电子测量原理第2版 詹惠琴 古天祥第4章.ppt

量程自动选择实现原理 为选择与被测电压相适应的量程，可通过“手动”或“自动”方式进行。手动选择可先将DVM置于某个量程上（一般在对被测电压不能估计其大小时，首先应置于较大量程），根据读数值再调整量程。 自动量程选择与手动选择的原理基本相同，但是应注意，在量程切换时，应有确定的界限值，而且，相邻两个量程之间应有适当的重叠，以避免当被测电压在界限值附近变化时，两个相邻量程上的频繁切换（即出现“摇摆不定”的现象）。 设计上，一般可将较大一档量程的最小电压设置为相邻小一档量程满度值的90%，如图4-28所示。 在单片集成A/D转换器中，有些ADC（如ICL7135等）具有超量程或（和）欠量程指示的输出信号，在DVM或DMM设计中，可以直接利用该信号控制量程自动转换，非常方便。 * 电压测量基本原理仍是基于比较法——直接比较法和间接比较法。电压测量按测量技术可分为模拟和数字测量；按测量对象可分为直流电压测量（静态）、交流电压测量（稳态）、瞬态电压测量（动态）、随机电压测量（统计）等. 表征交流电压的参数包括峰值、平均值、有效值和波峰因数、波形因数。 检波是实现交流-直流（AC/DC）电压变换的基本方法，采用峰值、平均值、有效值检波器实现AC/DC变换，重点介绍了电压表的刻度特性和波形响应。 电压表的灵敏度和带宽总是存在矛盾的，采用外差式接收机原理的选频测量方法可大大提高测量灵敏度。 * 本章小结 实现直流电压的数字化测量的核心是A/D转换器（ADC），其种类很多，性能差异很大，但其中的逐次逼近比较式ADC和双积分式ADC是最为常用和最重要的两种类型。 应在熟悉A/D转换器原理的基础上，理解数字电压表（DVM）的主要性能指标，及固有误差（读数误差和满度误差）的分析。 DVM在直流电压测量的基础上，通过AC/DC、I/V、Z/V变换可以实现对交流电压、直流电流、电阻、阻抗等测量，从而扩展了测量范围。 通过内置微处理器，可大大扩展测量功能和提高测量指标，如自检、自动校零、自动校准、自动增益、数据存储与数据处理、外部通信等，实现这些功能的数字多用表（DMM）是数字化电压测量的高档仪器。 * * * * * * * 当积分完成时，充电电荷与放电电荷相等，则有 考虑到 ，其中T0为时钟周期，则由上式可得 式中， 为刻度系数（V/字），即分辨力提高了10n倍； 即为A/D转换结果的数字量，它由计数器A和计数器B的计数值N2和N3加权得到。 * 4.3.3 电流、电压、阻抗变换技术及数字多用表 1.）电流、电压、阻抗变换技术 为扩大DVM的测量功能，如对交流电压、直流电流、电阻、电容等的测量，首先需将它们转换为相应的直流电压。此外，在DVM的基础上，利用微处理器技术实现的数字多用表（DMM）可进一步增强测量和数据处理功能。主要包括以下三个内容： AC/DC变换 I/V变换 Z/V变换 2）数字多用表 数字多用表这部分主要包括以下两个内容： 组成框图 数字多用表的特点 数字多用表的使用 * AC/DC变换 交流电压的测量主要是对表征交流电压的参数测量； 这些参数包括有效值、峰值、平均值（检波后均为直流电压量）等。 在前面的4.2.3节我们已经介绍了有效值、峰值、平均值的检波原理和方法（即AC/DC变换）。 * I/V变换 基于欧姆定律即可实现电流-电压(I/V)变换，即将被测电流通过一个已知的取样电阻，通过测量取样电阻两端的电压，即可得到被测电流。为了实现不同量程的电流测量，可以选择不同的取样电阻，如图4-20所示。 图中，假如变换后采用的电压量程为200mV，则通过量程开关选择取样电阻值分别为1kΩ、100Ω、10Ω、1Ω、0.1Ω，便可测量200μA、2mA、20mA、200mA、2A的满量程电流，这样，在电流各量程档都具有相同的电压输出。 图4-20的变换电路是将取样电阻串联到被测电路中，取样电阻上的电压输出将接到DVM的输入放大器，该电路适合于测量较大电流的情况。为测量小电流，可将取样电阻接入DVM输入放大器的反馈回路中。 * Z/V变换 同样地，基于欧姆定律即可实现阻抗—电压（Z/V）变换。 对于纯电阻，可用一个恒流源流过被测电阻，通过测量被测电阻两端的电压，即可得到被测电阻阻值。而对于电感、电容参数的测量，则需要采用交流参考电压，并将实部和虚部分离后分别测量（见第10章的阻抗测量部分）。 图4-21为实现电阻-电压（R/V）变换的测量原理图。 * 其中，图4-2