡电压式DVM斜坡电压式斜坡电压式DVM利用时间这个中间量，测量利用时间这个中间量，测量的第一步使用一个线性斜坡电压将模拟直的第一步使用一个线性斜坡电压将模拟直流电压变换成容易数字化的时间间隔，该流电压变换成容易数字化的时间间隔，该时间间隔与被测电压成正比。测量的第二时间间隔与被测电压成正比。测量的第二步是利用计数器对这个时间间隔进行计数，步是利用计数器对这个时间间隔进行计数，以便把被测量用数字形式显示出来。斜坡以便把被测量用数字形式显示出来。斜坡电压式电压式DVM简化方框图如图简化方框图如图3-17所示。它所示。它的的A/D转换部分实质是一个电压转换部分实质是一个电压- 时间时间（U/

31、T）变换器。）变换器。 斜坡电压发生器是电压表的核心部分，它产生斜坡电压发生器是电压表的核心部分，它产生一个线性良好的斜坡电压，其变化范围从一个线性良好的斜坡电压，其变化范围从+12V 到到 -12V(对量程为对量程为10V)。斜坡电压接到。斜坡电压接到两个比较器：信号比较器和零比较器。两比较两个比较器：信号比较器和零比较器。两比较器的输出到逻辑控制电路，后者输出控制计数器的输出到逻辑控制电路，后者输出控制计数闸门的门控制信号，工作原理如图闸门的门控制信号，工作原理如图3-18所示。所示。信号比较器将斜坡电压与输入被测信号进行比信号比较器将斜坡电压与输入被测信号进行比较，当两者相等时，信号比较

32、器输出便改变状较，当两者相等时，信号比较器输出便改变状态。同样在零比较器中，当斜坡电压从态。同样在零比较器中，当斜坡电压从-12V 到到 + 12V的过程中通过的过程中通过0V时，输出改变状态。时，输出改变状态。 若斜坡电压为理想线性的，则若斜坡电压为理想线性的，则Ux=K T,门门控电压的时间间隔正比于控电压的时间间隔正比于Ux 。在闸门开通期。在闸门开通期间内，时钟脉冲通过闸门进行计数。适当选择间内，时钟脉冲通过闸门进行计数。适当选择时钟脉冲频率和小数点的位置，就能以一定的时钟脉冲频率和小数点的位置，就能以一定的位数显示出被测量。一次测量结束，逻辑控制位数显示出被测量。一次测量结束，逻辑控

33、制电路输出复位信号，将计数器置零。用斜坡电电路输出复位信号，将计数器置零。用斜坡电压技术所能达到的测量准确度，取决于斜坡电压技术所能达到的测量准确度，取决于斜坡电压的线性与绝对斜率的稳定性以及时间测量的压的线性与绝对斜率的稳定性以及时间测量的准确度。比较器的稳定度也影响测量误差。测准确度。比较器的稳定度也影响测量误差。测量转换是瞬时值。这种量转换是瞬时值。这种DVM测量的准确度较测量的准确度较低。但电路简单。在要求准确度不太高的场合低。但电路简单。在要求准确度不太高的场合有广泛的应用。有广泛的应用。五五. 双积分是双积分是A/D转换器转换器基本原理：利用同一个积分器对被测电压基本原理：利用同一

34、个积分器对被测电压UX进进行正向定积分和对基准电压行正向定积分和对基准电压Ur 反向定积分，通反向定积分，通过两次积分的比较，将过两次积分的比较，将Ux变换成与之成正比的变换成与之成正比的时间间隔。时间间隔。 其实质也是其实质也是VT变换式。变换式。该积分器优点是抗干扰能力强，灵敏度高，应用该积分器优点是抗干扰能力强，灵敏度高，应用广泛。广泛。 双积分是双积分是A/D转换器原理方框图如图转换器原理方框图如图3-19所示。所示。其工作过程分三个阶段分析。其工作过程分三个阶段分析。1. 准备阶段（准备阶段（t0 t1）：电子开关）：电子开关S4闭合，使积分闭合，使积分电容短路，使之处于初始状态，为

35、下一步对被电容短路，使之处于初始状态，为下一步对被测电压积分做准备。测电压积分做准备。2. 采样阶段（采样阶段（t1t2) ：电子开关：电子开关S4断开，断开， S1闭合，闭合，接入被测电压（接入被测电压（-Ux) 。积分其作正向积分输出。积分其作正向积分输出电压电压uout1从从0线性增加，逻辑控制门电路同时打线性增加，逻辑控制门电路同时打开闸门，计数器对时钟脉冲进行计数。经过预开闸门，计数器对时钟脉冲进行计数。经过预置时间置时间t1, 即在即在t2时刻计数器溢出，复零，进位时刻计数器溢出，复零，进位脉冲式逻辑门控制电路将脉冲式逻辑门控制电路将S1断开，断开，S2闭合采样闭合采样阶段结束。积

36、分器输出电压与输入电压阶段结束。积分器输出电压与输入电压Ux的平的平均值成正比。均值成正比。3. 比较阶段（比较阶段（t2t3）3. 比较阶段比较阶段 （t2t3) 此时正极性的基准电压接此时正极性的基准电压接至积分器的输入端，开始反向定积分输出电至积分器的输入端，开始反向定积分输出电压开始线性下降。同时计数器重新开始计数。压开始线性下降。同时计数器重新开始计数。当当t = t3时，积分器输出电压等于时，积分器输出电压等于0，逻辑控，逻辑控制电路发出控制信号，使制电路发出控制信号，使S2断开，断开，S4,S5闭合，闭合，积分器恢复到零状态。此时令比较器翻转，积分器恢复到零状态。此时令比较器翻转

37、，关闭闸门，计数器停止计数。转换器进入休关闭闸门，计数器停止计数。转换器进入休止阶段准备下一个周期。止阶段准备下一个周期。这种这种A/D转换器的准确度，而与积分器的参数转换器的准确度，而与积分器的参数基本无关，由于两次积分都是对同一个时钟基本无关，由于两次积分都是对同一个时钟脉冲源输出脉冲进行计数，故对脉冲频率要脉冲源输出脉冲进行计数，故对脉冲频率要求不高，准确度高。求不高，准确度高。这种这种A/D转换器的工作过程是：在同一个测量转换器的工作过程是：在同一个测量周期内，首先对被测直流电压周期内，首先对被测直流电压UX 在限定的时间在限定的时间内进行定时积分，然后切换积分其的输入电压内进行定时积

38、分，然后切换积分其的输入电压为基准电压为基准电压Ur，再对，再对Ur进行反向定值积分。直进行反向定值积分。直到输出电压等于到输出电压等于0为止。合理选择电路参数可为止。合理选择电路参数可把被测电压把被测电压Ux变换为反向积分的时间间隔，在变换为反向积分的时间间隔，在利用脉冲计数器对此时间间隔进行编码，从而利用脉冲计数器对此时间间隔进行编码，从而得出被测电压的数值。整个过程是两次积分，得出被测电压的数值。整个过程是两次积分，将被测电压模拟量将被测电压模拟量Ux，变成与之成正比的计数变成与之成正比的计数脉冲个数。从而完成脉冲个数。从而完成A/D转换。转换。六六.逐次逼近比较式逐次逼近比较式A/D转

39、换器转换器(1) 逐次逼近比较式逐次逼近比较式A/D工作原理工作原理逐次逼近比较式逐次逼近比较式A/D变换是属于直接式变换是属于直接式A/D变换。变换。 基本原理基本原理: 用被测电压和一个可变的已知的电用被测电压和一个可变的已知的电压（基准电压）进行比较，直至比较结果相等。压（基准电压）进行比较，直至比较结果相等。达到测出被测电压值的目的。达到测出被测电压值的目的。 即采用一种即采用一种“对分搜索对分搜索”的策略，逐步缩小的策略，逐步缩小Ux未知范围的办法。工作过程可与天平称重物类未知范围的办法。工作过程可与天平称重物类比。比。2. 逐次逼近比较式逐次逼近比较式A/D主要组成主要组成（1）

40、电路组成框图电路组成框图 由电压比较器、由电压比较器、D/A转换器、逐次逼近寄存器转换器、逐次逼近寄存器（SAR）、逻辑控制电路和输出缓冲器等部分组成。）、逻辑控制电路和输出缓冲器等部分组成。 （1 1）电压比较器）电压比较器 是一个高速高增益的运算放大器，完成输入端是一个高速高增益的运算放大器，完成输入端模拟输入电压模拟输入电压U Ux x和反馈电压和反馈电压U Uo o的比较运算。若的比较运算。若U Uo o U Ux, x, Q Qc c =0, =0, 反之反之 U Uo oU Ux, x, Q Qc c =1=1（2）控制电路）控制电路 控制电路是节拍脉冲发生器，控制对两个比控制电路

41、是节拍脉冲发生器，控制对两个比较电压由高位到低位逐个比较。较电压由高位到低位逐个比较。（3）逐次逼近寄存器）逐次逼近寄存器SAR SAR是一组双稳态触发器。如果是一组双稳态触发器。如果A/D转换器由转换器由n位则由位则由n组触发器。各位的输出有控制器根据比较组触发器。各位的输出有控制器根据比较器的器的Qc控制。送往缓冲寄存器锁存和送到控制。送往缓冲寄存器锁存和送到D/A转转换为模拟量换为模拟量Ux。（4）D / A转换器转换器 D / A转换器转换器 包括基准电压源、电子开关电路包括基准电压源、电子开关电路和分压分流电路组成的解码网络。其功能和分压分流电路组成的解码网络。其功能是将二进制数字两

42、转换成模拟量。是将二进制数字两转换成模拟量。 D / A转转换器的工作原理在数字电路中已经学过，换器的工作原理在数字电路中已经学过，在此不再重复。在此不再重复。Fluk8846数字多用表的使用数字多用表的使用1.荧光点阵显示屏荧光点阵显示屏2.操作菜单功能键（操作菜单功能键（F1F5）: 用于选择数字多用表的不同用于选择数字多用表的不同菜单选项。每个功能键的功能有屏幕底部的标签识别。菜单选项。每个功能键的功能有屏幕底部的标签识别。最左边一个为返回键，最右边一个为存储键。由于保存最左边一个为返回键，最右边一个为存储键。由于保存内部和外部数字多用表的设置和测量数据。内部和外部数字多用表的设置和测量

43、数据。3.9个功能键：个功能键：DCV、ACV、DCI、 、道统和二极管、频、道统和二极管、频率率/周期、电容、温度。周期、电容、温度。4.7个设置键：仪器设置、测量设置、分析设置、量程设个设置键：仪器设置、测量设置、分析设置、量程设置、存储器设置。置、存储器设置。5.面板上的输入端：面板上的输入端：INPUT和和SENSE。6.正确选择电源正确选择电源7.测量设置包括以下参数设置：读数速率、滤波器、数学测量设置包括以下参数设置：读数速率、滤波器、数学运算、触发、高输入阻抗、电阻门限、运算、触发、高输入阻抗、电阻门限、DBm参考等。参考等。8. 用数字多用表进行测量用数字多用表进行测量（1）测

44、量直流电压）测量直流电压按按DCV键键当当FILTER软键软键被突出显示时，被突出显示时，表示数字多用表示数字多用表表 插入了插入了8Hz一个的低通滤一个的低通滤波器。可以获波器。可以获得稳定的测量得稳定的测量结果。结果。（2）测量交流压）测量交流压按下按下ACV键键按下按下dB功能键则保存第一次获得的测量值，将功能键则保存第一次获得的测量值，将以后的测量值报市委已经保存之为参考的分贝以后的测量值报市委已经保存之为参考的分贝值。按下值。按下dBm功能键时，将测量值表示为功能键时，将测量值表示为1mW为参考的分贝值。为参考的分贝值。（3）测量直流电流）测量直流电流 1）按下）按下DCI键键2）被

45、测电流）被测电流在在120mA以下以下时选择时选择mA，其它选其它选10A功功能。能。3）注意）注意:若选若选mA(或或10A)输入端输入，电流超过输入端输入，电流超过400mA(电流超过电流超过11A), 内部的熔断器会熔断。内部的熔断器会熔断。4）FILTER功能同上。功能同上。 2NDMEAS 功能：依次显示功能：依次显示第二测量功能（第二测量功能（ACI），直至关闭。），直至关闭。（4）测量交流电流）测量交流电流按下按下ACI键键FILTER功能同上。功能同上。 2NDMEAS 功能：功能：依次显示第二测量功能（依次显示第二测量功能（DAC,频率），频率），直至关闭。直至关闭。（5）测

46、量电阻）测量电阻按下按下 键显示如图键显示如图3-30 .3. 4 数字多用表数字多用表数字多用表测量功能较多：可以测量直流电压、交数字多用表测量功能较多：可以测量直流电压、交流电压、交流电流、直流电流、电阻等参数。流电压、交流电流、直流电流、电阻等参数。数字多用表还能测量信号的频率、电容器容量及电数字多用表还能测量信号的频率、电容器容量及电路的通断。能自动校零、自动显示极性、过载指示、路的通断。能自动校零、自动显示极性、过载指示、读数保持等功能。读数保持等功能。它的基本测量方法是一直流电压的测量为基础。测它的基本测量方法是一直流电压的测量为基础。测量时先把其他参数变换为等效的直流电压量时先把

47、其他参数变换为等效的直流电压U，然后，然后通过测量通过测量U获得要测的参数值。获得要测的参数值。数字多用表是在数字直流电压表的前端加接相应的数字多用表是在数字直流电压表的前端加接相应的交流交流-直流转换器、电流直流转换器、电流-电压转换器、电阻电压转换器、电阻-电压转电压转换器。换器。其核心是数字直流电压表。要求上述的转换器必其核心是数字直流电压表。要求上述的转换器必须是线性转换器。其组成原理图如图须是线性转换器。其组成原理图如图3-31所示所示1. 线性线性AC/DC 转换器转换器：有平均值：有平均值AC/DC和有效值和有效值AC/DC。图。图3-32给出了其结构。给出了其结构。图图3-33 示出了线性平均值示出了线性平均值AC/DC变换器的电路变换器的电路结构结构2. I/U转换器转换器：将被测电流流过标准电阻产生电压降：将被测电流流过标准电阻产生电压降来将电流变换电压。图来将电流变换电压。图3-34时除了变换的原理图。时除了变换的原理图。图图3-353-35所示是恒流法所示是恒流法 /V/V变换器的原理图变换器的原理图. .3. /V/V变换器变换器目前用数字多用表测量电阻时，为了提高测目前用数字多用表测量电阻时，为了提高测量精度，特别是对于电阻阻值较小时，常量精度，特别是对于电阻阻值较小时，常常是用四线法测量。如图常是用四线法测量。如图3-26所示。所示。