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第五章电子电压表
第5章 电子电压表 本章要点 电子电压表的基本要求、分类及基本参数 模拟式交流电压表基本组成、原理框图及应用 数字电压表的主要技术性能、A/D转换原理积极应用 5.1 电子电压表的简介 5.1.1 对电子电压表的基本要求 5.1.2 电子电压表的分类和性能指标 5.2 模拟式交流电压表 5.2.1 毫伏表的基本组成和原理框图 5.2.2 毫伏表简介 5.2.4 均值型电压表 5.2.5 有效值电压表 5.2.6 峰值电压表 5.3 数字电压表 5.3.1 数字电压表的主要技术性能 5.3.2 A/D转换器 5.3.3 数字电压表的应用 1.量程 量程表示电压表所能测量的最小和最大电压的范围。在多量程数字电压表中,测量误差最小的量程称为基本量程。 (1)显示位数 (2)整位与半位 (3)超量显示能力 2.分辨力(灵敏度) 它是表示数字电压表所能显示的被测电压的最小变化值。也即是显示器最末一位的一个字所代表的电压值。显然,在不同的量程上分辨力是不同的。在最小的量程上分辨力最高。通常把一台数字电压表的最高分辨力作为这台数字电压表的分辨力指标。 例如,DS-14型数字电压表为5位数字显示,最小量程为0~0.5V,末位一个字表示10μV,所以称其分辨力为10μV。 3.测量误差 数字电压表的技术指标中常常给出固有误差、工作误差,有时还给出影响误差和稳定差。 电子测量仪器的固有误差,是指在基准条件下测定的误差。固有误差常用绝对误差的型式给出,即 式中,α为相对项系数,β为固定项系数,Ux为示值,Um为量程的满度值。α%×Ux称为读数误差,是相对项,其值随读数而变化。β%Um称为满度误差,是固定项其值是恒定的。 数字电压表的工作误差是指在额定工作条件下的误差,一般包括了电压表的影响误差和稳定误差,当影响误差和稳定误差是工作误差的重要成分时,也可单独给出它们的数值。 4.输入阻抗与输入零电流 —般数字电压表的输入级使用场效应晶体管,因此输入级是一个有源网络。其等效电路如图。 图5-14 DVM输入端的等效电路 由于使用场效应管,输入电阻很高。一般小量程的Ri可达104MΩ 以上;大量程的输入电阻由于使用了分压器的缘故,Ri可高达10MΩ。 所谓输入零电流,就是DVM输入级的漏电流I0。由于I0的存在,将在被测源内上形成压降I0Rx,从而使测量结果出现误差。显然I0值越小越好,—般用场效应管作输入级时I0很小。 例如DS-14型DVM中规定I0<5×l0 -10A。 5.测量速率 它表示数字电压表每秒钟对被测电压的测量次数或一次测量所需要的时间。 例如,PZ-8型数字电压表的测量速率为50次/s或20ms/次。 6.抗干扰能力 对于数字电压表来说,从来自外部的干扰这个角度来划分,数字电压表的干扰可分为两大类:—类干扰是常模干扰(或串模干扰),它是与被测电压串联起来加至DVM的输入端,例如外部电磁场干扰等;另一类干扰是共模干扰,它是被测信号线与电压表地线之间的电位差引起的干扰。这种干扰对电压表的高、低两根输入线都有影响。数字电压表对常模干扰的抑制能力叫常模干扰抑制比(NMR), NMR= ;对共模干扰的抑制能力叫共模干扰抑制比(CMR), CMR= 。NMR、CMR的值越大,DVM抑制这种干扰的能力越强。一般NMR可达50~90dB,CMR可达80~150dB。 讨论DVM的主要内容可归结为电压测量的数字化方法。模拟量的数字化测量,其关键是如何把随时间作连续变化的模拟量变换成数字量,完成这种变换的电路叫模—数变换器(A/D变换器)。把模拟量变成数字量进行测量的过程,如图5-15,DVM可以简单理解为A/D变换器加电子计数器,其核心为A/D变换器。目前,各类DVM之间最大的区别也在于A/D变换的方法不同,而各类DVM的性能在颇大程度上也取决于所用A/D变换的方法。 图5-15 电压测量的数字化过程 1.比较型A/D转换器 把被测电压UX与幅度递减分级的基准电压逐次比较,当比较用的基准电压总和大于被测电压时,把多余的某级基准电压舍去,而当基准电压总和小于或等于UX时,便把这一基准电压保留下来,如此逐次比较,基准电压的总和渐渐接近U。,当比较程序终了时,基准电压的总和将近似等于U。可用它表征Ux。 这种转换的原理和过程犹如以天平测重物。如有一架天平,设有五种砝码: 8g、4g、2g、1g、0.5g砝码的重量即它的“权”。例如有一重物,w=10.55g,重物放左盘,砝码放右盘上,右盘抬高,说明右盘砝码不足,,要留下此砝码(称“
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