电子测量技术第三章课件

电压测量第第3 3章章第3章电压测量u3.1 概述u3.2 电压的模拟测量u3.3 电压的数字化测量u3.4 电压测量中的模-数转换器u3.5 数字多用表u3.6 数字电压测量的误差分析23.1 电压测量概述电压测量的重要性电压测量的重要性u电压测量是电子测量的一个重要内容。n在表征电信号能量的三个基本参数(电压、电流、功率)中,电压测电压测量量是最直接也是最普遍的n电路中的其他电参量包括电流、功率以及信号的调幅度、波形的非线性失真系数、网络的频率特性、设备的灵敏度等等,都可视为电压的派生量,通过电压测量获得其量值。n电压比较器结构简单且应用广泛,这使电压的数字化非常容易。利用各种传感器和变换电路,可以把其他类型的物理信号(如温度、压力、流量、音响等)转换为电压,通过测量电压来实现对这些参量的测量。电压测量的特点 u频率范围n电压测量的频率范围相当广u测量范围n电压幅值的变化范围极宽 u电压波形n交流电压波形多种多样u输入特性n被测信号接入电压表后,电压表的等效输入阻抗将对测量结果产生影响。u测量精度 n直流电压可获得较高的测量准确度 u抗干扰性能 n高精度电压测量要求电压表具有足够的抗干扰能力 除直流外,交流电压的频率范围从10-6Hz至1012Hz下限在1nV几mV,上限可达kV以上。直流电压:10-410-7量级交流电压:10-210-4量级模拟式电压表:10-2量级电压测量方法u电压的模拟测量n是将被测电压成比例地转换为电流,再采用机械动圈式电流表进行测量。u直流电压的数字测量n通过ADC实现高精度直流电压的数字测量。u交流电压的数字测量n经过AC-DC变换后得到直流电压再测u交流采样n采用高速ADC直接对高频信号进行数字化采集与处理,通过P换算出有效值、峰值、均值u示波测量6电压测量仪器的分类u万用表u电子电压表n模拟式：u磁电式电流表(表头)作指示器n数字式：u利用AD转换器实现电压的测量均值电压表峰值电压有效值电表 数字显示被测电压的值电压标准u标准电池n标准电池利用化学反应产生稳定、可靠的电动势,它是一种重要的电压实物标准,常作为各级计量、检定、研究和生产部门的直流电压标准量具。u齐纳二极管电压标准n利用了齐纳二极管反向击穿时的稳压特性,系统结构简单,容易实现集成,广泛应用于工程仪表中。u约瑟夫森量子电压基准n电压与频率在约瑟夫森结上存在一个不受时间、空间环境变化的系数KJ。n从1990年1月1日开始,在世界范围内同时启用了约瑟夫森电压量子基准并给出了KJ常数值,记为KJ-90 483597.9GHz/V83.2 电压的模拟测量103.2.1 交流电压的表征 u交流电压可以用峰值、幅值、平均值、有效值及瞬时值来表征。交流电压的表征uu峰值Upn交流电压u(t)在一个周期内偏离零电平的最大值n一般情况下,正峰值Up+和负峰值Up-并不相等n交流信号的直流成分较大时,可能无Up-(或Up+),从而出现谷值 11U0:直流分量Um：振幅,u(t)在一个周期内偏离直流分量U0的最大值12交流电压的表征uu平均值U Uavav通常平均值就指全波平均值u交流电压的平均值定义为u半波整流平均值：n交流电压的正(负)半周在一个周期的平均值u全波整流平均值13交流电压的表征uu有效值Urmsu交流电压有效值,是指该交流电压在一个周期内通过某一纯电阻负载时所产生的热量,与一个直流电压在同样的条件下所产生的热量相等时，该直流电压的量值,记为Urmsu直流电压U在时间T内电阻R上产生的热量u交流电压u(t)在时间T内电阻R上产生的热量14交流电压的表征u由u得各类电压表的示值都是按正弦波有效值定度u数学上,有效值与均方根同义u对理想的正弦交流电压u(t)=Upsin(t),若=2/T 15波形因数和波峰因数u交流电压的波形因数波形因数KF定义为该电压的有效值与均值之比:u对理想的正弦交流电压u(t)=Upsin(t),若=2/T 16波形因数和波峰因数u对理想的正弦交流电压u(t)=Upsin(t),若=2/T u交流电压的波峰因数波峰因数Kp定义为该电压的峰值与有效值之比17波峰因数和波形因数u常见波形的波峰因数和波形因数可查表3-1得到如正弦波:Kp=1.41，KF=1.11；方波：Kp=1，KF=1；三角波：Kp=1.73，KF=1.15；锯齿波：Kp=1.73，KF=1.15；脉冲波：为脉冲宽度,T为周期 白噪声：Kp=3(较大),KF=1.25。183.2.2 交流-直流转换u模拟测量 模拟电压表 u数字测量 数字电压表n虽然数字电压表越来越普及,但就目前的技术条件来说,尤其是对于很高频率信号的测量还不能完全取代模拟电压表。u测量交流电压的仪表通常称为电子电压表或毫伏表 u模拟式电子电压表是通过ACACDCDC变换变换器器将交流电压转换成直流直流电压后,再变换成直流电流,最后驱动磁电式电流表,通过指针来指示所测得的电压。19检波特性u根据检波特性不同n平均值检波平均值电压表n 峰值 检波 峰值 电压表n有效值检波有效值电压表20 放大-检波与检波-放大u对于交流交流电压电压的测量通常有两种基本方式：uu放大检波式：n测量灵敏度高但频率范围只能达到几百kHzuu检波放大式：n频率范围可以从直流到几百MHz,但其灵敏度较低。直流放大读数显示检波宽带放大检波读数显示平均值、有效值电压表峰值电压表21平均值电压测量uu放大放大检检波式波式 u可变量程衰减器：通常是阻容分压电路，用来改变均值表的量程，以适应不同幅度的被测电压。u宽带放大器：通常采用多级负反馈电路,其性能往往是整个电压表质量的关键。u平均值检波器：通过整流和滤波提取宽带放大器输出电压的平均值，并输出与它成正比的直流电流，最后驱动微安表指示电压的大小。检波器宽带放大器衰减器A22u平均值检波原理 n由二极管桥式整流(全波整流和半波整流)电路完成u如图,整流电路输出直流电流I0,其平均值与被测输入电压u(t)的平均值成正比(与u(t)的波形无关)u电容C用于滤除整流后的交流成分,避免指针摆动平均值电压的测量23u以全波整流电路为例,n在电压信号的正半周,二极管D1和D4导通,D2和D3截止,忽略反向电流的作用,正半周流过电表的平均电流为：n在电压信号的负半周,二极管D2和D3导通,D1和D4截止,忽略反向电流的作用,负半周流过电表的平均电流为：平均值电压的测量平均值电压的测量24u则一个周期流过电表的平均电流为n式中Rd和Rm分别为检波二极管的正向导通电阻和电流表内阻,可视为常数(它反映了检波器的灵敏度)。u于是,I0的平均值与u(t)的平均值成正比。u均值检波器的输入阻抗较低,用它做成的电子电压表,应在检波前加高输入阻抗的放大器。u均值表一般都是放大检波式。平均值电压的测量25峰值电压的测量u由于放大器频率特性的限制,通常测量高频信号的电压表采用检检波波放大式放大式。uu检检波波放大式放大式高频毫伏表检波器多采用峰值式n采用这种结构,放大器放大的是检波后的直流信号,其频率特性不会影响整个电压表的频率响应n测量电压的频率范围主要取决于检波器频率响应n高频电压表把用特殊性能的高频检波二极管构成的检波器放置在屏蔽良好的探头(探极)内,用探头的探针直接接触被测点,这样可以大大减小高频信号在传输过程中的损失并减小各种分布参数的影响。这种电压表的频率上限可达1 GHz。26峰值电压表uu峰值检波器：检波输出的直流电压与输入交流信号峰值成比例。u常见的峰值检波器有串联式和并联式两种。u基本要求：n放电时间常数远大于输入信号中最大的周期Tmaxn检波器的充电时间常数远小于放电时间常数；放Tmax 充放峰值检波器u二极管峰值检波电路(a.串联式,b.并联式,c.波形)2728有效值电压的测量u电压有效值的定义:n为了获得均方根响应,必须具有平方律平方律关系的伏安特性 模拟运算式有效值变换器u直接型RMS-DC运算法如图3-4所示,使用乘法器和运算放大器直接计算有效值u图中第一级接成平方运算的模拟乘法器,其输出正比于 ux2(t),第二级接成积分平均电路,第三级将积分器的输出进行开方,最后输出的电压正比于被测电压的有效值。29间接型间接型RMS/DC运算法运算法u间接型RMS/DC运算法如图3-5所示。u图中第一级为模拟乘法/除法器,第二级是由运算放大器组成的低通滤波器。它在电路的输入级使用反馈间接实现平方根运算。uu2x/U0将随着输入信号的有效值线性变化。30数字采样法u采样又称为取样。根据有效值的定义,若把式(3-3)中的连续积分变为在信号周期内足够多采样值平方的代数和,则可得交流电压有效值的另一表达式u数字采样法采用高速A-D器件,对信号进行实时逐点采样,以实现交流信号的真有效值测量,还可以检测出信号的瞬时特性,比如信号峰值、波形畸变因数等其它瞬时信号特性。u只要采样的频率足够高,就可以尽量真实地再现被测信号。3132u热电效应：n两种不同导体的两端相互连接在一起,组成一个闭合回路,当两节点处温度不同时,回路中将产生电动势,从而形成电流,这一现象称为热电效应,所产生的电动势称为热电动势。u当热端T和冷端T0存在温差时(即TT0),则存在热电动势，且热电动势的大小与温差T=T-T0成正比。热电转换原理铁铜热端热电偶33热电转换原理u利用热电偶有效值检波u热电偶：n将两种不同金属进行特别封装并标定后,称为一对热电偶(简称热偶)。u热电偶温度测量原理：n若冷端温度为恒定的参考温度,则通过热电动势就可得到热端(被测温度点)的温度。u热电偶有效值检波原理：n若通过被测交流电压对热电偶的热端进行加热,则热电动势将反映该交流电压的有效值,从而实现了有效值检波。34热电转换原理u直流电流I与被测电压u(t)的有效值U的关系：电流I热电动势热端与冷端的温差,而热端温度u(t)功率u(t)的有效值U的平方,故I U2BE+ACDA-Mux(t)35热电式有效值电压表u在实际热偶式电压表中,为了克服直流电流与被测电压有效值的非线性关系(IkUx),利用两个性能相同的热电偶构成热电偶桥,称为双双热热偶偶变换变换器器,测量热电偶M1:产生的热电动势Ex=KUx2平衡热电偶M2:产生的热电动势Ef=KU02 E=ExEf036热电式有效值电压表uU=ExEf0u Ex Efu U0 Uxu直流电压表读数U0等于被测电压的有效值Uxu这种方式的电压表频率范围很宽,频率高端可达几十M Hz以上,由于输入端阻抗变换器和衰减器的作用,可使输入阻抗提高到10M左右。3.2.3 交流电压表的刻度特性u在进行交流电压测量时,国际上一直以有效值表示被测电压的大小,因为有效值反映了被测信号的功率。但在实际测量中由于检波器的工作特性不同所得结果有峰值、平均值、有效值之别。u各种特性的AC-DC变换器都应该将最后的测量结果表示为有效有效值值。37均值表测量时的刻度特性均值表测量时的刻度特性u均值电压表的读数都用正弦有效值进行定度n式中av为平均值电压表的指示值，K为定度系数，或称刻度系数；Uav为被测电压的平均值。u如果被测电压是正弦波,又采用全波检波电路，已知正弦波有效值电压为1V时,全波检波后的平均电压为22,故3839均值表均值表波形换算方法u平均值电压表的读数都用正弦有效正弦有效值值进行定度u用均值表测量非正弦波电压时，其读数应作修正u如果不作修正,即将读数当成有效值时,将产生波形误差v40例例3-1用平均值电压表测量一个三角波电压,读得测量值为10V,求有效值为多少？波形误差是多少？解由读数av=10V 假设电压表有一正弦波输入,其有效值Urms=10V；该正弦波的均值 Uav=0.9av=9V；将三角波电压引入电压表输入,其均值Uav=9V 查表,三角波的波形因数KF=1.15,该三角波的有效值为：Urms=KF Uav =1.159V=10.35V(5)波形误差为峰值表测量时的刻度特性峰值表测量时的刻度特性u峰值电压表的读数都用正弦有效值进行定度n式中p为峰值电压表的指示值,K为定度系数,K=2/2;Up为被测电压的峰值。u当被测电压为非正弦波形时,应进行波形换算才能得出被测电压的有效值。首先将示值p折算成被测电压的峰值41峰值表峰值表波形换算方法u有效值：u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4243例例3-2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？波形误差是多少？解 由读数p=10V，假设电压表有一正弦波输入,其有效值=10V；该正弦波的峰值=14.14V；将三角波电压引入电压表输入,其峰值Up=14.14V；查表,三角波的波峰因数Kp=1.73,该三角波的有效值 Urms=Up/Kp=8.2V波形误差为：(可见若不换算，波形误差是很大的可见若不换算，波形误差是很大的)u例 有效值电压表的有限带宽对测量非正弦电压时的波形误差。设某有效值电压表带宽为10MHz,用该电压表测量下图所示方波电压,计算由电压表带宽引起的波形误差。u解 为求解电压表带宽引起的波形误差,需要对输入电压表的方波电压的谐波成分进行分析。将方波电压用付里叶级数表示为4445 上式表示,方波电压只含奇数次谐波分量,其总有效值应为(基波与各次谐波有效值几何合成)由图,该方波基波频率为f1=1/T=1MHz,若电压表带宽为10MHz,则该方波就只有基波(1MHz)、3次(3MHz)、5次(5MHz)和9次谐波(9MHz)才能通过,而11次(11MHz)以上的谐波将被抑制。此时,读数值为46 若将上式的读数值作为实际有效值,所产生的波形误差为：结论：有效值电压表其有限带宽对测量非正弦电压时的波形误差总是负值(读数结果偏小),显然,电压表带宽愈宽(可通过的波形谐波频率愈高),相应的波形误差愈小。47三种电子电压表主要特性比较电压表电压表组成组成原理原理主要适用主要适用场合场合实测实测读数读数读数读数的物理意义的物理意义对正弦波对正弦波对非正弦波对非正弦波均值均值放大检波低频信号视频信号均值Uav1.11Uav有效值UrmsUrms=KFUav峰值峰值峰值检波放大高频信号峰值UP0.707 UP有效值UrmsUrms=UP/KP有效值有效值热电偶式计算式非正弦信号有效值UrmsUrms真有效值Urms练习uP68 T3.3 T3.43.2.4模拟交流电压表u放大检波式电压表 通常测量低频信号，称为交流电压表或交流毫伏表。一般为放大-检波式，检波器通常采用平均值或有效值检波器。u检波-放大式电压表 通常测量高频率的电压，检波器一般采用峰值检波器。u分贝测量与宽频电平表 是在均值电压表的基础上设计的，其宽带放大器前的输入衰减器上，用Db表示输入电平选择50u分贝n声学中,分贝是表示音量强弱的一个单位。n通信系统中,也常用分贝表示电平或功率。u当用分贝表示功率时,定义为：分贝测量u当用分贝表示电压时:分贝是一个用对数表示的相对量值(记作dB),如果相对于一个确定的参考基准量,此时的分贝值则表示了一个绝对电平绝对电平51uu功率电平：n若P2=P0(基准量),并取P0=1mW；P1=被测功率,用Px表示,其分贝值用dBm表示分贝测量uu电压电平：52分贝测量mVdB15-4060-28300-1415000VdB6+1230+26150+40600+52u分贝值的测量,实际上仍是电压测量,仅是将原电压示值取对数后在表盘上以分贝定度而已。n当Ux U0时,分贝值为正;n Ux U0时,分贝值为负n Ux U0,分贝值为零。n下图为MF20电子式多用表表盘上的刻度及电压值与其分贝值的对照表。其测量范围为-70+57 dB53分贝测量mVdB15-4060-28300-1415000VdB6+1230+26150+40600+52u例如：Ux =1.38V时,对应的分贝值是u所以1.5V刻度1.38V处与分贝刻度+5dB对应。u例2：用30V电压刻度时,已知示值为27.5V,求对应的分贝值应为多少？u电压表指针指在+5 dB处,显然这不是Ux的分贝值u原因在于：nMF-20多用表的电压基本量程是01.5V，表盘上的分贝值与该量程上电压值相对应5454mVdB15-4060-28300-1415000VdB6+1230+26150+40600+5255分贝测量u设表表头上上电压为UX,则实际被被测电压为 UX=20 UX,写成分写成分贝形式形式为：u本例中表本例中表针指出的指出的+5dB即式中即式中20lg UX的的值，因此因此UX的的实际分分贝值为 26 dB5 dB=31 dB。u电压电平读数：电压电平读数：表头读数只能表示输入无衰减且交流表头读数只能表示输入无衰减且交流放大器增益为放大器增益为1时被测电压的分贝值。当引入衰减和时被测电压的分贝值。当引入衰减和放大后，被测电压的放大后，被测电压的dB值应为衰减器读数加上表头值应为衰减器读数加上表头刻度。刻度。u功率电平读数：功率电平读数：若输入阻抗若输入阻抗zi=600欧姆，就可直接从欧姆，就可直接从表头读出功率电平值（即电压电平值），当输入阻抗表头读出功率电平值（即电压电平值），当输入阻抗Zi不等于不等于600欧姆是，则应该根据读出的电压电平值欧姆是，则应该根据读出的电压电平值换算。其换算公式为：换算。其换算公式为：式中，式中，PV为电压电平的为电压电平的dB值，值，Zi为选用的宽频电平表为选用的宽频电平表输入阻抗；输入阻抗；57分贝测量u宽频电平表n具有分贝读数的电压表称为“宽频电平表”。n组成框图：n在均值电压表(放大-检波式)基础上设计的 A输入输入衰减器衰减器宽带交流宽带交流放大器放大器标准电平标准电平振荡器振荡器均值均值检波器检波器电平校准电平校准输入输入电平选择电平选择dB输入输入阻抗选择阻抗选择dBu宽频电平表受宽带交流放大器的内部噪声影响，其灵敏度和带宽均有限。u采用外差式接收原理的选频电平表则可以大大提高测量灵敏度。P45练习uP68 T3.73.3 电压的数字化测量61数字电压表的组成u数字电压表(DVM)是利用变换原理,将待测的模拟量变换成数字量,并将测量结果以数字形式显示出来的一种电压表。62uDVM的组成n包括模拟和数字两部分。u输入电路：n对输入电压衰减/放大、变换等uA/D转换器(核心部件)n实现模拟电压到数字量的转换。u数字显示器：n显示模拟电压的数字量结果。u逻辑控制电路：n在统一时钟作用下,完成内部电路的协调有序工作直流DVM组成框图63u应用n直流或慢变化电压信号的测量(通常采用高精度低速A/D转换器)。n通过AC-DC变换电路,也可测量交流电压的有效值、平均值、峰值,构成交流数字电压表。n通过电流-电压、阻抗-电压等变换,实现电流、阻抗等测量,进一步扩展其功能。n基于微处理器的智能化DVM称为数字多用表nDMM功能更全,性能更高,一般具有一定的数据处理能力(平均、方差计算等)和通信接口(如GPIB)。直流直流DVM应用应用64DVM的主要工作特性u测量范围 n n量程量程 基本量程为1V或10V,也有2V或5Vn n显显示位数示位数 DVM的显示位数指其完整显示位,即能够显示09十个数码的显示位的多少。n所谓 1/2位,其含义有两种：u如一台DVM的基本量程为1V或10V,带有1/2位的DVM,说明具有超量程能力。u基本量程不是1V或10V的DVM,其首位肯定不是完整显示位,所以也不能算一位。n如一台基本量程为2V的DVM,在基本量程上的最大显示为1.9999V,则称为无超量程能力的4 1/2 DVM。n n超量程能力超量程能力65DVM的主要工作特性u分辨力 nDVM能够显示出的被测电压的最小变化值,也即显示器末位跳一个字所需的最小输入电压值n如3 1/2 DVM,在200mV量程,最大输入电压为:199.9mV,其分辩力为0.1mV/字n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。n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。66DVM的主要工作特性u测量误差n数字电压表的固有误差用绝对误差表示:U=(aUx+bUm)=(aUx+n字)u任一读数下的相对误差为 u|随读数Ux减小而增加,故在测量小电压时,宜换用较小的量程档,以提高测量精度。此结果与模拟电压表是一致的。读数误差 满度误差67例：用例：用4 位位DVM测测1.5V电压电压,分别用分别用2V档和档和200档测量档测量,已知已知:2V档固有误差档固有误差:0.025%Ux1个字个字,200V档档:0.03%Ux1个字个字;问两种情况下由固有误差引起的测量误差各为多少？问两种情况下由固有误差引起的测量误差各为多少？解：因解：因4 位位DVM最大显示为最大显示为19999,所以所以2v和和200v档的档的1个字个字结论结论：1.不同量程不同量程“1个字个字”误差对测结果不一样，测量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。时应尽量选择合适的量程。同模拟电压表结论一致。2.虽然虽然DVM有有4 位分辨力，但不正确使用，则达不到应位分辨力，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。有的准确度。故分辨力高不等于准确度高。68DVM的主要工作特性u测量速率n测量速率指每秒钟对被测电压的测量次数，或完成一次测量所需的时间。u输入阻抗与输入电流n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104M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10M。u抗干扰能力串模抑制比和共模抑制比 n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。练习uP69 T3.8 T3.93.3 电压测量中的模数变换71数字电压表的分类u 按A/D转换器原理A/D变换变换积分式积分式比较式比较式双斜式双斜式、多斜式、多斜式脉冲调宽式脉冲调宽式电压反馈型电压反馈型V-F变换式变换式反馈比较式反馈比较式逐次比较式逐次比较式余数循环比较式余数循环比较式 直接比较式直接比较式 并联比较式并联比较式分级式（流水线式）分级式（流水线式）72数字电压表的分类u AD转换器的种类繁多,用于DVM的主要有:n n积分式u核心部件是积分器,因此速度较慢,转换时间一般在ms级或更长。但抗干扰性能强,转换精度可达0.01 或更高。u适于在数字电压表类仪器中采用。n n比较式u转换时间一般在s级,转换精度一般在0.1上下,适用于一般场合 73双积分型DVM的工作原理u双积分n第1次对输入电压Ux作定时(T1)积分n第2次对基准电压Ur作定值积分u通过二次积分得到与输入电平的平均值成正比的时间间隔T2,在T2内对时钟脉冲计数,完成UTD74时钟计数译码12.54 VUin-Ur+逻辑控制u0t双积分A/D转换器75双积分双积分A/D转换器工作过程转换器工作过程u准备：积分器：输入0、输出0u取样期：(第1次积分)定时积分n积分器输入:Uxn积分器输出:U0线性上升U0线性下降u比较期：(第2次积分)定值积分n积分器输入:Urn积分器输出:76双积分A/D转换器工作过程ut3时刻：U0=0完成了电压到数字的变换 双积分双积分 第1次对输入电压Ux作定时T1积分 第2次对基准电压Ur作定值积分78双积分型A/D转换器特点 u抗干扰能力强n由于双积分型A/D变换器只响应于输入电压的平均值,因此对周期等于采样周期 T1或等于 T1/n的对称干扰有很强的抑制能力,即与输入电压Ux一道串入噪声电压(简称串模干扰)不会引起转换误差。u性能/价格比高n因为在采样及比较两个时期内采用同一个积分器和时钟频率,其影响可以相互抵消,使成本降低u转换速度较慢,难以达到每秒100次的测试速度 三斜积分式A/D79u三斜积分式与双斜式ADC原理图十分相似。u三斜积分式在反向积分时,除一段时间接入基准电压Ur外,另有一段时间接入一个小2n倍的基准电压Ur/2n。同时用另一个计数器,在对基准电压Ur/2n 积分期间对同一时钟进行计数。三斜积分式A/Du三积分式A/D转换器的转换波形是将双积分式A/D转换的反向积分阶段T2分为如图所示的T21和T22n在T21期间,积分器对基准电压Ur进行积分,放电速度较快;n在T22期间,积分器改为对较小的基准电压Ur/k进行积分(k常取2n或10n),放电速度较慢。三斜积分式A/Du在计数时,把计数器也分成两段进行计数。u在T21期间,从计数器的高位（2n位）开始计数,设其计数值为N21；u在T21期间,从计数器的低位（20位）开始计数,设其计数值为N22。u计数器中最后的读数为 N k N21 N22三积分式A/Du在一次测量过程中,积分器上电容器的充电电荷与放电电荷是平衡的,则u三积分式A/D转换器的基本关系式为 练习uP69 T3.10 T3.1184逐次比较型DVMu逐次逼近型的A/D转换器是应用最广的A/D转换n逐次逼近寄存器SARnD/A转换器n比较器n时序和控制逻辑等部分组成u其实质是逐次把设定的SAR寄存器中的数字量经D/A转换后得到电压U0,与待转换的模拟电压UX进行比较。比较时,先从SAR的最高位开始,逐次确定各位的数码应是“1”还是“0”。85 逐次逼近式A/D转换器uN位寄存器uN位D/A转换器u比较器u逻辑控制电路u输出缓冲器DAC8-bitlatch&outputdriversSAR successiveapproximationregisterUrefcontrollogic时钟D0D7Digitaloutput比较器Uxend convstart convU086逐次逼近式A/D转换器工作过程u转换前,先将SAR寄存器各位清零。u转换开始时,控制逻辑电路先设定SAR的最高位为“1”,其余位为“0”,此试探值经D/A转换成电压U0，然后将U0与模拟输入电压UX比较。n如果UXU0,说明SAR最高位的“1”应予保留n如果UXZ2,得nCMR表示共模干扰电压转换为影响测量结果的串模干扰电压的大小。本章小结u电压测量是电参量,也包括非电参数测量的基础,是电子测量中的一个主要参数。u表征交流电压有3个基本参量:有效值、峰值和平均值。相应地，有3种交流电压表,它们都是以正弦波的有效值来标定刻度读数的,只有用有效值电压表测量的值是真有效值。u分贝值测量实质介绍交流电压的测量,只是表盘以dB分度。u数字电压表(DVM)是利用模拟数字转换原理,将被测电压(模拟量)转换为数字量,并将测量结果以数字形式显示出来的一种电子测量仪器。115