模拟测量PPT学习教案

1、会计学1模拟模拟(mn)测量测量第一页，共212页。3.1 3.1 概概 述述压，再进行压，再进行(jnxng)(jnxng)测量测量电路工作状态：电路工作状态：饱和与截止，线性度、失真饱和与截止，线性度、失真度度电压表征电压表征非电测量中，物理量非电测量中，物理量电压信电压信号，再进行号，再进行(jnxng)(jnxng)测量测量如：温度、压力、振动、（加）如：温度、压力、振动、（加）速度速度第1页/共212页第二页，共212页。第2页/共212页第三页，共212页。第3页/共212页第四页，共212页。工业现场测试中，存在较大的工业现场测试中，存在较大的干扰干扰第4页/共212页第五页，共

2、212页。第5页/共212页第六页，共212页。第6页/共212页第七页，共212页。211( )NkVukN第7页/共212页第八页，共212页。第8页/共212页第九页，共212页。第9页/共212页第十页，共212页。23204639.94(20)0.929(20)0.0092(20)0.00006(20) 10( )tEEttttV第10页/共212页第十一页，共212页。(jzhn)(jzhn)源，如源，如LM199/299/399LM199/299/399、REFREF系列系列第11页/共212页第十二页，共212页。+-V1V2V3V4R1R2R3R4R5R6(R1=R2=R3=

3、R4)1234V+V +V +VV=4561oRVVR第12页/共212页第十三页，共212页。n如如WUK7000WUK7000系列直流电压系列直流电压参考标准：参考标准：n 10V 10V输出的年稳定性可达输出的年稳定性可达0.50.510-6 10-6 ；n 1V 1V和和1.018V1.018V输出的年稳定输出的年稳定性可达到性可达到n 2 210-610-6，温度系数为，温度系数为0.050.0510-6 10-6 第13页/共212页第十四页，共212页。第14页/共212页第十五页，共212页。2JefVK VhnJfVnK第15页/共212页第十六页，共212页。第16页/共2

4、12页第十七页，共212页。第17页/共212页第十八页，共212页。第18页/共212页第十九页，共212页。高高频频电电压压V0V1RFDCDCRFR RGR RR RR RT TR RT TC CC CVRF第19页/共212页第二十页，共212页。第20页/共212页第二十一页，共212页。(jioli)(jioli)功率在电容功率在电容C C上的损上的损耗可忽略耗可忽略22014RFVVV1RC第21页/共212页第二十二页，共212页。第22页/共212页第二十三页，共212页。t tu(t)Vp0UmTU第23页/共212页第二十四页，共212页。01( )TUu t dtT01

5、( )TUu t dtT20.637ppUVV第24页/共212页第二十五页，共212页。n由由Q_= QQ_= Q得，有效值得，有效值2VTR20( )Tu tdtR201( )TVu t dtT第25页/共212页第二十六页，共212页。n波峰因数和波形因数波峰因数和波形因数n波峰因数定义：峰值与有效值波峰因数定义：峰值与有效值的比值，用的比值，用KpKp表示，表示，10.7072ppVVVppVKV峰值有效值第26页/共212页第二十七页，共212页。21.41/ 2pppVKVFVKV有效值平均值(1/ 2)1.112/2 2pFpVKV（）第27页/共212页第二十八页，共212页。

6、TT第28页/共212页第二十九页，共212页。第29页/共212页第三十页，共212页。DVpCRLu(t)CDRLu(t)VpabVPu(t)tc第30页/共212页第三十一页，共212页。第31页/共212页第三十二页，共212页。I0u(t)D1D2D3D4CCu(t)D1D2I0如图，整流电路输出直流电流I0，其平均值与被测输入电压(diny)u(t)的平均值成正比（与u(t)的波形无关）（电容C用于滤除整流后的交流成分，避免指针摆动）第32页/共212页第三十三页，共212页。01( )( )22Todmdmu tu tIdtTrrrroI( )u t第33页/共212页第三十四页

7、，共212页。201( )TVu t dtT第34页/共212页第三十五页，共212页。2( )ut0TAu(t)Vrms第35页/共212页第三十六页，共212页。冷冷端端T T0 0热热端端T T第36页/共212页第三十七页，共212页。第37页/共212页第三十八页，共212页。2IVR Ru u( (t t) )冷冷端端T T0 0加加热热丝丝热热端端T T热热 偶偶 M Mu uA A连连 接接 导导 线线I Il热电偶有效值检波(jinb)原理图 第38页/共212页第三十九页，共212页。R Ru u( (t t) )冷冷端端T T0 0加加热热丝丝热热端端T T测测量量热热偶

8、偶电电流流表表平平衡衡热热偶偶+ +- -V Vo oE Ex xE Ef fV Vi i热热端端T T连连接接导导线线差差分分放放大大器器第39页/共212页第四十页，共212页。=nVo=V Vo=V （即输出电压等于（即输出电压等于u(t)u(t)有效值）有效值）n有效值电压表的特点有效值电压表的特点(tdin)(tdin)n理论上不存在波形误差，因此也称理论上不存在波形误差，因此也称真有效值电压表（读数与波形无关）真有效值电压表（读数与波形无关）第40页/共212页第四十一页，共212页。分量将被抑制。它们都将损失有效值分量将被抑制。它们都将损失有效值分量分量n缺点：受环境温度影响大，

9、结构复杂，缺点：受环境温度影响大，结构复杂，价格较贵价格较贵n实际应用中，常采用峰值或均值电压实际应用中，常采用峰值或均值电压表测有效值表测有效值2212(.)kVkVV第41页/共212页第四十二页，共212页。峰峰值值检检波波表表头头( (读读数数= =) )Vpu(t) 表头刻度(kd)按（纯）正弦波有效值刻度(kd)。因此： 当输入u(t)为正弦波时，读数即为u(t)的有效值V（而不是该纯正弦波的峰值Vp） 对于非正弦波的任意波形，读数没有直接意义（既不等于其峰值Vp也不等于其有效值V）。但可由读数换算出峰值和有效值第42页/共212页第四十三页，共212页。V22pVV2ppVV任意

10、pV任 意2pppVVKK任 意任 意任 意任 意l 刻度特性l由读数换算(hun sun)出峰值和有效值的换算(hun sun)步骤如下：第43页/共212页第四十四页，共212页。的任意波为正弦波，则的任意波为正弦波，则k=1，读数读数即为正弦波的有效值）即为正弦波的有效值） 2,pppppppppVVK VKVkkKKKKK任 意任 意任 意任 意任 意任 意任 意第44页/共212页第四十五页，共212页。21.4121.41ppKKp（任意波）峰值V（任意波）有效值V221222ppppKKKK第45页/共212页第四十六页，共212页。V平平 均均 值值 检检 波波表表 头头 (

11、(读读 数数 = =) )u(t)表头刻度按（纯）正弦波有效值刻度。因此： 当输入u(t)为正弦波时，读数(dsh)即为u(t)的有效值V（而不是该纯正弦波的均值）对于非正弦波的任意波形，读数(dsh)没有直接意义 （ 既不等于其均值也不等于其有效值V）。但可由读数(dsh)换算出均值和有效值第46页/共212页第四十七页，共212页。V0.91.112 2FVVVKV第47页/共212页第四十八页，共212页。V0.9VV任意V任 意0.9FFVKVK任意任意任意任意第48页/共212页第四十九页，共212页。,FFFFVVKVKVKkK任意任意任意任意任意0.91.11FFFFKKkKK任

12、 意任 意任 意第49页/共212页第五十页，共212页。0.90.9FK（任意波）均值V（任意波）有效值V0.910.9 1.1110.90.9FFFFFKKKKK第50页/共212页第五十一页，共212页。第51页/共212页第五十二页，共212页。1 1.4100%29%1.4第52页/共212页第五十三页，共212页。VV第53页/共212页第五十四页，共212页。FVKV方波VVFK方波1 0.9100%11%0.9第54页/共212页第五十五页，共212页。411( )(sinsin3sin5.)35pu tVtttVP0T=1uStu(t)解为求解电压表带宽引起的波形误差，需要对

13、输入电压表的方波电压的谐波(xi b)成分进行分析。将方波电压用付里叶级数表示为第55页/共212页第五十六页，共212页。224111.352ppVVV 1pPVKV方 波22224111110.9735792ppVV 第56页/共212页第五十七页，共212页。小），显然，电压表带宽愈宽小），显然，电压表带宽愈宽（可通过的波形谐波频率愈高），（可通过的波形谐波频率愈高），相应的波形误差愈小相应的波形误差愈小100%3%VV第57页/共212页第五十八页，共212页。第58页/共212页第五十九页，共212页。峰峰值值检检波波器器步步进进分分压压器器直直流流放放大大器器uA步步进进分分压压器

14、器斩斩波波稳稳零零式式放放大大器器uA(a)峰峰值值检检波波器器( (探探头头内内) )(b)检波器决定电压表的频率范围、输入阻抗和分辨力。 峰值电压表常用(chn yn)这种类型 第59页/共212页第六十页，共212页。失，通常将峰值检波器直接设计在失，通常将峰值检波器直接设计在探头中探头中u 放大器放大器u采用桥式直流放大器，它具有较采用桥式直流放大器，它具有较高的增益高的增益u直流放大器的零点漂移也将影响直流放大器的零点漂移也将影响电压电压(diny)(diny)表的灵敏度表的灵敏度第60页/共212页第六十一页，共212页。围为围为10kHz10kHz1000MHz1000MHz，电

15、压范围，电压范围1mV1mV10V10Vu国产国产HFJ-8HFJ-8型高频毫伏表（调制型高频毫伏表（调制式），最低量程为式），最低量程为3mV3mV，最高工作，最高工作频率频率300MHz300MHz第61页/共212页第六十二页，共212页。步步进进分分压压器器宽宽带带交交流流放放大大器器均均值值检检波波器器uA第62页/共212页第六十三页，共212页。当用分贝表示当用分贝表示(biosh)(biosh)电压时，电压时，由功率与电压的关系：由功率与电压的关系：和和当当R1=R2R1=R2时，有时，有1210lgPdBP2111VPR2222VPR1220lgVdBV第63页/共212页第

16、六十四页，共212页。 10lg wmxP dBP mW第64页/共212页第六十五页，共212页。20.7751600mW20 lg0.775xVVVVPdB xxmP mWP dB xxVV VV dB第65页/共212页第六十六页，共212页。输输入入衰衰减减器器宽宽带带交交流流放放大大器器均均值值检检波波器器uAd dB B“输输入入电电平平”选选择择标标准准电电平平震震荡荡器器“输输入入阻阻抗抗”选选择择“电电平平校校准准”dB第66页/共212页第六十七页，共212页。103.162120 lg1010dB 第67页/共212页第六十八页，共212页。第68页/共212页第六十九页

17、，共212页。20 lg700.775xVdB 0.77520lg70|ooVVxVdBV第69页/共212页第七十页，共212页。0 10lgWmViZP dBP dBZ第70页/共212页第七十一页，共212页。n放大器谐波失真的测量、滤波器衰耗放大器谐波失真的测量、滤波器衰耗特性测量及通信传输系统中特性测量及通信传输系统中第71页/共212页第七十二页，共212页。n输入电路：衰减或小增益高频输入电路：衰减或小增益高频放大。放大。n两级变频：输入两级变频：输入fxfx与第一本振与第一本振f1f1（可调）混频，经带通滤波（可调）混频，经带通滤波器选出器选出fZ1fZ1（固定）；（固定）；输

18、输入入电电路路中中频频放放大大器器均均值值检检波波器器dB混混频频器器2 2fZ2(固固定定)f2(固固定定)带带通通滤滤波波器器窄窄带带滤滤波波器器混混频频器器1 1f1(可可调调)fZ1(固固定定)fx(第第一一本本振振)(第第二二本本振振)第72页/共212页第七十三页，共212页。放大实现高灵敏度放大实现高灵敏度n 很好地解决了测量灵敏度与频很好地解决了测量灵敏度与频率范围的矛盾率范围的矛盾第73页/共212页第七十四页，共212页。n需注意：测量波峰因数大的非正弦波需注意：测量波峰因数大的非正弦波时，由于削波可能产生误差时，由于削波可能产生误差第74页/共212页第七十五页，共212

19、页。的测量误差的测量误差n较为复杂，价格较贵较为复杂，价格较贵第75页/共212页第七十六页，共212页。n原理。内部原理。内部放大器对窄带中频放大，增益很高，放大器对窄带中频放大，增益很高，使测量灵敏度得到大幅提高使测量灵敏度得到大幅提高n适合测量小信号适合测量小信号010lgiZZ第76页/共212页第七十七页，共212页。可测量1500MHz以下的频率，准确度(0.25-1)%f fx xM ML LI IC C012xffL C 第77页/共212页第七十八页，共212页。R R3 3R R4 4R R1 1R R2 2C C1 1C C2 2f fx x1212122xxfRRCCx

20、1x2jjCC143211（R +）R（）R1R第78页/共212页第七十九页，共212页。312214RRCRCR1x22x110RCRC1212122xxfRR CC12xfR C第79页/共212页第八十页，共212页。xsfN f第80页/共212页第八十一页，共212页。jUZRjXZ eIZ22XZRXarctgR，cossinRZXZ，第81页/共212页第八十二页，共212页。 一个实际的元件，如电阻器、电容(dinrng)器和电感器都不可能是理想的，存在着寄生电容(dinrng)、寄生电感和损耗。也就是说，一个实际的R、L、C元件都含有三个参量：电阻、电感和电容(dinrng

21、)。表3-2分别给出了电阻器、电容(dinrng)器、电感器在考虑各种因素时的等效电路模型。其中， 、 、 和 均表示等效分布参量。 oRoRoLoC第82页/共212页第八十三页，共212页。表3-2 电阻器、电容器、电感器等效电路模型(mxng)第83页/共212页第八十四页，共212页。第84页/共212页第八十五页，共212页。jXRIUZ.xjYjBGZ1Y第85页/共212页第八十六页，共212页。324xzzzz324xj3j2j4jxzzzz324x324xzzzzxZ2Z3Z4ZD交流电桥第86页/共212页第八十七页，共212页。精密(jngm)万用电桥方框图平衡调节(ti

22、oji)机构测量桥路平衡指示电路显示电路电源测量信号源第87页/共212页第八十八页，共212页。s21xZwwZ电压(diny)比例臂构成的桥路xZSZ1W2W电流比例臂构成的桥路2WDxZSZ1W1.I2.ID第88页/共212页第八十九页，共212页。第89页/共212页第九十页，共212页。谐振(xizhn)法测量原理图CMVALLCCLCLXLC202000011011当回路(hul)达到谐振时:第90页/共212页第九十一页，共212页。谐振法直接测电容xCsC0f振荡器DML当CX较小时(xiosh) 选择适当电感 L(不必为标准电感)，接入标准可变电容CS（如虚线所示），调回路

23、至谐振(xizhn)，然后接入被测电容CX21ssxCCC当CX较大时CX应和CS串联接入1221ssssxCCCCC第91页/共212页第九十二页，共212页。并联替代法测量(cling)电感的原理图信号源sCLVxL12241sCfL222411sxCfLL)(411222ssxCCfL第92页/共212页第九十三页，共212页。sCLVxL 串联(chunlin)替代法测电感 12241sCfL22241sxCfLL2122214ssssxCCfCCL第93页/共212页第九十四页，共212页。Q 表的基本(jbn)组成框图 xL高频振荡器sCxC2C1C1PV2PV1.U.2U1234

24、第94页/共212页第九十五页，共212页。本章小结 1. 表征交流电压的三个基本参量(cnling)：有效值、峰值和平均值。 2. 电压标准有：标准电池（实物基准）；齐纳管电压标准 （固态标准）；约瑟夫森量子电压基准（量子化自然基准）。 3. 峰值检波表又称为检波-放大式电压表，这种电压表的频率范围和输入阻抗主要取决于检波器。 4. 均值电压表又称为放大-检波式电压表。这种电压表的频率范围主要取决于宽带交流放大器。 5. 热电偶有效值检波原理是通过被测交流电压对热电偶的热端进行加热，所产生的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。第95页/共212页第九十六页，共212页。(

25、dB)20lgxxsUUU第96页/共212页第九十七页，共212页。 8. 以基准功率(gngl)量P0=1mW作为零功率(gngl)电平（0dBm），则任意功率(gngl)（被测功率(gngl)）Px的功率(gngl)电平定义为 9. 以基准量U0 =0.775V（正弦电压的有效值）作为零电压电平（0dBV），则任意电压（被测电压）的电压电平定义为 momWdB10lg10lg1mWxxxPPPP vVoVdB20lg20lg0.775VxxUUPU第97页/共212页第九十八页，共212页。sfxf第98页/共212页第九十九页，共212页。第99页/共212页第一百页，共212页。 1

26、6. 电桥法的特点是：高精度（0.1%典型值），使用不同电桥可得到宽频率(pnl)范围，价格低，但需要手动平衡，单台仪器的频率(pnl)覆盖范围较窄。 17. 谐振法的特点是：可测很高的Q值，但需要调谐到谐振，其阻抗测量精度低。 18. Q表的测量误差有：1）耦合元件的损耗电阻引起测量误差；2）调谐用标准电容自身Q值不高引起测量误差；3）Q表残余参量的影响，如与被测元件相连接的引线存在残量电感，会使被测电感值偏大；4）Q值电压表指示误差。第100页/共212页第一百零一页，共212页。第101页/共212页第一百零二页，共212页。jXRIUZ.xZsRsUxUUxZsRU.xUsU.接入标准

27、(biozhn)阻抗RSssxxxssRUUIUZRUI,第102页/共212页第一百零三页，共212页。缓冲放大器数 字显 示器相 敏检 波器A / D转 换器C PUR AMROM相位参考基准xZsZ1S2S第103页/共212页第一百零四页，共212页。yxosy.U固定轴法矢量(shling)关系图xxUxU.sUjXRIUZ.ssxxssRUUZRUI,sssUjUU0.sxysxxssxsxUUjUURUURZ.第104页/共212页第一百零五页，共212页。自由(zyu)轴法矢量关系图yxosyU.xxU.sxU.sUxyUxU2222.sysxsyxxsxxysysxsyxys

28、xxxssysxxyxxssxsxUUUUUUjUUUUUURjUUjUURUURZxyxxxjUUU.sysxsjUUU.第105页/共212页第一百零六页，共212页。2 2 智能化智能化LCRLCR测量仪的基本测量仪的基本(jbn)(jbn)组成组成选择开关1测试(csh)信号源可变衰减器相敏检波器放大器滤波器选择开关2积分器比较(bjio)器单片微机系统显示器功能选择自 由 轴 发 生器0RXZSRSUXU V/I转换器双斜积分信号调理-+A1A2A3+-+-第106页/共212页第一百零七页，共212页。信号源部分(b fen)矢量(shling)比检波器部分自动平衡电桥调制器到数字

29、部分HC-电流高端 LC-电流低端Hp-电位高端 LP-电位低端LC电流电压转换器 本振HPHC源电阻LP振荡器放大器缓冲器缓冲器1S混频器放大器ATTA/D自动衰减器量程电阻DUT功率放大器积分器90000-900sxrxUURZ xZrR第107页/共212页第一百零八页，共212页。第108页/共212页第一百零九页，共212页。输输入入电电路路A A/ /D D转转换换器器数数字字显显示示器器逻逻辑辑控控制制电电路路时时钟钟发发生生器器模模拟拟部部分分数数字字部部分分Vx第109页/共212页第一百一十页，共212页。第110页/共212页第一百一十一页，共212页。nDMMDMM功能

30、更全，性能更高，一般具有功能更全，性能更高，一般具有一定的数据处理能力（平均、方差计一定的数据处理能力（平均、方差计算等）和通信接口算等）和通信接口( (如如GPIB)GPIB)第111页/共212页第一百一十二页，共212页。完整显示完整显示(xinsh)(xinsh)位，位，1 1位非完整位非完整n显示显示(xinsh)(xinsh)位，其最大显示位，其最大显示(xinsh)(xinsh)数字为数字为19999 19999 142第112页/共212页第一百一十三页，共212页。基本量程为基本量程为2V2V或或20V20V的的DVMDVM，可扩展出，可扩展出200mV200mV、2V2V、

31、20V20V、200V200V、1000V1000V等等五档量程五档量程第113页/共212页第一百一十四页，共212页。第114页/共212页第一百一十五页，共212页。0.1mV100% 0.05%200mV1100%0.05%2000第115页/共212页第一百一十六页，共212页。( % )xmVVV 第116页/共212页第一百一十七页，共212页。( %)mxxVVVV%xV%mV第117页/共212页第一百一十八页，共212页。%mV( %)xVVn 字V%mV%(0.01%0.005%)mxVV 第118页/共212页第一百一十九页，共212页。第119页/共212页第一百二十

32、页，共212页。第120页/共212页第一百二十一页，共212页。9.375V-10V =-0.625V，相当于最后一项的值111112481625V+2.5V+1.25V+0.625V+=10VrrrrrrnVVVVVV第121页/共212页第一百二十二页，共212页。5V+2.5V+0.625V8.5V5V+2.5V+0.625V8.5V，则保留该，则保留该项，记为数字项，记为数字11） 8.125V 8.125V（得到（得到(d do)(d do)最后逼近最后逼近结果）结果）第122页/共212页第一百二十三页，共212页。0.3125V0.3125V0.3125V)0.3125V)，最

33、大误差，最大误差限相当于限相当于VrVr最后一个分项的最后一个分项的n一半，即一半，即 V V10.6252第123页/共212页第一百二十四页，共212页。的加减法码的过程，而称重结的加减法码的过程，而称重结果的精度取决于所用的最小砝果的精度取决于所用的最小砝码码第124页/共212页第一百二十五页，共212页。逐逐次次逼逼近近移移位位寄寄存存器器( (S SA AR R) )D/A转转换换器器Vx+-比比较较器器C CL LK KSTARTA/D转转换换结结果果2-12-nMSBLSBVrN N第125页/共212页第一百二十六页，共212页。u Vr Vr 参考电压参考电压u Vx A/

34、D Vx A/D输输入入(shr)(shr)电压电压u上式还可写成：上式还可写成：Vx=eNVx=eN，e=Vr/2ne=Vr/2n称称为为A/DA/D转换器的刻度系数，单位为转换器的刻度系数，单位为“V/“V/字字”，表示，表示A/DA/D转换器的分辨力转换器的分辨力2xrnNVV第126页/共212页第一百二十七页，共212页。n单片集成逐次比较式单片集成逐次比较式ADCADC。常见的。常见的产品有产品有8 8位的位的ADC0809ADC0809，1212位的位的ADC1210ADC1210和和1616位的位的AD7805AD7805等等241101)108.1252xVVV（第127页/

35、共212页第一百二十八页，共212页。斜斜波波电电压压发发生生器器QQSETCLRSR&000时时钟钟计计数数器器主主门门VrVx+-+-门门控控信信号号输输入入比比较较器器接接地地比比较较器器a计计数数输输入入非积分(jfn)V-T式A/D转换原理如下图第128页/共212页第一百二十九页，共212页。0VxVx、 V Vr r门门 控控 信信 号号计计 数数 输输 入入NV Vr rt1bT0T第129页/共212页第一百三十页，共212页。n计数计数(j sh)(j sh)结果结果N N表示表示A/DA/D转换的数转换的数字量结果。即字量结果。即n (k (k为斜波电压的斜率，为

36、斜波电压的斜率，单位单位V/V/秒秒) )0 xVkTkT NrVkRC第130页/共212页第一百三十一页，共212页。的测量精度的测量精度n比较器的漂移和死区电压比较器的漂移和死区电压n一般精度较低一般精度较低rVkRC0 xVkTkT N0rxVVT NRC0rVTRCxVN第131页/共212页第一百三十二页，共212页。sun)sun)时钟信号频率。若计数值时钟信号频率。若计数值N=5123N=5123，被测电压值是多少？，被测电压值是多少？n 解解 4 4位位DVMDVM即具有即具有4 4位数字显示，位数字显示，亦即计数器的最大值为亦即计数器的最大值为99999999第132页/共

37、212页第一百三十三页，共212页。010000100 Hz100fkms00512351.23ms100kHzNTNTf10V/100ms 51.23ms=5.123VxVkT第133页/共212页第一百三十四页，共212页。第134页/共212页第一百三十五页，共212页。主主门门计计数数器器逻逻辑辑控控制制电电路路数数字字输输出出时时钟钟S1S2CRVx-VrVr积积分分器器比比较较器器-+-+S S1 1S S2 2Vot0t1复复零零t2t3VoVomT1T2N1N2t积积分分波波形形计计数数 器器输输入入a.b.清清零零T0f0T011T0第135页/共212页第一百三十六页，共2

38、12页。波形的斜率波形的斜率( (定值定值) ) n对参考对参考(cnko)(cnko)电压反向定值积分电压反向定值积分(t2-t3)(t2-t3)。接入参考。接入参考(cnko)(cnko)电压电压( (若若VxVx为正，则接入为正，则接入-Vr)-Vr)，积分器输，积分器输出出VoVo从从VomVom开始线性地正向增长开始线性地正向增长( (与与VxVx的积分方向相反的积分方向相反) )直至零直至零2111tomxxtTVVdtVRCRC10TxxVVdt1TRC第136页/共212页第一百三十七页，共212页。32210()tomromrtTVV dtVVRCRC21xrTVVT221x

39、rNVVeNN121xxrNNVVVe1rVeN第137页/共212页第一百三十八页，共212页。第138页/共212页第一百三十九页，共212页。nDVMDVM的最大干扰来自于电网的最大干扰来自于电网50Hz50Hz工频工频电压（周期为电压（周期为20ms20ms），因此，只要选），因此，只要选择择T1T1时间为时间为20ms20ms的整倍数，则干扰信的整倍数，则干扰信号号vsmvsm的平均值为零的平均值为零21111()tsmomxsmxtTTVVvdtVvRCRCRC 第139页/共212页第一百四十页，共212页。信号快速（斜率较陡峭）过零时信号快速（斜率较陡峭）过零时(ln sh)(

40、ln sh)的能力的能力第140页/共212页第一百四十一页，共212页。2 2个计数器及逻辑控制电路个计数器及逻辑控制电路n下图下图 a. a.原理框图，原理框图，b.b.工作波形图工作波形图第141页/共212页第一百四十二页，共212页。主主门门高高 位位 计计 数数器器 A A逻逻辑辑 控控 制制 电电 路路数数 字字输输 出出时时 钟钟S1S2CRVx-Vr积积 分分 器器比比较较 器器-+-+S S1 1S S2 2Vot0t1复复 零零t2t31VoVomT1T2N1N2t积积 分分波波 形形计计 数数 器器输输 入入a.b.清清 零零低低 位位 计计 数数器器 B B主主门门清

41、清零零-+ABR1R2R3t32T3N3VtVr/10nVtN N2 2N3f0T0T0T0第142页/共212页第一百四十三页，共212页。n由于由于Vr/10nVr/10n很小，积分器输出的斜率很小，积分器输出的斜率大大降低（降低大大降低（降低10n10n倍），积分输出倍），积分输出“缓慢地缓慢地”进入零点。使最终达到进入零点。使最终达到(d do)(d do)过零的时间大大过零的时间大大“拖长拖长”了，了，因而，降低了对积分器性能的要求因而，降低了对积分器性能的要求第143页/共212页第一百四十四页，共212页。n即为即为A/DA/D转换结果的数字量（由计数转换结果的数字量（由计数器器

42、A A和计数器和计数器B B的计数值的计数值N2N2和和N3N3加权得加权得到）到）231110nxrTTTVVRCRC11 022 033 0,TNT TNT TNT2311()10rxnVVNNeNN1rVeN23110nNNN第144页/共212页第一百四十五页，共212页。第145页/共212页第一百四十六页，共212页。Ix9009090.90.1(200m V)200 A A(200m V)2m A A(200m V)20m A A(200m V)200m A A(200m V)2A A第146页/共212页第一百四十七页，共212页。恒恒流流源源( (可可调调) )A A/ /D

43、 DR Rx xIr-+A Am mp p恒恒流流源源( (可可调调) )A A/ /D D-+A Am mp pIrVrR1Rx精精密密电电阻阻VoVr取取样样电电阻阻a.实现(shxin)R/V变换的简单原理 b.通过运放实现(shxin)比例测量的R/V变换第147页/共212页第一百四十八页，共212页。1xorRVVR 1oxrVRRV 第148页/共212页第一百四十九页，共212页。位半位半-8-8位半位半A AC C/ /D DC CI I/ /V VZ Z/ /V VD DV VM MC CP PU UD DC CA AC CI IZ Z第149页/共212页第一百五十页，共

44、212页。n数字多用表的使用数字多用表的使用n二端法和四端法测电阻。如下图二端法和四端法测电阻。如下图（图中（图中Rl1Rl1、Rl2Rl2、Rl3Rl3、Rl4Rl4为等为等效导线电阻和接触电阻）效导线电阻和接触电阻）第150页/共212页第一百五十一页，共212页。12,xlxlRRRR34,linlinRR RRR Rx xIrIrVxDMMRl1Rl2R Rx xIrIrVxDMMRl1Rl2Rl3Rl4第151页/共212页第一百五十二页，共212页。第152页/共212页第一百五十三页，共212页。第153页/共212页第一百五十四页，共212页。5 56 6 数字电压表测量不确定

45、度及数字电压表测量不确定度及自动校准、自动量程自动校准、自动量程(lingchng)(lingchng)技术技术 ( %)xmVVV( %)xVVn 字%xV%mV第154页/共212页第一百五十五页，共212页。n即为DVM的“转换系数”，它是刻度系数e（V/字）的倒数。理论上，转换系数k应为常数，但由于各部件的非理想(lxing)性，必然存在误差1234()xxNk k k k VkV1234kk k k k第155页/共212页第一百五十六页，共212页。n满度误差满度误差n满度误差是由级连系统中各部件满度误差是由级连系统中各部件的漂移引起的，与输入电压无关的漂移引起的，与输入电压无关1

46、 234kk k k k31241234%kkkkkkkkkk第156页/共212页第一百五十七页，共212页。32210()tomromrtTVV dtVVRCRC21xrTVVT221xrNVVeNN121xxrNNVVVe1rVeN第157页/共212页第一百五十八页，共212页。第158页/共212页第一百五十九页，共212页。nDVMDVM的最大干扰来自于电网的最大干扰来自于电网50Hz50Hz工频工频电压（周期为电压（周期为20ms20ms），因此，只要选），因此，只要选择择T1T1时间为时间为20ms20ms的整倍数，则干扰信的整倍数，则干扰信号号vsmvsm的平均值为零的平均值

47、为零21111()tsmomxsmxtTTVVvdtVvRCRCRC 第159页/共212页第一百六十页，共212页。信号快速（斜率较陡峭）过零时的信号快速（斜率较陡峭）过零时的能力能力第160页/共212页第一百六十一页，共212页。器及逻辑控制电路器及逻辑控制电路n下图下图 a. a.原理原理(yunl)(yunl)框图，框图，b.b.工作工作波形图波形图第161页/共212页第一百六十二页，共212页。主主门门高高 位位 计计 数数器器 A A逻逻辑辑 控控 制制 电电 路路数数 字字输输 出出时时 钟钟S1S2CRVx-Vr积积 分分 器器比比较较 器器-+-+S S1 1S S2 2

48、Vot0t1复复 零零t2t31VoVomT1T2N1N2t积积 分分波波 形形计计 数数 器器输输 入入a.b.清清 零零低低 位位 计计 数数器器 B B主主门门清清零零-+ABR1R2R3t32T3N3VtVr/10nVtN N2 2N3f0T0T0T0第162页/共212页第一百六十三页，共212页。分时间分时间(shjin)T3(shjin)T3(计数器计数器B B计数计数) )n由于由于Vr/10nVr/10n很小，积分器输出的斜率很小，积分器输出的斜率大大降低（降低大大降低（降低10n10n倍），积分输出倍），积分输出“缓慢地缓慢地”进入零点。使最终达到过进入零点。使最终达到过零

49、的时间零的时间(shjin)(shjin)大大大大“拖长拖长”了，了，因而，降低了对积分器性能的要求因而，降低了对积分器性能的要求第163页/共212页第一百六十四页，共212页。n即为即为A/DA/D转换结果的数字量（由计数转换结果的数字量（由计数器器A A和计数器和计数器B B的计数值的计数值N2N2和和N3N3加权得加权得到）到）231110nxrTTTVVRCRC11 022 033 0,TNT TNT TNT2311()10rxnVVNNeNN1rVeN23110nNNN第164页/共212页第一百六十五页，共212页。第165页/共212页第一百六十六页，共212页。Ix90090

50、90.90.1(200m V)200 A A(200m V)2m A A(200m V)20m A A(200m V)200m A A(200m V)2A A第166页/共212页第一百六十七页，共212页。恒恒流流源源( (可可调调) )A A/ /D DR Rx xIr-+A Am mp p恒恒流流源源( (可可调调) )A A/ /D D-+A Am mp pIrVrR1Rx精精密密电电阻阻VoVr取取样样电电阻阻a.实现R/V变换的简单原理 b.通过(tnggu)运放实现比例测量的R/V变换第167页/共212页第一百六十八页，共212页。1xorRVVR 1oxrVRRV 第168页

51、/共212页第一百六十九页，共212页。A AC C/ /D DC CI I/ /V VZ Z/ /V VD DV VM MC CP PU UD DC CA AC CI IZ Z第169页/共212页第一百七十页，共212页。n二端法和四端法测电阻。如下图二端法和四端法测电阻。如下图（图中（图中Rl1Rl1、Rl2Rl2、Rl3Rl3、Rl4Rl4为等为等效导线电阻和接触电阻）效导线电阻和接触电阻）第170页/共212页第一百七十一页，共212页。12,xlxlRRRR34,linlinRR RRR Rx xIrIrVxDMMRl1Rl2R Rx xIrIrVxDMMRl1Rl2Rl3Rl4第

52、171页/共212页第一百七十二页，共212页。第172页/共212页第一百七十三页，共212页。5 56 6 数字电压表测量数字电压表测量(cling)(cling)不确定度及不确定度及自动校准、自动量程技术自动校准、自动量程技术 ( %)xmVVV( %)xVVn 字%xV%mV第173页/共212页第一百七十四页，共212页。n即为DVM的“转换系数”，它是刻度(kd)系数e（V/字）的倒数。理论上，转换系数k应为常数，但由于各部件的非理想性，必然存在误差1234()xxNk k k k VkV1234kk k k k第174页/共212页第一百七十五页，共212页。n满度误差满度误差n

53、满度误差是由级连系统中各部件满度误差是由级连系统中各部件的漂移引起的，与输入电压无关的漂移引起的，与输入电压无关1 234kk k k k31241234%kkkkkkkkkk第175页/共212页第一百七十六页，共212页。nDVMDVM存在读数误差存在读数误差(wch)(wch)和满度误和满度误差差(wch)(wch)时的转换特性如下图所时的转换特性如下图所示（图中粗线为实际转换特性曲线）示（图中粗线为实际转换特性曲线）123411 21 231 234ooooVVVVVkk kk k kk k k k%mVV第176页/共212页第一百七十七页，共212页。VxN0理理想想特特性性转转换

54、换误误差差影影响响下下的的特特性性满满度度误误差差影影响响下下的的特特性性（平平行行于于理理想想特特性性）读读数数误误差差和和满满度度误误差差共共同同影影响响下下的的实实际际转转换换特特性性V 第177页/共212页第一百七十八页，共212页。HLI0D V MRsVxRi图中，Rs为输入电压Vx的等效信号源内阻(ni z)，Ri和I0分别为DVM的等效输入电阻和输入零电流第178页/共212页第一百七十九页，共212页。(xsh)ppm(xsh)ppm（百万分（百万分n之一）表示之一）表示iixxxHLxsissRxxxsiiRVVVVVRRRRVVVRRR 000()xHLxsxxsIxx

55、xxVVVI RVVI RVVVV( % )/xmVV第179页/共212页第一百八十页，共212页。0.015100%100%0.3%5.00 xxxVV第180页/共212页第一百八十一页，共212页。Ri=1000M, (shr)零电流I0=1nA，被测信号源等效内阻Rs=2k，分别测量Vx=2V和Vx=0.2V两个电压，计算由Ri和I0引入的附加误差极限值0.025100%100%0.17%15.00 xxxVV第181页/共212页第一百八十二页，共212页。001iRIsixIRRV 936611 102 103 101000 102 935611 102 101.2 101000

56、 100.2 解 为计算由Ri和I0引入的附加误差(wch)极限值，可将分别由Ri和I0引入的附加误差(wch)进行代数和合成。即第182页/共212页第一百八十三页，共212页。积分器误差：积分器误差：第183页/共212页第一百八十四页，共212页。分辨力分辨力)和响应带宽和响应带宽(时间分辨力时间分辨力)不足不足将对将对A/D转换结果产生影响转换结果产生影响UosIB-+RC积积分分器器ViVoUosVot实实际际积积分分器器输输出出理理想想积积分分器器输输出出第184页/共212页第一百八十五页，共212页。信号的影响，输出阻抗对后续电路信号的影响，输出阻抗对后续电路的影响等，都将引入

57、的影响等，都将引入DVMDVM的测量误差的测量误差nA/DA/D转换器的量化误差：转换器的量化误差：A/DA/D转换器转换器用有限位数的数字量来表示模拟电用有限位数的数字量来表示模拟电压（等分压（等分2n2n个阶梯）个阶梯） 。量化误差最。量化误差最大为大为 (1LSB (1LSB相当于一个量化相当于一个量化阶梯阶梯) )12LSB第185页/共212页第一百八十六页，共212页。a.放大器Uos引起输出变化AUosb.自动(zdng)校零原理(并联式)Uos+-AViVo=A(Vi+Uos)Uos+-AViVo=AVi+Uos+-+-K1K2K3+-C0A1+AosU第186页/共212页第

58、一百八十七页，共212页。n仅为仅为Uos（比没有自动校零时的图（比没有自动校零时的图a减减小了小了A倍）倍）n实际实际DVM中，输入放大器、积分器和中，输入放大器、积分器和比较器都存在比较器都存在Uos，因此存储电容，因此存储电容C0存储的是总的零点存储的是总的零点(ln din)漂移电漂移电压压1oososAVUUA11oiososiosiosAAVA VUUAVUAVUAA第187页/共212页第一百八十八页，共212页。n软件校准测量原理如下图软件校准测量原理如下图第188页/共212页第一百八十九页，共212页。0V/放大后，得到相应的转换结果N0并存储。0osNkU000A/D转转

59、换换器器VxVr0VNxNrN0衰衰减减/ /放放大大器器转转换换系系数数k k总总漂漂移移U Uo os sS1S2S3第189页/共212页第一百九十页，共212页。()rrosNk VU()xxosNk VU00()()xxososxrrososrNNk VUkUVNNk VUkUV00 xxrrNNVVNN第190页/共212页第一百九十一页，共212页。nn被测电压被测电压(diny)的大小相适的大小相适应。应。( % )xmVVV %mxxVVVV VxVm0%mxVV %第191页/共212页第一百九十二页，共212页。0199.9mV180mV1.999V1.8V19.99V18V199.9V180V1200V第192页/共212页第一百九十三页，共212页。数字电压表更为重要数字电压表更为重要第1