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1、电子测量第五章电压测量5.4直流电压的数字化测量及A/D转换原理5.4.1DVM的组成原理及主要性能指标1.DVM的组成数字电压表（DigitalVoltageMeter,简称DVM）。1）组成框图2）内部构成•包括模拟和数字两部分。•输入电路：对输入电压衰减/放大、变换等。•核心部件是A/D转换器（AnalogtoDigitalConvener,简称ADC）,实现模拟电压到数字量的转换。•数字显示器：显示模拟电压的数字量结果。•逻辑控制电路：在统一时钟作用下，完成内部电路的协调有序工作。3）应用•直流或慢变化电斥信号的
2、测量:（通常采用高精度低速A/D转换器）。•通过AGDC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。•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。•基于微处理器的智能化DVM称为数字多用表（DMM,DigitalMultiMeter）。•DMM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）。2.主要性能指标•显示位数■完整显示位:能够显示0〜9的数字。■非完整显示位（俗称半位）:只能显示（）和1（在最高位上）。■如4位DV
3、M,具有4位完整显示位，其最大显示数字为9999。■而2位（4位半）DVM,具有4位完整显示位，1位非完整显示位，其最大显示数字为19999o•量程■基本量程:无衰减或放大时的输入电压范围，由A/D转换器动态范围确定。■通过对输入电压（按10倍）放大或衰减，可扩展其他量程。■如基本量程为10V的DVM,可扩展I1IO.1V、IV、10V.100V、1000V等五档量程；■基本量程为2V或20V的DVM,可扩展出200mV、2V、20V、200V、1000V等五档量程。•分辨力■指DVM能够分辨最小电压变化量的能力。反映了
4、DVM灵敏度。■用每个字对应的电压值來表示，即V/字。■不同的量程上能分辨的最小电压变化的能力不同，显然，在最小量程上具有最高分辨力。■例如，3位半的DVM,在200mV最小量程上，可以测量的最大输入电压为199.9mV,其分辨力为0.1mV/字（即当输入电压变化0.1mV时，显示的末尾数字将变化“1个字”）O■分辨率：用百分数表示，与量程无关，比较直观。如上述的DVM在最小量程200mV上分辨力为0.1mV,则分辨率为：0,1mVx100%=0.05%200mV分辨率也可直接从显示位数得到（与量程无关），如3位半的DV
5、M,可显示出1999（共2000个字），则分辨率为—!—x100%=0.05%2000•测量速度■每秒钟完成的测量次数。它主要取决于A/D转换器的转换速度。■一般低速高精度的DVM测量速度在几次/秒〜几十次/秒。•测量精度■取决于DVM的固有误差和使用时的附加误差（温度等）。■固有误差表达式：AV=±（a%Vx+/3%Vm）■示值（读数）相对误差为：AVVy=——二±（a%+0%T式中，Vx——被测电压的读数；Vm——该量程的满度值（FullScale,FS）；G——误差的相对项系数；0——误差的固定项系数。■固有误差r
6、ti两部分构成：读数误差和满度误差。■读数误差：±。％匕与当前读数有关。主要包括DVM的刻度系数误差和非线性误差。■满度误差：±0%%”与当前读数无关，只与选用的量程有关。■有时将土"％匕等效为“±n字'啲电压量表示，即AV=±（cr%Vv+n字）■如某台4位半DVM,说明书给出基本量程为2V,AV=±（0.01%读数+1字）。则在2V量程上，1字二（）.1mV,由0%匕”=0%X2V=0.1mV可知，0%=0.005%,即表达式中T字"的满度误差项与“0.005%”的表示是完全等价的：■当被测量（读数值）很小时，满度误
7、差起主要作用，当被测虽较大时，读数误怎起主要作用。为减小满度误差的影响，应合理选择量程，以使被测址人于满量程的2/3以上。•输入阻抗■输入阻抗取决于输入电路（并与量程有关）。■输入阻抗宜越大越好，否则将影响测量精度。■对于直流DVM,输入阻抗用输入电阻表示，一般在10MQ〜1000MQ之间。■对于交流DVM,输入阻抗用输入电阻和并联电容表示，电容值一般在几十~儿百pF之间。5.4.2A/D转换原理A/D转换器分类：•积分式：双积分式、三斜积分式、脉冲调宽（PWM）式、电压■频率（V-F）变换式等。•非积分式：斜波电压（线
8、性斜波、阶梯斜波）式、比较式（逐次逼近式、零平衡式）等。1.逐次逼近比较式ADC基本原理：将被测电压和一可变的基准电压进行逐次比较，最终逼近被测电压。即采用一种“对分搜索''的策略，逐步缩小Vx未知范围的办法。•假设基准电压为Vr=10V,为便于对分搜索，将其分成一系列（相差一半）的不同的标准值。Vi•可分解为：V=
