数字电压表与数字多用表课件

,数字电压表与数字多用表,概述,A/D,转换器,电子计数器,直流数字电压表及其功能扩展,数字电压表与数字多用表 概述 A/D转换器 电子计数器 直,电子电压表一般是指模拟式电压表。它是一种在电子电路中常用的测量仪表，用磁电式表头作为指针仪表。电子电压表与普通万用表相比较，具有以下优点：（,1,）输入阻抗高，一般输入电阻至少为,500K,，仪表接入被 测电路后，对电路的影响小。（,2,）频率范围宽：适用频率范围约为几赫到几千兆赫（,3,）灵敏度高：最低电压可测到微伏级（,4,）电压测量范围广：仪表的量程分档可以从几百伏一直到,1mV,电子电压表一般是指模拟式电压表。它是一种在电子电路中常用的测,电子电压表的组成及作原理,电子电压表根据电路组成结构的不同，可分为放大一检波式，检波,放大式和外差式,它们主要由衰减器、交流电压放大 器、检波器和整流电源四部分组成，其方框图如图,被测电压先经衰减器衰 减到适宜交流放大器输入的数值的大小。电子电压表表头指针的偏转角度正比于被 测电压的平均值，而面板却是按正弦交流电压有效值当测量非正弦交流电压时，电子 电压表的读数没有直接的意义，只有把该数除以,1.11,（下弦交流电压的波形系数），才能得到被测电压的平均值,电子电压表的组成及作原理电子电压表根据电路组成结构的不同，,使用方法及注意事项（,1,）机械调零：仪表接通电源前，应先检查指地是否在零点，如果不在零点应调节机械零调节螺丝，使指针们于零点。（,2,）正确选择量程：应按被测电压的大小合适地选择量程，合仪表指针偏 转至满刻度的,1/3,以上区域。先不知被测电压珠大致数值，应先将量程开关置在大量程，然后再逐步减小量程。（,3,）正确读数：根据量程开关的位置，按对应的刻度线读数。（,4,）当仪表连线开路时，由于外界感应信号可能使指针偏转超量限，而损坏表头。因此，没量完毕时，应将量程开关置在大量程,使用方法及注意事项（1）机械调零：仪表接通电源前，应先检查,主要技术特性（1）交流电压测量范围100uV300V.共分12档量程：1、3、10、30、100、300V（2）输入电阻1300mV量程，8M+_0.8 M1300V,10 M+_1 M,主要技术特性（1）交流电压测量范围100uV300V.,随着半导体技术和计算机技术的发展，数字仪表迅速发展。,概述,数字电表是将被测对象离散化，数据处理后以数字形式显示,的仪表。数字电表在原理、结构、测量方法上完全不同于模拟式,仪表。,数字电表的种类,数字电压表(,DVM)；,数字电流表；,数字电阻表；,数字功率表；,数字电能表；,数字电桥；,；,数字温度表；,数字转速表；,数字位移表；,数字多用表(,DMM)；,校准器(,Calibrator)；,直流电压参考(,DCV Reference)；,热电转换标准(,Thermal Transfer,Standard),随着半导体技术和计算机技术的发展，数字仪表迅速发展。概述,一、数字仪表的特点,准确度高,电压可达10,-6,数量级；一般的,DVM,很容易达到10,-4,输入阻抗高,DVM,的输入阻抗一般都达到100兆欧；,测量范围宽,灵敏度高,DVM,的分辨率可达0.01,V；,测量速度快,读数清晰，直观方便,测量过程自动化,极性判断；量限切换；自动校零；,可组成测试系统；,结构复杂；,成本高；,线路复杂；,专业维修,；,一、数字仪表的特点 准确度高电压可达10-6数量级；一般,二、数字仪表的发展过程,1952：第一台,DVM,问世，电子管司服比较式；,1956：电压-时间(,V/T),式；,1961：全晶体管式逐次逼近比较式；,1966：双斜积分式。,(1)数字化阶段5060年代中期，运用各种原理实现,A/D,转换，,从而实现仪表数字化，显示位数,(2)高准确度阶段复合型,A/D-C,原理，显示位数达八位，,准确度百万分之几。,1971：三次采样积分式(日本,TR6567)；,1973：两次采样电感分压比较型(英国,SM-215),；,(3)智能化阶段内嵌,P,的,DVM,，除完成原有,DVM,功能外，,还能自校、自检，完成数据处理自动化和可,编程，通过标准接口组成自动测试系统。,代表,的产品有,Fluke,、,Datron,、,Solartron,等,公司的产品。,二、数字仪表的发展过程1952：第一台DVM问世，电子管司服,三,、,数字电压表的一般结构,1.,数字电表的通用框图,(,P,为脉冲数,；,V,为直流电压,；),V,/f-,C,V,/,T-,C,V,/,P-,C,T/P-,C,/,T-C,x/,f,-,C,x,/,V,-,C,x/,P,-C,被测量,x,(U,I,P,R,L,C.),被测频率,被测相位,频率计,计数器,存储器,译码器,显示器,被测量,直流电压,频率,V/F式,DVM；,被测量,直流电压,脉冲数码频率反馈比较式,DVM,仪表核心：直流电压的测量,被测量,直流电压,时间间隔,V/T式,DVM；,三、数字电压表的一般结构1.数字电表的通用框图(P为脉冲,逻辑控制电路,数字,显示器,输入,电路,标准,电压源,电子,计数器,A/D,转换,输入,模拟电路,数字电路,输入电路,包括衰减器、前置放大器、切换开关等。,为增强电表功能，数字电路中还可包含微处理器。,2,.直流数字电压表框图,逻辑控制电路数字输入标准电压源电子A/D输入模拟电路数字电路,中高档,DVMAC220V,交流电源供电；,小型手持式,DMM,电池供电,无电源线，提高了共、串模抑制比；,液晶显示，,CMOS,芯片保证了低功耗；,保证电能消耗；,对便携性要求不高；,显示器的种类：,辉光数码管,、,荧光数码管,、,磷光体数码管,、,发光二极管、等离子体数字显示器、液晶显示器,显示方式：十进制数码方式；,分段式；,矩阵式。,3.数字电压表的电源,4.数字电压表的显示,中高档DVMAC220V交流电源供电；小型手持式DMM,5.数字电压表的主要技术参数,(1)测量范围和量程,(2)分辨力,指,DVM,能够读取的被测电压的最小变化值，或显示器,末位跳一个字所需的输入电压值。,(3)抗干扰能力,各量程的测量范围、误差大小；,超量程能力；,量程切换方式,多量程的划分,基本量程误差最小的量程(被测量在表内,不经放大和衰减)；,非基本量程基本量程以外的量程；,5.数字电压表的主要技术参数(1)测量范围和量程(2),(4)输入阻抗,输入阻抗指,DVM,在工作状态下，从输入端看进去的输入,电路的等效电阻。,DVM,在基本量程的输入电阻可达10,G,，,对于非基本量程，,由于使用了分压器，一般为10,M,。,(5)显示位数,DVM,的显示位数是以完整的显示数字的多少来确定的。,000019993 位;,000089993 位,000099994位,(6)测量速度,测量速度指在单位时间内，仪表以规定的准确度完成的,最大测量次数。它主要取决于,A/D,转换速度和运放响应时间。,(7)误差的表示,(4)输入阻抗 输入阻抗指DVM在工作状态下,主要技术特性,：,量化误差；,模拟误差；,偏移误差；,增益误差；,非线性误差；,转换时间；,偏移误差,增益误差,非线性误差,A/D,转换器,分类,：逐次逼近式；,间接式：,双斜积分式；,压频转换式；,复合式；,特点,：,直接比较式：转换速度快；,抗干扰性差：,间接式：转换速度慢；,抗干扰性强；,主要技术特性：偏移误差增益误差非线性误差 A/D转换器分类：,一、逐次逼近式,A/D,转换器,输入电路,标准,电压源,比较器,输入,脉冲分配器,译码显示器,数码寄存器,D/A,转换,时钟,基于电位差计原理。,比较器：鉴别电压幅值,脉冲分配器：将时钟脉冲变成按时间分布的节拍脉冲；,数码寄存器：用来暂时存放与被测信号大小相对应的数码；,D/A,转换器：用来产生一系列步进基准电压；,基准电压源：用来作为基准电压的片内参考电压；,一、逐次逼近式A/D转换器输入电路标准电压源比较器输入脉冲,AD574,的单极性接法,举例:,AD574,DIP,28脚芯片，,片内：,A/D,转换；,转换控制；,时钟；,总线接口；,技术指标：,12,bits,非,线性误差：,1/2,LSB;,模拟输入范围：5,V,；10V；010V；020V；,转换时间：25,S,；,功耗：450,mW,AD574的单极性接法举例:AD574DIP28脚芯片，技,AD,574,的应用电路,AD574的应用电路,积分,逻辑控制电路,晶振,控制门,计数器,V,N,V,x,进位,复位,门控,显示,比较,定时积分阶段,定斜积分阶段,由上两式得,0,t,1,t,2,t,2,V,0,V,0,定时积分,定斜积分,积分器输出电压,t,T,1,T,2,二、双斜积分式,A/D,转换器,积分逻辑控制电路晶振控制门计数器VNVx进位复位门控显示比,将,得,代入,T,0,为晶振周期,N,1,和,V,N,均为已知，因此，,N,2,即反映了被测量,V,x,的大小。,特点,：,抗干扰能力强；,对积分元件的稳定性和准确度要求低；,速度慢，一般30次/秒。,或,将得代入T0为晶振周期N1和VN均为已知，因此，N2即反映,三、脉宽调制(,PWM),积分式,A/D,转换器,积分,逻辑控制电路,晶振,控制门,计数器,V,x,进位,复位,门控,显示,比较,节拍方波,基准,分频,PWM,式,A/D,转换器是将输入电压调制为脉冲宽度(,V/T,)。,然后再对脉冲宽度计数。,积分器的输入：被测电压,V,x,、节拍方波 、基准电压,积分器的输出与零电平比较，比较结果控制基准电压 的极性，从而电路组成一个不连续的负反馈系统。,由于节拍方波是正负对称的，即在整个周期内的平均电压为零，因此，基准电压,+,U,R,和-,U,R,对应的时间宽度，决定于电压,U,x,的大小，即完成了,V/T,转换。,三、脉宽调制(PWM)积分式A/D转换器积分逻辑控制电路晶,积分器输入电压,积分器各,输入电压,相加波形,积分器,输出电压,调宽脉冲,波形,被测电压正比于,T,2,-T,1,积分器输入电压积分器各积分器调宽脉冲被测电压正比于 T2-,四、快速及高准确度,A/D,转换器,1.三次积分,A/D,转换器,双斜积分,A/D-C,缺点：速度慢。,改进：,对双斜积分式,A/D-C,的对,U,N,的反向积分分成一次粗积分,和一次精积分。,积分,逻辑控制,晶振,比较1,比较2,t,0,t,1,期间，对,U,x,定时,积分,t,1,t,2,期间，对,U,N,定斜,积分,，,直到比较器1动作，,此时积分器的输出,积分器输出,定时时间,t,1,-,t,0,由计数器低位溢出决定,四、快速及高准确度A/D转换器1.三次积分A/D转换器双斜积,显然,t,=,t,3,时，积分器的输出为零。由此得,在时间,t,1,t,2,期间内，仅计数器高位,工作，所计的脉冲数为,在时间,t,2,t,3,期间内，计数器低位、高位均工作，所计的脉冲数,积分器输出,t,2,t,3,期间，对 定斜,积分,，,直到比较器2动作，,此时积分器的输出,将,t,1,-,t,0,、,t,2,-,t,1,、,t,3,-,t,2,时代入上式，得,显然 t=t3 时，积分器的输出为零。由此得,整理，得,对,U,N,的反向积分分成一次粗积分和一次精积分。这样做的目的是缩短积分时间，并保证原有的准确度。,对于14位的,A/D-C，,时钟频率10,MHz,双斜积分式,A/D-C：300,次/秒；,三次积分式,A/D-C：26000,次/秒。,速度提高了85倍。,整理，得 对UN的反向积分分成一次粗积分和一次,2.全并行比较式,A/D,转换器,并行二进制输出,转换逻辑,这是所有,A/D-C,最快的。,转换时间仅受比较器上升时,间的限制。转换速度可以达,到0.1,S,。,当输出电压大于比较器,的门限电压时，比较器的输,出为“1”，否则输出“0”。,对于,N,位的,A/D-C，,需要,2,N,个比较器。如十位,A/D-C，,需要有1023个比较器。由此,严重