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第1页第第5 5章章 电压测量电压测量5.1 概述5.2 电压标准5.3 交流电压的测量5.4 直流电压的数字化测量及A/D转换原理5.5 电流、电压、阻抗变换技术及数字多用表5.6 数字电压表的误差分析及自动化技术5.7 电压测量的干扰及抑制技术第2页1 1）电压测量的重要性）电压测量的重要性◆◆◆◆电压测量是电测量与非电测量的基础电压测量是电测量与非电测量的基础电压测量是电测量与非电测量的基础电压测量是电测量与非电测量的基础, ,具体有：具体有：具体有：具体有： A A 电测量中，许多电量的测量可以转化为电压测量：电测量中，许多电量的测量可以转化为电压测量：电测量中，许多电量的测量可以转化为电压测量：电测量中，许多电量的测量可以转化为电压测量：表征电信号能量的三个基本参数：电压、电流、功率表征电信号能量的三个基本参数：电压、电流、功率表征电信号能量的三个基本参数：电压、电流、功率表征电信号能量的三个基本参数：电压、电流、功率其中：电流、功率其中：电流、功率其中：电流、功率其中：电流、功率————〉电压，再进行测量〉电压，再进行测量〉电压，再进行测量〉电压，再进行测量B B 电路工作状态：电路工作状态：电路工作状态：电路工作状态：饱和与截止，线性度、失真度饱和与截止，线性度、失真度饱和与截止，线性度、失真度饱和与截止，线性度、失真度————〉电压表征〉电压表征〉电压表征〉电压表征 C C 非电测量中，物理量非电测量中，物理量非电测量中，物理量非电测量中，物理量————〉电压信号，再进行测量〉电压信号，再进行测量〉电压信号，再进行测量〉电压信号，再进行测量如：温度、压力、振动、（加）速度如：温度、压力、振动、（加）速度如：温度、压力、振动、（加）速度如：温度、压力、振动、（加）速度5.1 5.1 概述概述5.1.1 5.1.1 电压测量的意义、特点电压测量的意义、特点 第3页2 2）电压测量的特点）电压测量的特点1.1.1.1.频率范围广：零频（直流）～频率范围广：零频（直流）～频率范围广：零频（直流）～频率范围广：零频（直流）～101010109 9 9 9HzHzHzHz低频：低频：低频：低频：1MHz1MHz1MHz1MHz以下；高频（射频）：以下；高频（射频）：以下；高频（射频）：以下；高频（射频）：1MHz1MHz1MHz1MHz以上。

以上2.2.2.2.测量范围宽测量范围宽测量范围宽测量范围宽 微弱信号微弱信号微弱信号微弱信号: : : :心电医学信号、地震波等心电医学信号、地震波等心电医学信号、地震波等心电医学信号、地震波等, , , ,纳伏级纳伏级纳伏级纳伏级(10(10(10(10-9-9-9-9V V V V）；）；）；）； 超高压信号：电力系统中，数百千伏超高压信号：电力系统中，数百千伏超高压信号：电力系统中，数百千伏超高压信号：电力系统中，数百千伏3.3.3.3.电压波形的多样化电压波形的多样化电压波形的多样化电压波形的多样化电压信号波形是被测量信息的载体电压信号波形是被测量信息的载体电压信号波形是被测量信息的载体电压信号波形是被测量信息的载体各种波形：纯正弦波、失真的正弦波，方波，三角波，各种波形：纯正弦波、失真的正弦波，方波，三角波，各种波形：纯正弦波、失真的正弦波，方波，三角波，各种波形：纯正弦波、失真的正弦波，方波，三角波，梯形波；随机噪声梯形波；随机噪声梯形波；随机噪声梯形波；随机噪声第4页4.4.4.4.阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配 被测信号接入电压测量仪器后，仪器等效输入被测信号接入电压测量仪器后，仪器等效输入被测信号接入电压测量仪器后，仪器等效输入被测信号接入电压测量仪器后，仪器等效输入阻抗将对测量结果产生影响。

阻抗将对测量结果产生影响阻抗将对测量结果产生影响阻抗将对测量结果产生影响 直流测量中直流测量中直流测量中直流测量中，输入阻抗与被测信号源等效内阻，输入阻抗与被测信号源等效内阻，输入阻抗与被测信号源等效内阻，输入阻抗与被测信号源等效内阻形成分压，使测量结果偏小形成分压，使测量结果偏小形成分压，使测量结果偏小形成分压，使测量结果偏小 如：采用电压表与电流表测量电阻，如：采用电压表与电流表测量电阻，如：采用电压表与电流表测量电阻，如：采用电压表与电流表测量电阻， 当测量小电阻时，应采用电压表并联方案；当测量小电阻时，应采用电压表并联方案；当测量小电阻时，应采用电压表并联方案；当测量小电阻时，应采用电压表并联方案； 当测量大电阻时，应采用电流表串联方案当测量大电阻时，应采用电流表串联方案当测量大电阻时，应采用电流表串联方案当测量大电阻时，应采用电流表串联方案 交流测量中交流测量中交流测量中交流测量中，输入阻抗的不匹配引起信号反射输入阻抗的不匹配引起信号反射输入阻抗的不匹配引起信号反射输入阻抗的不匹配引起信号反射第5页5.5.5.5.测量精度的要求差异很大测量精度的要求差异很大测量精度的要求差异很大测量精度的要求差异很大 工业测控场合有时只是需要监测电压的大致范工业测控场合有时只是需要监测电压的大致范工业测控场合有时只是需要监测电压的大致范工业测控场合有时只是需要监测电压的大致范围，其精度较低，高精度测量有时则要达到围，其精度较低，高精度测量有时则要达到围，其精度较低，高精度测量有时则要达到围，其精度较低，高精度测量有时则要达到10101010-1-1-1-1至至至至10101010-9-9-9-9精度。

精度6.6.6.6.测量速度的要求差异很大测量速度的要求差异很大测量速度的要求差异很大测量速度的要求差异很大 静态测量：直流（慢变化信号）静态测量：直流（慢变化信号）静态测量：直流（慢变化信号）静态测量：直流（慢变化信号）, , , ,几次几次几次几次/ / / /秒秒秒秒; ; ; ; 动态测量：高速瞬变信号动态测量：高速瞬变信号动态测量：高速瞬变信号动态测量：高速瞬变信号, , , ,数亿次数亿次数亿次数亿次/ / / /秒秒秒秒( ( ( (几百几百几百几百MHz)MHz)MHz)MHz)精度与速度存在矛盾，应根据需要而定精度与速度存在矛盾，应根据需要而定精度与速度存在矛盾，应根据需要而定精度与速度存在矛盾，应根据需要而定7.7.7.7.抗干扰性能抗干扰性能抗干扰性能抗干扰性能 工业现场测试中，存在较大的干扰电压测量工业现场测试中，存在较大的干扰电压测量工业现场测试中，存在较大的干扰电压测量工业现场测试中，存在较大的干扰电压测量要特别重视抗干扰措施，提高测量仪器的抗干扰能要特别重视抗干扰措施，提高测量仪器的抗干扰能要特别重视抗干扰措施，提高测量仪器的抗干扰能要特别重视抗干扰措施，提高测量仪器的抗干扰能力。

力第6页5.1.2 电压测量的方法和分类电压测量的方法和分类电压测量方法的分类电压测量方法的分类····按对象：直流电压测量；交流电压测量按对象：直流电压测量；交流电压测量按对象：直流电压测量；交流电压测量按对象：直流电压测量；交流电压测量 ····按技术：模拟测量；数字测量按技术：模拟测量；数字测量按技术：模拟测量；数字测量按技术：模拟测量；数字测量1 1 1 1）交流电压的模拟测量方法）交流电压的模拟测量方法）交流电压的模拟测量方法）交流电压的模拟测量方法表征交流电压的三个基本参量：有效值、峰值和表征交流电压的三个基本参量：有效值、峰值和表征交流电压的三个基本参量：有效值、峰值和表征交流电压的三个基本参量：有效值、峰值和平均值以有效值测量为主以有效值测量为主以有效值测量为主以有效值测量为主方法：交流电压（有效值、峰值和平均值）方法：交流电压（有效值、峰值和平均值）方法：交流电压（有效值、峰值和平均值）方法：交流电压（有效值、峰值和平均值）--------〉〉〉〉直流电流直流电流直流电流直流电流--------〉驱动表头〉驱动表头〉驱动表头〉驱动表头--------〉指示〉指示〉指示〉指示————————有效值、峰值和平均值电压表，电平表等。

有效值、峰值和平均值电压表，电平表等有效值、峰值和平均值电压表，电平表等有效值、峰值和平均值电压表，电平表等第7页2 2）数字化直流电压测量方法）数字化直流电压测量方法）数字化直流电压测量方法）数字化直流电压测量方法模拟直流电压模拟直流电压模拟直流电压模拟直流电压--------〉〉〉〉A/DA/DA/DA/D转换器转换器转换器转换器--------〉数字量〉数字量〉数字量〉数字量--------〉数字〉数字〉数字〉数字显示（直观）显示（直观）显示（直观）显示（直观）————————数字电压表（数字电压表（数字电压表（数字电压表（DVMDVMDVMDVM），数字多用表），数字多用表），数字多用表），数字多用表（（（（DMMDMMDMMDMM）3 3 3 3）交流电压的数字化测量）交流电压的数字化测量）交流电压的数字化测量）交流电压的数字化测量交流电压（有效值、峰值和平均值）交流电压（有效值、峰值和平均值）交流电压（有效值、峰值和平均值）交流电压（有效值、峰值和平均值）--------〉直流电〉直流电〉直流电〉直流电压压压压--------〉〉〉〉A/DA/DA/DA/D转换器转换器转换器转换器--------〉数字量〉数字量〉数字量〉数字量--------〉数字显示〉数字显示〉数字显示〉数字显示——DVM——DVM——DVM——DVM（（（（DMMDMMDMMDMM）的扩展功能。

的扩展功能的扩展功能的扩展功能第8页4 4 4 4）基于采样的交流电压测量方法）基于采样的交流电压测量方法）基于采样的交流电压测量方法）基于采样的交流电压测量方法交流电压交流电压交流电压交流电压--------〉〉〉〉A/DA/DA/DA/D转换器转换器转换器转换器--------〉瞬时采样值〉瞬时采样值〉瞬时采样值〉瞬时采样值u(k) --u(k) --u(k) --u(k) --〉计算，如有效值〉计算，如有效值〉计算，如有效值〉计算，如有效值式中，式中，式中，式中，N N N N为为为为u(t)u(t)u(t)u(t)的一个周期内的采样点数的一个周期内的采样点数的一个周期内的采样点数的一个周期内的采样点数5 5 5 5）示波测量方法）示波测量方法）示波测量方法）示波测量方法交流电压交流电压交流电压交流电压--------〉模拟或数字示波器〉模拟或数字示波器〉模拟或数字示波器〉模拟或数字示波器--------〉显示波形〉显示波形〉显示波形〉显示波形--------〉读出结果〉读出结果〉读出结果〉读出结果第9页5 5．．2 2 电压标准电压标准 5.2.1 直流电压标准直流电压标准电压和电阻是电磁学中的两个基本量。

电压和电阻是电磁学中的两个基本量电压和电阻是电磁学中的两个基本量电压和电阻是电磁学中的两个基本量其他电磁量基准可由电压基准和电阻基准导出其他电磁量基准可由电压基准和电阻基准导出其他电磁量基准可由电压基准和电阻基准导出其他电磁量基准可由电压基准和电阻基准导出电压标准有：电压标准有：电压标准有：电压标准有：标准电池（实物基准，标准电池（实物基准，标准电池（实物基准，标准电池（实物基准，10101010-6-6-6-6）；）；）；）；齐纳管电压标准齐纳管电压标准齐纳管电压标准齐纳管电压标准 （固态标准，（固态标准，（固态标准，（固态标准， 10 10 10 10-6-6-6-6）；）；）；）；约瑟夫森量子电压基准（量子化自然基准，约瑟夫森量子电压基准（量子化自然基准，约瑟夫森量子电压基准（量子化自然基准，约瑟夫森量子电压基准（量子化自然基准，10101010-10-10-10-10）电阻标准有：电阻标准有：电阻标准有：电阻标准有：精密线绕电阻（实物标准）；精密线绕电阻（实物标准）；精密线绕电阻（实物标准）；精密线绕电阻（实物标准）；霍尔电阻基准（量子化自然基准，霍尔电阻基准（量子化自然基准，霍尔电阻基准（量子化自然基准，霍尔电阻基准（量子化自然基准，10101010-9-9-9-9）。

第10页5.2.1 5.2.1 直流电压标准直流电压标准1. 1. 标准电池标准电池原理：原理：原理：原理：利用化学反应产生稳定可靠的电动势利用化学反应产生稳定可靠的电动势利用化学反应产生稳定可靠的电动势利用化学反应产生稳定可靠的电动势 （（（（1.01860V1.01860V1.01860V1.01860V）有饱和型和不饱和型有饱和型和不饱和型有饱和型和不饱和型有饱和型和不饱和型两种类型两种类型两种类型两种类型饱和型特点：饱和型特点：饱和型特点：饱和型特点：电动势非常稳定（年稳定性可小于电动势非常稳定（年稳定性可小于电动势非常稳定（年稳定性可小于电动势非常稳定（年稳定性可小于0.5μV0.5μV0.5μV0.5μV，相当于，相当于，相当于，相当于5×105×105×105×10-7-7-7-7），但温度系数较大（约），但温度系数较大（约），但温度系数较大（约），但温度系数较大（约－－－－40μV/℃40μV/℃40μV/℃40μV/℃）用于计量部门）用于计量部门）用于计量部门）用于计量部门恒温条件下恒温条件下恒温条件下恒温条件下的电压标的电压标的电压标的电压标准器不饱和型特点：不饱和型特点：不饱和型特点：不饱和型特点：温度系数很小（约－温度系数很小（约－温度系数很小（约－温度系数很小（约－4μV/℃4μV/℃4μV/℃4μV/℃），），），），但稳定性较差。

用于一般工作量具，如实验室中常但稳定性较差用于一般工作量具，如实验室中常但稳定性较差用于一般工作量具，如实验室中常但稳定性较差用于一般工作量具，如实验室中常用的便携式用的便携式用的便携式用的便携式电位差计电位差计电位差计电位差计第11页使用中应注意：使用中应注意：使用中应注意：使用中应注意：1 1 1 1）不能倾倒；不能震动、冲击（不易运输）不能倾倒；不能震动、冲击（不易运输）不能倾倒；不能震动、冲击（不易运输）不能倾倒；不能震动、冲击（不易运输）2 2 2 2）温度修正（特别是对饱和型）温度修正（特别是对饱和型）温度修正（特别是对饱和型）温度修正（特别是对饱和型）温度温度温度温度————电动势电动势电动势电动势””””修正公式修正公式修正公式修正公式 ：：：：式中，式中，式中，式中，E E E Et t t t、、、、E E E E20202020分别为分别为分别为分别为t℃t℃t℃t℃（使用时的温度）和（使用时的温度）和（使用时的温度）和（使用时的温度）和20℃20℃20℃20℃（出厂检定时温度）时标准电池的电动势（出厂检定时温度）时标准电池的电动势（出厂检定时温度）时标准电池的电动势（出厂检定时温度）时标准电池的电动势 。

3 3 3 3）标准电池存在内阻，仪表输入电阻应较大标准电池存在内阻，仪表输入电阻应较大标准电池存在内阻，仪表输入电阻应较大标准电池存在内阻，仪表输入电阻应较大第12页2. 2. 齐纳管电压标准齐纳管电压标准 u原理原理原理原理利用利用利用利用齐纳二极管的稳压特性齐纳二极管的稳压特性齐纳二极管的稳压特性齐纳二极管的稳压特性制作的电子式电压标制作的电子式电压标制作的电子式电压标制作的电子式电压标准（也称为固态电压标准）准（也称为固态电压标准）准（也称为固态电压标准）准（也称为固态电压标准）u齐纳管的稳压特性仍然存在受温度漂移的影响，齐纳管的稳压特性仍然存在受温度漂移的影响，齐纳管的稳压特性仍然存在受温度漂移的影响，齐纳管的稳压特性仍然存在受温度漂移的影响，采用高稳定电源和内部恒温控制电路可使其温度采用高稳定电源和内部恒温控制电路可使其温度采用高稳定电源和内部恒温控制电路可使其温度采用高稳定电源和内部恒温控制电路可使其温度系数非常小系数非常小系数非常小系数非常小 u将齐纳管与恒温控制电路集成在一起的精密电压将齐纳管与恒温控制电路集成在一起的精密电压将齐纳管与恒温控制电路集成在一起的精密电压将齐纳管与恒温控制电路集成在一起的精密电压基准源，如基准源，如基准源，如基准源，如LM199/299/399LM199/299/399LM199/299/399LM199/299/399、、、、REFREFREFREF系列。

系列 第13页u为克服输出电压的波动，还可将多个精密电压基为克服输出电压的波动，还可将多个精密电压基为克服输出电压的波动，还可将多个精密电压基为克服输出电压的波动，还可将多个精密电压基准源并联，得到它们的平均值准源并联，得到它们的平均值准源并联，得到它们的平均值准源并联，得到它们的平均值第14页上图中，假设运放是理想的，上图中，假设运放是理想的，上图中，假设运放是理想的，上图中，假设运放是理想的，则流入运放同相端电流则流入运放同相端电流则流入运放同相端电流则流入运放同相端电流I I+ +=0=0，即，即，即，即若若若若R R R R1 1 1 1=R=R=R=R2 2 2 2=R=R=R=R3 3 3 3=R=R=R=R4 4 4 4，则，则，则，则 而输出电压而输出电压而输出电压而输出电压 第15页u齐纳管电压标准器整机输出电压有：齐纳管电压标准器整机输出电压有：齐纳管电压标准器整机输出电压有：齐纳管电压标准器整机输出电压有：10V10V10V10V、、、、1V1V1V1V和和和和1.0186V1.0186V1.0186V1.0186V10V10V10V10V输出便于检定和传递到高电压，且运输、保存输出便于检定和传递到高电压，且运输、保存输出便于检定和传递到高电压，且运输、保存输出便于检定和传递到高电压，且运输、保存和使用方便。

和使用方便和使用方便和使用方便如如如如WUK7000WUK7000WUK7000WUK7000系列直流电压参考标准：系列直流电压参考标准：系列直流电压参考标准：系列直流电压参考标准：10V10V10V10V输出的年稳定性可达输出的年稳定性可达输出的年稳定性可达输出的年稳定性可达0.5×100.5×100.5×100.5×10-6-6-6-6 ；；；；1V1V1V1V和和和和1.018V1.018V1.018V1.018V输出的年稳定性可达到输出的年稳定性可达到输出的年稳定性可达到输出的年稳定性可达到2×102×102×102×10-6-6-6-6，温度，温度，温度，温度系数为系数为系数为系数为0.05×100.05×100.05×100.05×10-6-6-6-6 第16页3. 3. 约瑟夫森量子电压基准约瑟夫森量子电压基准 u原理原理原理原理Ø基于约瑟夫森（基于约瑟夫森（基于约瑟夫森（基于约瑟夫森（JosephsonJosephson）效应的量子电压基准）效应的量子电压基准）效应的量子电压基准）效应的量子电压基准u约瑟夫森效应约瑟夫森效应约瑟夫森效应约瑟夫森效应Ø约瑟夫森隧道结：在两块相互隔开（约约瑟夫森隧道结：在两块相互隔开（约约瑟夫森隧道结：在两块相互隔开（约约瑟夫森隧道结：在两块相互隔开（约10101010埃的绝缘埃的绝缘埃的绝缘埃的绝缘层）的超导体之间，由于层）的超导体之间，由于层）的超导体之间，由于层）的超导体之间，由于量子隧道效应量子隧道效应量子隧道效应量子隧道效应，超导电流，超导电流，超导电流，超导电流（约（约（约（约mAmAmAmA量级）可以穿透该绝缘层，使两块超导体之量级）可以穿透该绝缘层，使两块超导体之量级）可以穿透该绝缘层，使两块超导体之量级）可以穿透该绝缘层，使两块超导体之间存在微弱耦合，这种超导体间存在微弱耦合，这种超导体间存在微弱耦合，这种超导体间存在微弱耦合，这种超导体- - - -绝缘体绝缘体绝缘体绝缘体- - - -超导体超导体超导体超导体（（（（SISSISSISSIS）结构称为约瑟夫森隧道结。

结构称为约瑟夫森隧道结结构称为约瑟夫森隧道结结构称为约瑟夫森隧道结Ø约瑟夫森效应：当在约瑟夫森结两边加上约瑟夫森效应：当在约瑟夫森结两边加上约瑟夫森效应：当在约瑟夫森结两边加上约瑟夫森效应：当在约瑟夫森结两边加上电压电压电压电压V V V V时，时，时，时，将得到穿透绝缘层的将得到穿透绝缘层的将得到穿透绝缘层的将得到穿透绝缘层的超导电流超导电流超导电流超导电流，这是一种交变电流，，这是一种交变电流，，这是一种交变电流，，这是一种交变电流，这种现象称为这种现象称为这种现象称为这种现象称为交流约瑟夫森效应交流约瑟夫森效应交流约瑟夫森效应交流约瑟夫森效应第17页u约瑟夫森电压基准约瑟夫森电压基准约瑟夫森电压基准约瑟夫森电压基准Ø根据约瑟夫森效应，根据约瑟夫森效应，根据约瑟夫森效应，根据约瑟夫森效应，通过时间（频率）单位得到通过时间（频率）单位得到通过时间（频率）单位得到通过时间（频率）单位得到量子化电压基准量子化电压基准量子化电压基准量子化电压基准 由稳定的频率（由稳定的频率（由稳定的频率（由稳定的频率（f f f f））））————〉确定电压〉确定电压〉确定电压〉确定电压V V V V。

量子化电压基准的准确度可接近量子化电压基准的准确度可接近量子化电压基准的准确度可接近量子化电压基准的准确度可接近时间（频率）准时间（频率）准时间（频率）准时间（频率）准确度Ø国际计量委员会的建议：国际计量委员会的建议：国际计量委员会的建议：国际计量委员会的建议： 从从从从1990199019901990年年年年1 1 1 1月月月月1 1 1 1日开始，在世界范围内同时启日开始，在世界范围内同时启日开始，在世界范围内同时启日开始，在世界范围内同时启用了约瑟夫森电压量子基准（用了约瑟夫森电压量子基准（用了约瑟夫森电压量子基准（用了约瑟夫森电压量子基准（JJAVSJJAVSJJAVSJJAVS，，，，10101010-10-10-10-10）第18页我国的约瑟夫森量子电压基准我国的约瑟夫森量子电压基准我国的约瑟夫森量子电压基准我国的约瑟夫森量子电压基准Ø由中国计量科学研究院由中国计量科学研究院由中国计量科学研究院由中国计量科学研究院(NIM)(NIM)(NIM)(NIM)量子部建立量子部建立量子部建立量子部建立Ø1993199319931993年底，年底，年底，年底，1V1V1V1V约瑟夫森结阵电压基准，测量不约瑟夫森结阵电压基准，测量不约瑟夫森结阵电压基准，测量不约瑟夫森结阵电压基准，测量不确定度达到确定度达到确定度达到确定度达到6×106×106×106×10-9-9-9-9 ；；；；Ø1999199919991999年底，年底，年底，年底，10V10V10V10V约瑟夫森结阵电压基准，合成约瑟夫森结阵电压基准，合成约瑟夫森结阵电压基准，合成约瑟夫森结阵电压基准，合成不确定度为不确定度为不确定度为不确定度为5.4×105.4×105.4×105.4×10-9-9-9-9(1σ) (1σ) (1σ) (1σ) 。

Ø应用：对标准电池、固态电压标准的量值传递，应用：对标准电池、固态电压标准的量值传递，应用：对标准电池、固态电压标准的量值传递，应用：对标准电池、固态电压标准的量值传递，高精度数字多用表等的计量检定，测量不确定高精度数字多用表等的计量检定，测量不确定高精度数字多用表等的计量检定，测量不确定高精度数字多用表等的计量检定，测量不确定度为度为度为度为1×101×101×101×10-8-8-8-8) ) ) )第19页5.2.2 5.2.2 交流电压标准交流电压标准u原理原理Ø由直流电压标准建立由直流电压标准建立由直流电压标准建立由直流电压标准建立因而，需经过交流因而，需经过交流因而，需经过交流因而，需经过交流- - - -直直直直流变换u测热电阻桥式高频电压标准测热电阻桥式高频电压标准Ø基本原理：基本原理：基本原理：基本原理：将高频电压通过一电阻（称为测热将高频电压通过一电阻（称为测热将高频电压通过一电阻（称为测热将高频电压通过一电阻（称为测热电阻，如热敏电阻），该电阻由于吸收高频电电阻，如热敏电阻），该电阻由于吸收高频电电阻，如热敏电阻），该电阻由于吸收高频电电阻，如热敏电阻），该电阻由于吸收高频电压功率，其阻值将发生变化，再将一压功率，其阻值将发生变化，再将一压功率，其阻值将发生变化，再将一压功率，其阻值将发生变化，再将一标准直流标准直流标准直流标准直流电压电压电压电压同样施加于该电阻，若引起的阻值变化相同样施加于该电阻，若引起的阻值变化相同样施加于该电阻，若引起的阻值变化相同样施加于该电阻，若引起的阻值变化相等，则等，则等，则等，则高频电压的有效值高频电压的有效值高频电压的有效值高频电压的有效值就等于该直流电压。

就等于该直流电压就等于该直流电压就等于该直流电压 第20页双测热电阻电桥的原理图双测热电阻电桥的原理图 如图：标准电阻如图：标准电阻( (如如R= R= 200Ω)200Ω)组成三个桥臂，两个完组成三个桥臂，两个完全相同的测热电阻全相同的测热电阻RTRT（如（如RT=100ΩRT=100Ω）组成一个桥臂组成一个桥臂测量过程测量过程 1. 1.电桥置于电桥置于“DC”“DC”（直流）调节直流电压源到调节直流电压源到V0V0，使电桥，使电桥平衡，则测热电阻平衡，则测热电阻2RT= R2RT= R 2. 2.置于置于“RF”“RF”（射频，即高（射频，即高频电压，设有效值为频电压，设有效值为VRFVRF） 此时，测热电阻上同时施加此时，测热电阻上同时施加有交流和直流功率，两测热电有交流和直流功率，两测热电阻阻RTRT对交流为并联，对直流为对交流为并联，对直流为串联 再次调节直流电压源到再次调节直流电压源到V1V1，使电桥平衡使电桥平衡由两次电桥平衡由两次电桥平衡的功率关系，有：的功率关系，有：高频电压高频电压 有效值为：有效值为：第21页对上述电路的要求对上述电路的要求对上述电路的要求对上述电路的要求1 1 1 1 两个测热电阻的一致性好两个测热电阻的一致性好两个测热电阻的一致性好两个测热电阻的一致性好( ( ( (阻值和温度特性相同阻值和温度特性相同阻值和温度特性相同阻值和温度特性相同) ) ) )；；；；2 2 2 2 检流计要非常灵敏检流计要非常灵敏检流计要非常灵敏检流计要非常灵敏( ( ( (特别是测量小的高频电压时特别是测量小的高频电压时特别是测量小的高频电压时特别是测量小的高频电压时) ) ) )；；；；3 3 3 3 隔直电容隔直电容隔直电容隔直电容C C C C应保证满足：应保证满足：应保证满足：应保证满足： ，使交流功率在电容，使交流功率在电容，使交流功率在电容，使交流功率在电容C C C C上的损耗可以忽略。

上的损耗可以忽略上的损耗可以忽略上的损耗可以忽略测热电阻电桥的缺点测热电阻电桥的缺点测热电阻电桥的缺点测热电阻电桥的缺点Ø测热电阻对环境温度敏感，操作较复杂；测热电阻对环境温度敏感，操作较复杂；测热电阻对环境温度敏感，操作较复杂；测热电阻对环境温度敏感，操作较复杂；Ø一般不能直接读数（需换算）一般不能直接读数（需换算）一般不能直接读数（需换算）一般不能直接读数（需换算）准确度：准确度：准确度：准确度：若直流电压标准准确度为若直流电压标准准确度为若直流电压标准准确度为若直流电压标准准确度为10101010-5-5-5-5，则得到的高频电，则得到的高频电，则得到的高频电，则得到的高频电压标准准确度可达压标准准确度可达压标准准确度可达压标准准确度可达10101010-3-3-3-3 应用：应用：应用：应用：对模拟电压表检定对模拟电压表检定对模拟电压表检定对模拟电压表检定第22页5 5．．3 3 交流电压的测量交流电压的测量 5 5 5 5．．．．3 3 3 3．．．．1 1 1 1 表征交流电压的基本参量表征交流电压的基本参量表征交流电压的基本参量表征交流电压的基本参量ØØ峰值、平均值、有效值、波峰因数和波形因数。

峰值、平均值、有效值、波峰因数和波形因数峰值、平均值、有效值、波峰因数和波形因数峰值、平均值、有效值、波峰因数和波形因数1 1 1 1 峰值峰值峰值峰值ØØ以零电平为参考的最大电压幅值（用以零电平为参考的最大电压幅值（用以零电平为参考的最大电压幅值（用以零电平为参考的最大电压幅值（用V V V Vp p p p表示表示表示表示 ）注：以直流分量为参考的最大电压幅值则称为振幅，注：以直流分量为参考的最大电压幅值则称为振幅，注：以直流分量为参考的最大电压幅值则称为振幅，注：以直流分量为参考的最大电压幅值则称为振幅，（通常用（通常用（通常用（通常用U U U Um m m m表示）第23页2 2 2 2 平均值（均值）平均值（均值）平均值（均值）平均值（均值）ØØ数学上定义为：数学上定义为：数学上定义为：数学上定义为： 相当于交流电压相当于交流电压相当于交流电压相当于交流电压u(t)u(t)u(t)u(t)的的的的直流分量直流分量直流分量直流分量ØØ交流电压测量中，平均值通常指经过全波或半波整流交流电压测量中，平均值通常指经过全波或半波整流交流电压测量中，平均值通常指经过全波或半波整流交流电压测量中，平均值通常指经过全波或半波整流后的波形（一般若无特指，均为全波整流）：后的波形（一般若无特指，均为全波整流）：后的波形（一般若无特指，均为全波整流）：后的波形（一般若无特指，均为全波整流）： ØØ对理想的正弦交流电压对理想的正弦交流电压对理想的正弦交流电压对理想的正弦交流电压u(t)=Vu(t)=Vu(t)=Vu(t)=Vp p p psin(ωt)sin(ωt)sin(ωt)sin(ωt)，若，若，若，若ω=2π/T ω=2π/T ω=2π/T ω=2π/T 第24页3 3 3 3 有效值有效值有效值有效值Ø定义：交流电压定义：交流电压定义：交流电压定义：交流电压u(t)u(t)u(t)u(t)在一个周期在一个周期在一个周期在一个周期T T T T内，通过某纯电内，通过某纯电内，通过某纯电内，通过某纯电阻负载阻负载阻负载阻负载R R R R所产生的热量，与一个直流电压所产生的热量，与一个直流电压所产生的热量，与一个直流电压所产生的热量，与一个直流电压V V V V在同一负在同一负在同一负在同一负载上产生的热量相等时，则该直流电压载上产生的热量相等时，则该直流电压载上产生的热量相等时，则该直流电压载上产生的热量相等时，则该直流电压V V V V的数值就的数值就的数值就的数值就表示了交流电压表示了交流电压表示了交流电压表示了交流电压u(t)u(t)u(t)u(t)的有效值。

的有效值的有效值的有效值Ø表达式：表达式：表达式：表达式：直流电压直流电压直流电压直流电压V V V V在在在在T T T T内电阻内电阻内电阻内电阻R R R R上产生的热量上产生的热量上产生的热量上产生的热量Q_=IQ_=IQ_=IQ_=I2 2 2 2RT= RT= RT= RT= 交流电压交流电压交流电压交流电压u(t) u(t) u(t) u(t) 在在在在T T T T内电阻内电阻内电阻内电阻R R R R上产生的热量上产生的热量上产生的热量上产生的热量Q~=Q~=Q~=Q~=由由由由Q_= Q~Q_= Q~Q_= Q~Q_= Q~得，有效值得，有效值得，有效值得，有效值第25页u有效值有效值有效值有效值Ø意义：有效值在数学上即为意义：有效值在数学上即为意义：有效值在数学上即为意义：有效值在数学上即为均方根值均方根值均方根值均方根值有效值反映了交流电压的功率，是表征交流电压的重反映了交流电压的功率，是表征交流电压的重反映了交流电压的功率，是表征交流电压的重反映了交流电压的功率，是表征交流电压的重要参量Ø对理想的正弦交流电压对理想的正弦交流电压对理想的正弦交流电压对理想的正弦交流电压u(t)=Vu(t)=Vu(t)=Vu(t)=Vp p p psin(ωt)sin(ωt)sin(ωt)sin(ωt)，若，若，若，若ω=2π/Tω=2π/Tω=2π/Tω=2π/T 第26页4 4 4 4 波峰因数和波形因数波峰因数和波形因数波峰因数和波形因数波峰因数和波形因数 波峰因数定义：峰值与有效值的比值，用波峰因数定义：峰值与有效值的比值，用波峰因数定义：峰值与有效值的比值，用波峰因数定义：峰值与有效值的比值，用K K K Kp p p p表示，表示，表示，表示，对理想的正弦交流电压对理想的正弦交流电压对理想的正弦交流电压对理想的正弦交流电压u(t)=Vu(t)=Vu(t)=Vu(t)=Vp p p psin(ωt)sin(ωt)sin(ωt)sin(ωt)，若，若，若，若ω=2π/Tω=2π/Tω=2π/Tω=2π/T波形因数定义：有效值与平均值的比值，用波形因数定义：有效值与平均值的比值，用波形因数定义：有效值与平均值的比值，用波形因数定义：有效值与平均值的比值，用K K K KF F F F表示，表示，表示，表示，对理想的正弦交流电压对理想的正弦交流电压对理想的正弦交流电压对理想的正弦交流电压u(t)=Vu(t)=Vu(t)=Vu(t)=Vp p p psin(ωt)sin(ωt)sin(ωt)sin(ωt)，若，若，若，若ω=2π/Tω=2π/Tω=2π/Tω=2π/T第27页常见波形的波峰因数和波形因数可查表常见波形的波峰因数和波形因数可查表常见波形的波峰因数和波形因数可查表常见波形的波峰因数和波形因数可查表(P188)(P188)(P188)(P188)得到：得到：得到：得到：如正弦波：如正弦波：如正弦波：如正弦波：K K K Kp p p p=1.41=1.41=1.41=1.41，，，，K K K KF F F F=1.11=1.11=1.11=1.11；；；； 方波：方波：方波：方波： K K K Kp p p p=1=1=1=1，，，， K K K KF F F F=1=1=1=1；；；； 三角波：三角波：三角波：三角波：K K K Kp p p p=1.73=1.73=1.73=1.73，，，，K K K KF F F F=1.15=1.15=1.15=1.15；；；； 锯齿波：锯齿波：锯齿波：锯齿波：K K K Kp p p p=1.73=1.73=1.73=1.73，，，，K K K KF F F F=1.15=1.15=1.15=1.15；；；； 脉冲波：脉冲波：脉冲波：脉冲波：K K K Kp p p p= = = = ，，，，K K K KF F F F= = = = ，，，， 为脉冲宽度，为脉冲宽度，为脉冲宽度，为脉冲宽度，T T T T为周期为周期为周期为周期 白噪声：白噪声：白噪声：白噪声：K K K Kp p p p=3=3=3=3（较大），（较大），（较大），（较大），K K K KF F F F=1.25=1.25=1.25=1.25。

第28页5 5．．3 3．．2 2 交流交流/ /直流转换器的响应特性及直流转换器的响应特性及误差分析误差分析 模拟电压表的交流电压测量原理：模拟电压表的交流电压测量原理：模拟电压表的交流电压测量原理：模拟电压表的交流电压测量原理： 交流电压交流电压交流电压交流电压--------〉直流电压（有效值、峰值和平均值）〉直流电压（有效值、峰值和平均值）〉直流电压（有效值、峰值和平均值）〉直流电压（有效值、峰值和平均值） -- -- -- --〉直流电流驱动表头〉直流电流驱动表头〉直流电流驱动表头〉直流电流驱动表头--------〉指示交流电压交流电压交流电压交流电压--------〉有效值、峰值和平均值的转换，称〉有效值、峰值和平均值的转换，称〉有效值、峰值和平均值的转换，称〉有效值、峰值和平均值的转换，称为为为为检波或检波或检波或检波或AC-DCAC-DCAC-DCAC-DC转换转换转换转换由不同的检波电路实现由不同的检波电路实现由不同的检波电路实现由不同的检波电路实现一、交流一、交流/ /直流电压（直流电压（AC-DCAC-DC）转换原理）转换原理第29页（（（（1 1 1 1）峰值检波原理）峰值检波原理）峰值检波原理）峰值检波原理 由二极管峰值检波电路完成。

有二极管串联和由二极管峰值检波电路完成有二极管串联和由二极管峰值检波电路完成有二极管串联和由二极管峰值检波电路完成有二极管串联和并联两种形式并联两种形式并联两种形式并联两种形式二极管峰值检波电路二极管峰值检波电路二极管峰值检波电路二极管峰值检波电路(a.(a.串联式串联式串联式串联式,b.,b.并联式并联式并联式并联式,c.,c.波形波形波形波形) )第30页二极管峰值检波电路工作原理二极管峰值检波电路工作原理二极管峰值检波电路工作原理二极管峰值检波电路工作原理 通过二极管通过二极管通过二极管通过二极管正向快速充电正向快速充电正向快速充电正向快速充电达到输入电压的峰值，达到输入电压的峰值，达到输入电压的峰值，达到输入电压的峰值，而二极管而二极管而二极管而二极管反向截止时反向截止时反向截止时反向截止时““““保持保持保持保持””””该峰值为此，要求：为此，要求：为此，要求：为此，要求： 即满足电容即满足电容C C上的快速充电和慢速放电的需求上的快速充电和慢速放电的需求 式中，式中，式中，式中，R R R Rs s s s和和和和r r r rd d d d分别为等效信号源分别为等效信号源分别为等效信号源分别为等效信号源u(t)u(t)u(t)u(t)的内阻和的内阻和的内阻和的内阻和二极管正向导通电阻，二极管正向导通电阻，二极管正向导通电阻，二极管正向导通电阻，C C C C为充电电容（并联式检波为充电电容（并联式检波为充电电容（并联式检波为充电电容（并联式检波电路中电路中电路中电路中C C C C还起到隔直流的作用），还起到隔直流的作用），还起到隔直流的作用），还起到隔直流的作用），R R R RL L L L为等效负载电为等效负载电为等效负载电为等效负载电阻，阻，阻，阻，T T T Tminminminmin和和和和T T T Tmaxmaxmaxmax为为为为u(t)u(t)u(t)u(t)的最小和最大周期。

的最小和最大周期的最小和最大周期的最小和最大周期 从波形图可以看出，峰值检波电路的输出存在从波形图可以看出，峰值检波电路的输出存在从波形图可以看出，峰值检波电路的输出存在从波形图可以看出，峰值检波电路的输出存在较小的波动，其较小的波动，其较小的波动，其较小的波动，其平均值略小于实际峰值平均值略小于实际峰值平均值略小于实际峰值平均值略小于实际峰值第31页(2)(2)(2)(2)平均值检波原理平均值检波原理平均值检波原理平均值检波原理 Ø由二极管桥式整流（全波整流和半波整流）电路完由二极管桥式整流（全波整流和半波整流）电路完由二极管桥式整流（全波整流和半波整流）电路完由二极管桥式整流（全波整流和半波整流）电路完成Ø如图，整流电路输出直流电流如图，整流电路输出直流电流如图，整流电路输出直流电流如图，整流电路输出直流电流I I I I0 0 0 0，其平均值与被测，其平均值与被测，其平均值与被测，其平均值与被测输入电压输入电压输入电压输入电压u(t)u(t)u(t)u(t)的平均值成正比（与的平均值成正比（与的平均值成正比（与的平均值成正比（与u(t)u(t)u(t)u(t)的波形无关）的波形无关）的波形无关）的波形无关）。

电容（电容（电容（电容C C C C用于滤除整流后的交流成分，避免指针摆动）用于滤除整流后的交流成分，避免指针摆动）用于滤除整流后的交流成分，避免指针摆动）用于滤除整流后的交流成分，避免指针摆动）第32页Ø以全波整流电路为例，以全波整流电路为例，以全波整流电路为例，以全波整流电路为例，I I I I0 0 0 0的平均值为的平均值为的平均值为的平均值为 式中，式中，式中，式中，T T T T为为为为u(t)u(t)u(t)u(t)的周期，的周期，的周期，的周期，r r r rd d d d和和和和r r r rm m m m分别为检波分别为检波分别为检波分别为检波二极管的正向导通电阻和电流表内阻，可视为二极管的正向导通电阻和电流表内阻，可视为二极管的正向导通电阻和电流表内阻，可视为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常数（它反映了检波器的灵敏度常数（它反映了检波器的灵敏度常数（它反映了检波器的灵敏度 ）Ø于是，于是，于是，于是，I I I I0 0 0 0的平均值的平均值的平均值的平均值 与与与与u(t)u(t)u(t)u(t)的平均值的平均值的平均值的平均值 成正比。

成正比 第33页(3) (3) 有效值检波原理有效值检波原理有效值检波原理有效值检波原理方法方法方法方法1 1 1 1：利用二极管平方律伏安特性检波：利用二极管平方律伏安特性检波：利用二极管平方律伏安特性检波：利用二极管平方律伏安特性检波 检波原理：检波原理：检波原理：检波原理： 根据根据根据根据 为得到有效值为得到有效值为得到有效值为得到有效值, , , ,首先需对首先需对首先需对首先需对u(t)u(t)u(t)u(t)平方小信号时二极管正向伏安特性曲线可近似为平小信号时二极管正向伏安特性曲线可近似为平小信号时二极管正向伏安特性曲线可近似为平小信号时二极管正向伏安特性曲线可近似为平方关系方关系方关系方关系缺点：精度低且动态范围小缺点：精度低且动态范围小缺点：精度低且动态范围小缺点：精度低且动态范围小 第34页方法方法2 2：：利用模拟运算的集成电路检波利用模拟运算的集成电路检波利用模拟运算的集成电路检波利用模拟运算的集成电路检波 ØØ原理图原理图原理图原理图ØØ通过多级运算器级连实现通过多级运算器级连实现通过多级运算器级连实现通过多级运算器级连实现模拟乘法器（平方）模拟乘法器（平方）模拟乘法器（平方）模拟乘法器（平方）————〉积分〉积分〉积分〉积分————〉开方〉开方〉开方〉开方————〉比例运算。

〉比例运算〉比例运算〉比例运算 ØØ单片集成单片集成单片集成单片集成TRMS/DCTRMS/DCTRMS/DCTRMS/DC电路，如电路，如电路，如电路，如AD536AKAD536AKAD536AKAD536AK等第35页方法方法3 3：：利用热电偶有效值检波利用热电偶有效值检波利用热电偶有效值检波利用热电偶有效值检波Ø热电效应：两种不同导体的两端相互连接在一起，热电效应：两种不同导体的两端相互连接在一起，热电效应：两种不同导体的两端相互连接在一起，热电效应：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，回路组成一个闭合回路，当两节点处温度不同时，回路组成一个闭合回路，当两节点处温度不同时，回路组成一个闭合回路，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，这一现象称为热中将产生电动势，从而形成电流，这一现象称为热中将产生电动势，从而形成电流，这一现象称为热中将产生电动势，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电效应，所产生的电动势称为电效应，所产生的电动势称为电效应，所产生的电动势称为热电动势热电动势热电动势热电动势Ø热电效应原理图热电效应原理图热电效应原理图热电效应原理图Ø当热端当热端当热端当热端T T T T和冷端和冷端和冷端和冷端T0T0T0T0存在温差时（即存在温差时（即存在温差时（即存在温差时（即T≠T0T≠T0T≠T0T≠T0），则存在），则存在），则存在），则存在热电动势，且热电动势，且热电动势，且热电动势，且热电动势的大小与温差热电动势的大小与温差热电动势的大小与温差热电动势的大小与温差ΔT=T-T0ΔT=T-T0成正成正成正成正比。

比第36页Ø热电偶：热电偶：热电偶：热电偶： 将两种不同金属进行特别封装并标定后，将两种不同金属进行特别封装并标定后，将两种不同金属进行特别封装并标定后，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）称为一对热电偶（简称热偶）称为一对热电偶（简称热偶）称为一对热电偶（简称热偶）Ø热电偶温度测量原理：热电偶温度测量原理：热电偶温度测量原理：热电偶温度测量原理： 若冷端温度为恒定的参考温度，则通过热若冷端温度为恒定的参考温度，则通过热若冷端温度为恒定的参考温度，则通过热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）的温度电动势就可得到热端（被测温度点）的温度电动势就可得到热端（被测温度点）的温度电动势就可得到热端（被测温度点）的温度Ø热电偶有效值检波原理：热电偶有效值检波原理：热电偶有效值检波原理：热电偶有效值检波原理： 若通过被测交流电压对热电偶的热端进行若通过被测交流电压对热电偶的热端进行若通过被测交流电压对热电偶的热端进行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，加热，则热电动势将反映该交流电压的有效值，加热，则热电动势将反映该交流电压的有效值，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。

如下图从而实现了有效值检波从而实现了有效值检波从而实现了有效值检波第37页 直流电流直流电流直流电流直流电流I I I I与被测电压与被测电压与被测电压与被测电压u(t)u(t)u(t)u(t)的有效值的有效值的有效值的有效值V V V V的关系：的关系：的关系：的关系： 电流电流电流电流I∝I∝I∝I∝热电动势热电动势热电动势热电动势∝∝∝∝热端与冷端的温差，而热端与冷端的温差，而热端与冷端的温差，而热端与冷端的温差，而 热端温度热端温度热端温度热端温度∝u(t)∝u(t)∝u(t)∝u(t)功率功率功率功率∝u(t)∝u(t)∝u(t)∝u(t)的有效值的有效值的有效值的有效值U U U U的平方，的平方，的平方，的平方， 故，故，故，故， I I和和和和U U的关系为非线性，不利于检波的关系为非线性，不利于检波的关系为非线性，不利于检波的关系为非线性，不利于检波热电偶有效值检波原理图热电偶有效值检波原理图2I Uµ第38页 表头刻度线性化处理：采用两对相同的热电偶，分别表头刻度线性化处理：采用两对相同的热电偶，分别表头刻度线性化处理：采用两对相同的热电偶，分别表头刻度线性化处理：采用两对相同的热电偶，分别称为称为称为称为测量热电偶和平衡热电偶测量热电偶和平衡热电偶测量热电偶和平衡热电偶测量热电偶和平衡热电偶，形成一个电压负反馈系统。

形成一个电压负反馈系统形成一个电压负反馈系统形成一个电压负反馈系统E E E Ex x x x=k=k=k=k1 1 1 1U U U U2 2 2 2 ；；；；E E E Ef f f f =k =k =k =k2 2 2 2U U U Uo o o o2 2 2 2 ；；；；假如两对热偶假如两对热偶假如两对热偶假如两对热偶具有相同特性，具有相同特性，具有相同特性，具有相同特性，即即即即k k k k1 1 1 1=k=k=k=k2 2 2 2=k =k =k =k ，，，，========〉〉〉〉则差放输入电压则差放输入电压则差放输入电压则差放输入电压V V V Vi i i i=E=E=E=Ex x x x-E-E-E-Ef f f f=k(U=k(U=k(U=k(U2 2 2 2-U-U-U-Uo o o o2 2 2 2) ) ) )放大器增益足够大放大器增益足够大放大器增益足够大放大器增益足够大则有则有则有则有V V V Vi i i i=0,==0,==0,==0,=〉〉〉〉U U U Uo o o o=U =U =U =U 即输出电压等于即输出电压等于u(t)u(t)有效值有效值U U，从而实现了有效值电压表，从而实现了有效值电压表的线性化刻度，有效值电压表的读数为被测电压的有效值。

的线性化刻度，有效值电压表的读数为被测电压的有效值U0第39页 有效值电压表的特点有效值电压表的特点有效值电压表的特点有效值电压表的特点1 1 1 1 理论上不存在波形误差，因此也称真有效值电压表理论上不存在波形误差，因此也称真有效值电压表理论上不存在波形误差，因此也称真有效值电压表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）读数与波形无关）读数与波形无关）读数与波形无关） 对非正弦波，可视为由基波和各次谐波构成，对非正弦波，可视为由基波和各次谐波构成，对非正弦波，可视为由基波和各次谐波构成，对非正弦波，可视为由基波和各次谐波构成，若其有效值分别为若其有效值分别为若其有效值分别为若其有效值分别为V V V V1 1 1 1,V,V,V,V2 2 2 2,V,V,V,V3 3 3 3、、、、……………………，则读数，则读数，则读数，则读数2 2 2 2 但实际有效值电压表，下面两种情况使读数偏小：但实际有效值电压表，下面两种情况使读数偏小：但实际有效值电压表，下面两种情况使读数偏小：但实际有效值电压表，下面两种情况使读数偏小：对于波峰因数较大的交流电压波形，由于电路饱和对于波峰因数较大的交流电压波形，由于电路饱和对于波峰因数较大的交流电压波形，由于电路饱和对于波峰因数较大的交流电压波形，由于电路饱和使电压表可能出现使电压表可能出现使电压表可能出现使电压表可能出现““““削波削波削波削波”””” ；高于电压表；高于电压表；高于电压表；高于电压表有效带有效带有效带有效带宽宽宽宽的波形分量将被抑制。

它们都将损失有效值分量的波形分量将被抑制它们都将损失有效值分量的波形分量将被抑制它们都将损失有效值分量的波形分量将被抑制它们都将损失有效值分量3 3 3 3 缺点：受环境温度影响较大，结构复杂，价格较贵缺点：受环境温度影响较大，结构复杂，价格较贵缺点：受环境温度影响较大，结构复杂，价格较贵缺点：受环境温度影响较大，结构复杂，价格较贵 * * *实际应用中，常采用峰值或均值电压表测有效值实际应用中，常采用峰值或均值电压表测有效值实际应用中，常采用峰值或均值电压表测有效值实际应用中，常采用峰值或均值电压表测有效值第40页二、峰值电压表原理、刻度特性和误差分析二、峰值电压表原理、刻度特性和误差分析 u原理原理原理原理ØØ峰值响应，即：峰值响应，即：峰值响应，即：峰值响应，即：u(t)u(t)峰值检波峰值检波峰值检波峰值检波放大放大放大放大驱动表头驱动表头驱动表头驱动表头u刻度特性刻度特性刻度特性刻度特性ØØ表头刻度按（纯）表头刻度按（纯）表头刻度按（纯）表头刻度按（纯）正弦波有效值刻度正弦波有效值刻度正弦波有效值刻度正弦波有效值刻度因此：当输入当输入当输入当输入u(t)u(t)为正弦波时，为正弦波时，为正弦波时，为正弦波时，读数读数读数读数αααα即为即为即为即为u(t)u(t)的有效值的有效值的有效值的有效值V V V V（而（而（而（而不是该纯正弦波的峰值不是该纯正弦波的峰值不是该纯正弦波的峰值不是该纯正弦波的峰值V V V Vp p p p）。

对于非正弦波的任意波形，读数对于非正弦波的任意波形，读数对于非正弦波的任意波形，读数对于非正弦波的任意波形，读数αααα没有直接意义（既没有直接意义（既没有直接意义（既没有直接意义（既不等于其峰值不等于其峰值不等于其峰值不等于其峰值V V V Vp p p p也不等于其有效值也不等于其有效值也不等于其有效值也不等于其有效值V V V V）但可由读数）但可由读数）但可由读数）但可由读数αααα换算出峰值和有效值换算出峰值和有效值换算出峰值和有效值换算出峰值和有效值第41页u刻度特性刻度特性刻度特性刻度特性ØØ由读数由读数由读数由读数αααα换算出峰值和有效值的换算步骤如下：换算出峰值和有效值的换算步骤如下：换算出峰值和有效值的换算步骤如下：换算出峰值和有效值的换算步骤如下： üü第一步，把读数第一步，把读数第一步，把读数第一步，把读数αααα想象为有效值等于想象为有效值等于想象为有效值等于想象为有效值等于αααα的纯正弦波的纯正弦波的纯正弦波的纯正弦波输入时的读数，即输入时的读数，即输入时的读数，即输入时的读数，即üü第二步，将第二步，将第二步，将第二步，将V V V V~ ~ ~ ~转换为该纯正弦波的峰值转换为该纯正弦波的峰值转换为该纯正弦波的峰值转换为该纯正弦波的峰值üü第三步，假设峰值等于第三步，假设峰值等于第三步，假设峰值等于第三步，假设峰值等于V V V Vp~p~p~p~的被测波形（任意波）输的被测波形（任意波）输的被测波形（任意波）输的被测波形（任意波）输入入入入 ，即，即，即，即注：注：注：注：““““对于峰值电压表，（任意波形的）峰值相等，对于峰值电压表，（任意波形的）峰值相等，对于峰值电压表，（任意波形的）峰值相等，对于峰值电压表，（任意波形的）峰值相等，则读数相等则读数相等则读数相等则读数相等” ” ” ” 。

üü第四步，由第四步，由第四步，由第四步，由 ，再根据该波形的波峰因数（查表可，再根据该波形的波峰因数（查表可，再根据该波形的波峰因数（查表可，再根据该波形的波峰因数（查表可得），其有效值得），其有效值得），其有效值得），其有效值~Va=~V第42页Ø上述过程可统一推导如下：上述过程可统一推导如下：上述过程可统一推导如下：上述过程可统一推导如下：Ø该式表明：该式表明：该式表明：该式表明：对任意波形，欲从读数对任意波形，欲从读数对任意波形，欲从读数对任意波形，欲从读数αααα得到有效得到有效得到有效得到有效值，需将值，需将值，需将值，需将αααα乘以因子乘以因子乘以因子乘以因子k k k k若式中的任意波为若式中的任意波为若式中的任意波为若式中的任意波为正弦波，则正弦波，则正弦波，则正弦波，则k=1k=1k=1k=1，读数，读数，读数，读数αααα即为正弦波的有效值）即为正弦波的有效值）即为正弦波的有效值）即为正弦波的有效值）第43页u刻度特性刻度特性刻度特性刻度特性Ø综上所述，对于任意波形而言，峰值电压表的综上所述，对于任意波形而言，峰值电压表的综上所述，对于任意波形而言，峰值电压表的综上所述，对于任意波形而言，峰值电压表的读数读数读数读数αααα没有直接意义，由读数没有直接意义，由读数没有直接意义，由读数没有直接意义，由读数αααα到峰值和有效到峰值和有效到峰值和有效到峰值和有效值需进行换算，换算关系归纳如下：值需进行换算，换算关系归纳如下：值需进行换算，换算关系归纳如下：值需进行换算，换算关系归纳如下：式中，式中，式中，式中，αααα为峰值电压表读数，为峰值电压表读数，为峰值电压表读数，为峰值电压表读数，KpKp为波峰因数。

为波峰因数为波峰因数为波峰因数 Ø波形误差若将读数波形误差若将读数波形误差若将读数波形误差若将读数αααα直接作为有效值，产生直接作为有效值，产生直接作为有效值，产生直接作为有效值，产生的误差：的误差：的误差：的误差：第44页三、平均值电压表原理、刻度特性和误差分析三、平均值电压表原理、刻度特性和误差分析 u原理原理原理原理ØØ均值响应，即：均值响应，即：均值响应，即：均值响应，即：u(t) u(t) 放大放大放大放大均值检波均值检波均值检波均值检波驱动表头驱动表头驱动表头驱动表头u刻度特性刻度特性刻度特性刻度特性ØØ表头刻度按（纯）表头刻度按（纯）表头刻度按（纯）表头刻度按（纯）正弦波有效值刻度正弦波有效值刻度正弦波有效值刻度正弦波有效值刻度因此：当输入当输入当输入当输入u(t)u(t)为正弦波时，为正弦波时，为正弦波时，为正弦波时，读数读数读数读数αααα即为即为即为即为u(t)u(t)的有效值的有效值的有效值的有效值V V V V（而（而（而（而不是该纯正弦波的均值不是该纯正弦波的均值不是该纯正弦波的均值不是该纯正弦波的均值）对于非正弦波的任意波形，读数对于非正弦波的任意波形，读数对于非正弦波的任意波形，读数对于非正弦波的任意波形，读数αααα没有直接意义（既没有直接意义（既没有直接意义（既没有直接意义（既不等于其均值也不等于其有效值不等于其均值也不等于其有效值不等于其均值也不等于其有效值不等于其均值也不等于其有效值V V V V）。

但可由读数）但可由读数）但可由读数）但可由读数αααα换换换换算出均值和有效值算出均值和有效值算出均值和有效值算出均值和有效值第45页 ØØ由读数由读数由读数由读数αααα换算出均值和有效值的换算步骤如下：换算出均值和有效值的换算步骤如下：换算出均值和有效值的换算步骤如下：换算出均值和有效值的换算步骤如下： üü第一步，把读数第一步，把读数第一步，把读数第一步，把读数αααα想象为有效值等于想象为有效值等于想象为有效值等于想象为有效值等于αααα的纯正弦波的纯正弦波的纯正弦波的纯正弦波输入时的读数，即输入时的读数，即输入时的读数，即输入时的读数，即üü第二步，由第二步，由第二步，由第二步，由 计算该纯正弦波均值计算该纯正弦波均值计算该纯正弦波均值计算该纯正弦波均值üü第三步，假设均值等于第三步，假设均值等于第三步，假设均值等于第三步，假设均值等于 的被测波形（任意波）输的被测波形（任意波）输的被测波形（任意波）输的被测波形（任意波）输入入入入 ，即，即，即，即注：注：注：注：““““对于均值电压表，（任意波形的）均值相等，对于均值电压表，（任意波形的）均值相等，对于均值电压表，（任意波形的）均值相等，对于均值电压表，（任意波形的）均值相等，则读数相等则读数相等则读数相等则读数相等”””” 。

üü第四步，由第四步，由第四步，由第四步，由 ，再根据该波形的波形因数（查表可，再根据该波形的波形因数（查表可，再根据该波形的波形因数（查表可，再根据该波形的波形因数（查表可得），其有效值得），其有效值得），其有效值得），其有效值第46页Ø上述过程可统一推导如下：上述过程可统一推导如下：上述过程可统一推导如下：上述过程可统一推导如下：Ø上式表明，对任意波形，欲从均值电压表读数上式表明，对任意波形，欲从均值电压表读数上式表明，对任意波形，欲从均值电压表读数上式表明，对任意波形，欲从均值电压表读数αααα得到有效值，需将得到有效值，需将得到有效值，需将得到有效值，需将αααα乘以因子乘以因子乘以因子乘以因子k k k k若式中的任意波为正弦波，则的任意波为正弦波，则的任意波为正弦波，则的任意波为正弦波，则k=1k=1k=1k=1，读数，读数，读数，读数αααα即为正弦即为正弦即为正弦即为正弦波的有效值）波的有效值）波的有效值）波的有效值） 第47页Ø综上所述，对于任意波形而言，均值电压表的综上所述，对于任意波形而言，均值电压表的综上所述，对于任意波形而言，均值电压表的综上所述，对于任意波形而言，均值电压表的读数读数读数读数αααα没有直接意义，由读数没有直接意义，由读数没有直接意义，由读数没有直接意义，由读数αααα到峰值和有效到峰值和有效到峰值和有效到峰值和有效值需进行换算，换算关系归纳如下：值需进行换算，换算关系归纳如下：值需进行换算，换算关系归纳如下：值需进行换算，换算关系归纳如下：式中，式中，式中，式中，αααα为均值电压表读数，为均值电压表读数，为均值电压表读数，为均值电压表读数，K K K KF F F F为波形因数。

为波形因数为波形因数为波形因数Ø波形误差若将读数波形误差若将读数波形误差若将读数波形误差若将读数αααα直接作为有效值，产生直接作为有效值，产生直接作为有效值，产生直接作为有效值，产生的误差的误差的误差的误差第48页4 4）实例分析）实例分析 [ [ [ [例例例例1] 1] 1] 1] 用用用用具具具具有有有有正正正正弦弦弦弦有有有有效效效效值值值值刻刻刻刻度度度度的的的的峰峰峰峰值值值值电电电电压压压压表表表表测测测测量量量量一一一一个个个个方方方方波波波波电电电电压压压压，，，，读读读读数数数数为为为为1.0V1.0V1.0V1.0V，，，，问问问问如如如如何何何何从从从从该该该该读读读读数数数数得得得得到到到到方方方方波波波波电电电电压压压压的的的的有效值？有效值？有效值？有效值？[ [ [ [解解解解] ] ] ] 根据上述峰值电压表的刻度特性，由读数根据上述峰值电压表的刻度特性，由读数根据上述峰值电压表的刻度特性，由读数根据上述峰值电压表的刻度特性，由读数α=1.0Vα=1.0Vα=1.0Vα=1.0V，，，，第一步第一步第一步第一步, , , ,假设电压表有一正弦波输入假设电压表有一正弦波输入假设电压表有一正弦波输入假设电压表有一正弦波输入, , , ,其有效值其有效值其有效值其有效值=1.0V=1.0V=1.0V=1.0V；；；；第二步第二步第二步第二步, , , ,该正弦波的峰值该正弦波的峰值该正弦波的峰值该正弦波的峰值=1.4V=1.4V=1.4V=1.4V；；；；第三步第三步第三步第三步, , , ,将方波电压引入电压表输入将方波电压引入电压表输入将方波电压引入电压表输入将方波电压引入电压表输入, , , ,其峰值其峰值其峰值其峰值V V V Vp p p p=1.4V=1.4V=1.4V=1.4V；；；；第第第第四四四四步步步步，，，，查查查查表表表表可可可可知知知知，，，，方方方方波波波波的的的的波波波波峰峰峰峰因因因因数数数数K K K Kp p p p=1=1=1=1，，，，则则则则该该该该方方方方波波波波的有效值为：的有效值为：的有效值为：的有效值为： V=VV=VV=VV=Vp p p p/K/K/K/Kp p p p=1.4V=1.4V=1.4V=1.4V。

波形误差为：波形误差为：波形误差为：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) ) ) )第49页[ [例例例例2] 2] 用用用用具具具具有有有有正正正正弦弦弦弦有有有有效效效效值值值值刻刻刻刻度度度度的的的的均均均均值值值值电电电电压压压压表表表表测测测测量量量量一一一一个个个个方方方方波波波波电电电电压压压压，，，，读数为读数为读数为读数为1.0V1.0V，问该方波电压的有效值为多少？，问该方波电压的有效值为多少？，问该方波电压的有效值为多少？，问该方波电压的有效值为多少？[ [ [ [解解解解] ] ] ] 根据上述均值电压表的刻度特性，由读数根据上述均值电压表的刻度特性，由读数根据上述均值电压表的刻度特性，由读数根据上述均值电压表的刻度特性，由读数α=1.0Vα=1.0Vα=1.0Vα=1.0V，，，，第一步，假设电压表有一正弦波输入，第一步，假设电压表有一正弦波输入，第一步，假设电压表有一正弦波输入，第一步，假设电压表有一正弦波输入，其有效值其有效值其有效值其有效值 =1.0V =1.0V =1.0V =1.0V；；；；第二步，该正弦波的均值第二步，该正弦波的均值第二步，该正弦波的均值第二步，该正弦波的均值 =0.9α=0.9V =0.9α=0.9V =0.9α=0.9V =0.9α=0.9V；；；；第三步，将方波电压引入电压表输入，第三步，将方波电压引入电压表输入，第三步，将方波电压引入电压表输入，第三步，将方波电压引入电压表输入，其均值其均值其均值其均值 0.9V 0.9V 0.9V 0.9V；；；；第第第第四四四四步步步步，，，，查查查查表表表表可可可可知知知知，，，，方方方方波波波波的的的的波波波波形形形形因因因因数数数数 =1=1=1=1，，，，则则则则该该该该方方方方波波波波的的的的有有有有效值为效值为效值为效值为: : : : 0.9V 0.9V 0.9V 0.9V。

波形误差为波形误差为波形误差为波形误差为第50页5 5．．3 3．．3 3 模拟式交流电压表模拟式交流电压表u模拟电压表组成方案模拟电压表组成方案模拟电压表组成方案模拟电压表组成方案 检波器检波器检波器检波器是实现交流电压测量（是实现交流电压测量（是实现交流电压测量（是实现交流电压测量（AC-DCAC-DCAC-DCAC-DC变换）变换）变换）变换）的核心部件，同时，为了测量小信号电压，的核心部件，同时，为了测量小信号电压，的核心部件，同时，为了测量小信号电压，的核心部件，同时，为了测量小信号电压，放放放放大器大器大器大器也是电压表中不可缺少的部件也是电压表中不可缺少的部件也是电压表中不可缺少的部件也是电压表中不可缺少的部件 组成方案有两种类型：组成方案有两种类型：组成方案有两种类型：组成方案有两种类型：一种是先检波后放大，称为一种是先检波后放大，称为一种是先检波后放大，称为一种是先检波后放大，称为检波检波检波检波- - - -放大式放大式放大式放大式；；；；一种是先放大后检波，称为一种是先放大后检波，称为一种是先放大后检波，称为一种是先放大后检波，称为放大放大放大放大- - - -检波式检波式检波式检波式。

模拟电压表的两个重要指标：模拟电压表的两个重要指标：模拟电压表的两个重要指标：模拟电压表的两个重要指标：带宽和灵敏带宽和灵敏带宽和灵敏带宽和灵敏度度度度( ( ( (分辨力分辨力分辨力分辨力) ) ) )第51页1 1）检波）检波- -放大式电压表放大式电压表Øa. a. 组成框图组成框图组成框图组成框图; b.; b.提高灵敏度措施提高灵敏度措施提高灵敏度措施提高灵敏度措施Ø检波器决定电压表的频率范围、输入阻抗和分辨检波器决定电压表的频率范围、输入阻抗和分辨检波器决定电压表的频率范围、输入阻抗和分辨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峰值电压表常用这种类型常用这种类型常用这种类型常用这种类型 第52页一一一一 检波器检波器检波器检波器 为提高频率范围，为提高频率范围，为提高频率范围，为提高频率范围，采用超高频二极管检波采用超高频二极管检波，，，，其频率范围可从其频率范围可从其频率范围可从其频率范围可从直流到几百兆赫直流到几百兆赫，并具有较高，并具有较高，并具有较高，并具有较高的输入阻抗。

的输入阻抗的输入阻抗的输入阻抗 检波二极管的检波二极管的检波二极管的检波二极管的正向压降正向压降正向压降正向压降限制了其测量小信号限制了其测量小信号限制了其测量小信号限制了其测量小信号电压的能力（即灵敏度限制）电压的能力（即灵敏度限制）电压的能力（即灵敏度限制）电压的能力（即灵敏度限制）, , , ,同时，检波二极同时，检波二极同时，检波二极同时，检波二极管的管的管的管的反向击穿电压反向击穿电压反向击穿电压反向击穿电压对电压测量的上限有所限制对电压测量的上限有所限制对电压测量的上限有所限制对电压测量的上限有所限制 为减小高频信号在传输过程中的损失，通常为减小高频信号在传输过程中的损失，通常为减小高频信号在传输过程中的损失，通常为减小高频信号在传输过程中的损失，通常将峰值将峰值将峰值将峰值检波器直接设计在探头中检波器直接设计在探头中二二二二 放大器放大器放大器放大器 采用桥式直流放大器，它具有较高的增益采用桥式直流放大器，它具有较高的增益。

采用桥式直流放大器，它具有较高的增益采用桥式直流放大器，它具有较高的增益直流放大器的零点漂移也将影响电压表的灵敏直流放大器的零点漂移也将影响电压表的灵敏直流放大器的零点漂移也将影响电压表的灵敏直流放大器的零点漂移也将影响电压表的灵敏度第53页三三三三 主要指标：主要指标：主要指标：主要指标： 检波检波检波检波- - - -放大式电压表常称为放大式电压表常称为放大式电压表常称为放大式电压表常称为““高频毫伏高频毫伏表表””或或““超高频毫伏表超高频毫伏表”” 如国产DA36DA36DA36DA36型型型型超高频毫伏表，频率范围为超高频毫伏表，频率范围为超高频毫伏表，频率范围为超高频毫伏表，频率范围为10kHz10kHz10kHz10kHz～～～～1000MHz1000MHz1000MHz1000MHz，电压范围（不加分压器），电压范围（不加分压器），电压范围（不加分压器），电压范围（不加分压器）1mV1mV1mV1mV～～～～10V10V10V10V 国产国产国产国产HFJ-8HFJ-8HFJ-8HFJ-8型高频毫伏表型高频毫伏表型高频毫伏表型高频毫伏表（调制式），（调制式），最低量程为最低量程为最低量程为最低量程为3mV3mV3mV3mV，最高工作频率，最高工作频率，最高工作频率，最高工作频率300MHz300MHz300MHz300MHz。

第54页2 2）放大）放大- -检波式电压表检波式电压表 组成框图组成框图组成框图组成框图 特点：先放大再检波，因此灵敏度很高均值电压特点：先放大再检波，因此灵敏度很高均值电压特点：先放大再检波，因此灵敏度很高均值电压特点：先放大再检波，因此灵敏度很高均值电压表常用这种方式表常用这种方式表常用这种方式表常用这种方式放大器：为宽带交流放大器，决定了电压表的频率放大器：为宽带交流放大器，决定了电压表的频率放大器：为宽带交流放大器，决定了电压表的频率放大器：为宽带交流放大器，决定了电压表的频率范围一般上限为范围一般上限为范围一般上限为范围一般上限为10MHz10MHz10MHz10MHz常称为““““宽频毫伏表宽频毫伏表宽频毫伏表宽频毫伏表””””或或或或““““视频毫伏表视频毫伏表视频毫伏表视频毫伏表” ” ” ” 这种电压表具有较高灵这种电压表具有较高灵这种电压表具有较高灵这种电压表具有较高灵敏度，但仍受宽带交流放大器内部噪声限制敏度，但仍受宽带交流放大器内部噪声限制敏度，但仍受宽带交流放大器内部噪声限制敏度，但仍受宽带交流放大器内部噪声限制第55页3 3）分贝测量及宽频电平表）分贝测量及宽频电平表 分贝分贝分贝分贝声学中，分贝是表示音量强弱的一个单位。

声学中，分贝是表示音量强弱的一个单位声学中，分贝是表示音量强弱的一个单位声学中，分贝是表示音量强弱的一个单位通信系统中，也常用分贝表示电平或功率通信系统中，也常用分贝表示电平或功率通信系统中，也常用分贝表示电平或功率通信系统中，也常用分贝表示电平或功率当用分贝表示功率时，定义为：当用分贝表示功率时，定义为：当用分贝表示功率时，定义为：当用分贝表示功率时，定义为：当用分贝表示电压时，当用分贝表示电压时，当用分贝表示电压时，当用分贝表示电压时，由功率与电压的关系：由功率与电压的关系：由功率与电压的关系：由功率与电压的关系： 和和和和当当当当R R R R1 1 1 1=R=R=R=R2 2 2 2时，有时，有时，有时，有第56页 对上式，分贝是一个用对数表示的相对量值对上式，分贝是一个用对数表示的相对量值对上式，分贝是一个用对数表示的相对量值对上式，分贝是一个用对数表示的相对量值（记作（记作（记作（记作dBdBdBdB），如果相对于一个确定的参考基准量，），如果相对于一个确定的参考基准量，），如果相对于一个确定的参考基准量，），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此时的分贝值则表示了一个此时的分贝值则表示了一个此时的分贝值则表示了一个绝对电平绝对电平绝对电平绝对电平。

若若若若P2= P0P2= P0P2= P0P2= P0（基准量），并取（基准量），并取（基准量），并取（基准量），并取P0=1mWP0=1mWP0=1mWP0=1mW；；；；P1=P1=P1=P1=被测功被测功被测功被测功率，用率，用率，用率，用PxPxPxPx表示，其分贝值用表示，其分贝值用表示，其分贝值用表示，其分贝值用dBmdBmdBmdBm表示（下标表示（下标表示（下标表示（下标m m m m指示以指示以指示以指示以mWmWmWmW为单位表示被测功率绝对值）为单位表示被测功率绝对值）为单位表示被测功率绝对值）为单位表示被测功率绝对值） 则功率电平：则功率电平：则功率电平：则功率电平： 显然，当显然，当显然，当显然，当P P P Px x x x=P=P=P=P0 0 0 0=1mW=1mW=1mW=1mW为为为为0dB0dB0dB0dBm m m m时，若时，若时，若时，若P P P Px x x x>1mW>1mW>1mW>1mW，分贝值，分贝值，分贝值，分贝值为正，若为正，若为正，若为正，若P P P Px x x x<1mW<1mW<1mW<1mW，分贝值为负。

分贝值为负分贝值为负分贝值为负第57页 对于电压电平：以对于电压电平：以对于电压电平：以对于电压电平：以600Ω600Ω600Ω600Ω电阻上吸收电阻上吸收电阻上吸收电阻上吸收P P P P0 0 0 0=1mW=1mW=1mW=1mW的基的基的基的基准功率时电压的有效值为参考基准量准功率时电压的有效值为参考基准量准功率时电压的有效值为参考基准量准功率时电压的有效值为参考基准量V V V V0 0 0 0 由于由于由于由于 因此，取基准量因此，取基准量因此，取基准量因此，取基准量V V V V0 0 0 0=0.775V=0.775V=0.775V=0.775V，其分贝值用，其分贝值用，其分贝值用，其分贝值用dBdBdBdB或或或或dBdBdBdBV V V V表示（下标表示（下标表示（下标表示（下标V V V V指示以指示以指示以指示以V V V V为单位表示被测电压绝对值）为单位表示被测电压绝对值）为单位表示被测电压绝对值）。

为单位表示被测电压绝对值） 对于任意被测电压对于任意被测电压对于任意被测电压对于任意被测电压V V V Vx x x x，其电压电平定义为，其电压电平定义为，其电压电平定义为，其电压电平定义为 和和和和Vx(v)∽PvVx(v)∽PvVx(v)∽PvVx(v)∽Pv（（（（dBvdBvdBvdBv）之间可换算）之间可换算）之间可换算）之间可换算或查表第58页宽频电平表宽频电平表宽频电平表宽频电平表 具有分贝读数的电压表称为具有分贝读数的电压表称为具有分贝读数的电压表称为具有分贝读数的电压表称为““““宽频电平表宽频电平表宽频电平表宽频电平表” ” ” ” 在均值电压表（放大在均值电压表（放大在均值电压表（放大在均值电压表（放大- - - -检波式）基础上设检波式）基础上设检波式）基础上设检波式）基础上设计的组成框图：组成框图：组成框图：组成框图：第59页 输入衰减器上用输入衰减器上用输入衰减器上用输入衰减器上用dBdBdBdB表示表示表示表示““““输入电平输入电平输入电平输入电平””””选择，衰减步选择，衰减步选择，衰减步选择，衰减步进为进为进为进为10dB10dB10dB10dB，相当于衰减，相当于衰减，相当于衰减，相当于衰减 倍倍倍倍, , , ,（（（（ ）。

输入衰减器可用标准电平振荡器校准输入衰减器可用标准电平振荡器校准输入衰减器可用标准电平振荡器校准输入衰减器可用标准电平振荡器校准 可根据测量时的阻抗匹配原则选择可根据测量时的阻抗匹配原则选择可根据测量时的阻抗匹配原则选择可根据测量时的阻抗匹配原则选择““““输入阻抗输入阻抗输入阻抗输入阻抗””””（一般有（一般有（一般有（一般有75Ω/150Ω/600Ω/75Ω/150Ω/600Ω/75Ω/150Ω/600Ω/75Ω/150Ω/600Ω/高阻共高阻共高阻共高阻共4 4 4 4档） 宽带放大器上还有宽带放大器上还有宽带放大器上还有宽带放大器上还有““““电平校准电平校准电平校准电平校准””””旋钮，用于调节放旋钮，用于调节放旋钮，用于调节放旋钮，用于调节放大器增益大器增益大器增益大器增益 表头刻度为表头刻度为表头刻度为表头刻度为dBdBdBdB，可以是，可以是，可以是，可以是dBdBdBdBV V V V（测量电压电平）或（测量电压电平）或（测量电压电平）或（测量电压电平）或dBdBdBdBm m m m（测量功率电平）两者之一，也可以是两者兼容。

测量功率电平）两者之一，也可以是两者兼容测量功率电平）两者之一，也可以是两者兼容测量功率电平）两者之一，也可以是两者兼容第60页宽频电平表刻度特性及宽频电平表刻度特性及宽频电平表刻度特性及宽频电平表刻度特性及dBdBdBdB值的读出值的读出值的读出值的读出: : : : 电压电平测量：电压电平测量：电压电平测量：电压电平测量：表头标定时选择输入阻抗表头标定时选择输入阻抗表头标定时选择输入阻抗表头标定时选择输入阻抗600Ω600Ω600Ω600Ω，，，，则对应的则对应的则对应的则对应的0dB0dB0dB0dB电压为电压为电压为电压为0.775V0.775V0.775V0.775V（有效值）通常（有效值）通常（有效值）通常（有效值）通常0dB0dB0dB0dB约在约在约在约在表头指针满刻度的表头指针满刻度的表头指针满刻度的表头指针满刻度的2/32/32/32/3左右，左右，左右，左右，0dB0dB0dB0dB的左边为的左边为的左边为的左边为- - - -dBdBdBdB（（（（<0.775V<0.775V<0.775V<0.775V））））, 0dB, 0dB, 0dB, 0dB的右边为的右边为的右边为的右边为+dB+dB+dB+dB（（（（>0.775V>0.775V>0.775V>0.775V）。

表头读数只能表示输入无衰减且交流放大器增益为表头读数只能表示输入无衰减且交流放大器增益为表头读数只能表示输入无衰减且交流放大器增益为表头读数只能表示输入无衰减且交流放大器增益为1 1 1 1时被测电压的分贝值时被测电压的分贝值时被测电压的分贝值时被测电压的分贝值 当引入衰减和放大后，被测电压的当引入衰减和放大后，被测电压的当引入衰减和放大后，被测电压的当引入衰减和放大后，被测电压的dBdBdBdB值应为：值应为：值应为：值应为：衰减器读数＋表头读数衰减器读数＋表头读数衰减器读数＋表头读数衰减器读数＋表头读数第61页 功率电平的测量：实际上是对阻抗两端电压功率电平的测量：实际上是对阻抗两端电压功率电平的测量：实际上是对阻抗两端电压功率电平的测量：实际上是对阻抗两端电压电平的测量电平的测量电平的测量电平的测量 “ “ “ “零刻度基准阻抗零刻度基准阻抗零刻度基准阻抗零刻度基准阻抗” ” ” ” ：与：与：与：与1mW1mW1mW1mW基准功率对基准功率对基准功率对基准功率对应的阻抗应的阻抗应的阻抗应的阻抗Z Z Z Z0 0 0 0 ，取为，取为，取为，取为600Ω600Ω600Ω600Ω。

此时表头的此时表头的此时表头的此时表头的功率电功率电功率电功率电平刻度与电压电平刻度一致平刻度与电压电平刻度一致平刻度与电压电平刻度一致平刻度与电压电平刻度一致（实际表头的功率（实际表头的功率（实际表头的功率（实际表头的功率电平刻度就是按电平刻度就是按电平刻度就是按电平刻度就是按600Ω“600Ω“600Ω“600Ω“零刻度基准阻抗零刻度基准阻抗零刻度基准阻抗零刻度基准阻抗””””定定定定度的） 若选择输入阻抗若选择输入阻抗若选择输入阻抗若选择输入阻抗Z Z Z Zi i i i＝＝＝＝600Ω600Ω600Ω600Ω，就可直接从表，就可直接从表，就可直接从表，就可直接从表头读出功率电平值头读出功率电平值头读出功率电平值头读出功率电平值 当当当当Z Z Z Zi i i i≠600Ω≠600Ω≠600Ω≠600Ω时，则应根据读出的电压电平时，则应根据读出的电压电平时，则应根据读出的电压电平时，则应根据读出的电压电平换算出功率电平，其换算公式为：换算出功率电平，其换算公式为：换算出功率电平，其换算公式为：换算出功率电平，其换算公式为：第62页4 4 电压表的使用电压表的使用了解不同电压表的性能特点，根据应用场合加以了解不同电压表的性能特点，根据应用场合加以了解不同电压表的性能特点，根据应用场合加以了解不同电压表的性能特点，根据应用场合加以选用。

选用1 1 1 1）峰值电压表特点：）峰值电压表特点：）峰值电压表特点：）峰值电压表特点： 检波检波检波检波- - - -放大式峰值响应、频率范围较宽放大式峰值响应、频率范围较宽放大式峰值响应、频率范围较宽放大式峰值响应、频率范围较宽（达（达（达（达1000MHz1000MHz1000MHz1000MHz）但灵敏度低（）但灵敏度低（）但灵敏度低（）但灵敏度低（mVmVmVmV级） 读数的换算：根据波峰因数，将读数换算读数的换算：根据波峰因数，将读数换算读数的换算：根据波峰因数，将读数换算读数的换算：根据波峰因数，将读数换算成有效值（或峰值）成有效值（或峰值）成有效值（或峰值）成有效值（或峰值） 需注意：测量波峰因数大的非正弦波时，需注意：测量波峰因数大的非正弦波时，需注意：测量波峰因数大的非正弦波时，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由于削波可能产生误差由于削波可能产生误差由于削波可能产生误差 第63页2 2 2 2）均值电压表）均值电压表）均值电压表）均值电压表 放大放大放大放大- - - -检波式。

检波式 均值响应、灵敏度比峰值表有所提高但频率范均值响应、灵敏度比峰值表有所提高但频率范均值响应、灵敏度比峰值表有所提高但频率范均值响应、灵敏度比峰值表有所提高但频率范围较小（围较小（围较小（围较小（<10MHz<10MHz<10MHz<10MHz），主要用于低频和视频场合主要用于低频和视频场合主要用于低频和视频场合主要用于低频和视频场合 读数的换算：根据波形因数，将读数换算成有读数的换算：根据波形因数，将读数换算成有读数的换算：根据波形因数，将读数换算成有读数的换算：根据波形因数，将读数换算成有效值（或均值）效值（或均值）效值（或均值）效值（或均值）3 3 3 3）有效值电压表）有效值电压表）有效值电压表）有效值电压表 可以直接读出有效值，非常方便可以直接读出有效值，非常方便可以直接读出有效值，非常方便可以直接读出有效值，非常方便 由于削波和带宽限制，将可能损失一部分被测由于削波和带宽限制，将可能损失一部分被测由于削波和带宽限制，将可能损失一部分被测由于削波和带宽限制，将可能损失一部分被测信号的有效值，带来负的测量误差。

信号的有效值，带来负的测量误差信号的有效值，带来负的测量误差信号的有效值，带来负的测量误差 较为复杂，价格较贵较为复杂，价格较贵较为复杂，价格较贵较为复杂，价格较贵第64页4 4 4 4）宽频电平表）宽频电平表）宽频电平表）宽频电平表 以分贝表示的功率电平和电压电平以分贝表示的功率电平和电压电平以分贝表示的功率电平和电压电平以分贝表示的功率电平和电压电平 电压电平：电压电平：电压电平：电压电平：步进衰减器读数＋表头读数步进衰减器读数＋表头读数步进衰减器读数＋表头读数步进衰减器读数＋表头读数 功率电平：当输入阻抗等于表头标定时采用的功率电平：当输入阻抗等于表头标定时采用的功率电平：当输入阻抗等于表头标定时采用的功率电平：当输入阻抗等于表头标定时采用的零刻度基准阻抗零刻度基准阻抗零刻度基准阻抗零刻度基准阻抗600Ω600Ω600Ω600Ω时，功率电平与电压电时，功率电平与电压电时，功率电平与电压电时，功率电平与电压电平具有相同的表头刻度否则，需用平具有相同的表头刻度否则，需用平具有相同的表头刻度否则，需用平具有相同的表头刻度。

否则，需用 进行修正进行修正进行修正进行修正第65页5 5．．4 4 直流电压的数字化测量及直流电压的数字化测量及A/DA/D转换原理转换原理 5 5 5 5．．．．4 4 4 4．．．．1 DVM1 DVM1 DVM1 DVM的组成原理及主要性能指标的组成原理及主要性能指标的组成原理及主要性能指标的组成原理及主要性能指标1 1 1 1））））DVMDVMDVMDVM的组成的组成的组成的组成ØØ数字电压表（数字电压表（数字电压表（数字电压表（Digital Voltage MeterDigital Voltage MeterDigital Voltage MeterDigital Voltage Meter，简称，简称，简称，简称DVMDVMDVMDVM）ØØ组成框图组成框图组成框图组成框图第66页1 1 1 1））））DVMDVMDVMDVM的组成的组成的组成的组成 组成框图包括模拟和数字两部分组成框图包括模拟和数字两部分组成框图包括模拟和数字两部分。

组成框图包括模拟和数字两部分 输入电路：对输入电压衰减输入电路：对输入电压衰减输入电路：对输入电压衰减输入电路：对输入电压衰减/ / / /放大、变换等放大、变换等放大、变换等放大、变换等核心部件是核心部件是核心部件是核心部件是A/DA/DA/DA/D转换器（转换器（转换器（转换器（Analog to Digital Analog to Digital Analog to Digital Analog to Digital ConverterConverterConverterConverter，简称，简称，简称，简称ADCADCADCADC），实现模拟电压到数字量），实现模拟电压到数字量），实现模拟电压到数字量），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数字显示器：显示模拟电压的数字量结果数字显示器：显示模拟电压的数字量结果数字显示器：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，完成内部逻辑控制电路：在统一时钟作用下，完成内部逻辑控制电路：在统一时钟作用下，完成内部逻辑控制电路：在统一时钟作用下，完成内部电路的协调有序工作。

电路的协调有序工作电路的协调有序工作电路的协调有序工作第67页Ø应用应用应用应用ü直流或慢变化电压直流或慢变化电压直流或慢变化电压直流或慢变化电压信号的测量（通常采用高精信号的测量（通常采用高精信号的测量（通常采用高精信号的测量（通常采用高精度低速度低速度低速度低速A/DA/DA/DA/D转换器）转换器）转换器）转换器）ü通过通过通过通过AC-DCAC-DCAC-DCAC-DC变换电路，也可测量交流电压的有效变换电路，也可测量交流电压的有效变换电路，也可测量交流电压的有效变换电路，也可测量交流电压的有效值、平均值、峰值，构成值、平均值、峰值，构成值、平均值、峰值，构成值、平均值、峰值，构成交流数字电压表交流数字电压表交流数字电压表交流数字电压表 ü通过电流通过电流通过电流通过电流- - - -电压、阻抗电压、阻抗电压、阻抗电压、阻抗- - - -电压等变换，实现电流、电压等变换，实现电流、电压等变换，实现电流、电压等变换，实现电流、阻抗等测量，进一步扩展其功能阻抗等测量，进一步扩展其功能阻抗等测量，进一步扩展其功能阻抗等测量，进一步扩展其功能ü基于微处理器的智能化基于微处理器的智能化基于微处理器的智能化基于微处理器的智能化DVMDVMDVMDVM称为数字多用表称为数字多用表称为数字多用表称为数字多用表（（（（DMMDMMDMMDMM，，，，Digital MultiMeterDigital MultiMeterDigital MultiMeterDigital MultiMeter）。

üDMMDMMDMMDMM功能更全，性能更高，一般具有一定的数据功能更全，性能更高，一般具有一定的数据功能更全，性能更高，一般具有一定的数据功能更全，性能更高，一般具有一定的数据处理能力（平均、方差计算等）和通信接口处理能力（平均、方差计算等）和通信接口处理能力（平均、方差计算等）和通信接口处理能力（平均、方差计算等）和通信接口( ( ( (如如如如GPIB)GPIB)GPIB)GPIB)第68页Ø2 2 2 2）主要性能指标）主要性能指标）主要性能指标）主要性能指标ü显示位数显示位数显示位数显示位数n完整显示位完整显示位完整显示位完整显示位：能够显示：能够显示：能够显示：能够显示0~90~90~90~9的数字n非完整显示位非完整显示位非完整显示位非完整显示位( ( ( (俗称半位俗称半位俗称半位俗称半位) ) ) )：在最高位上只能显示：在最高位上只能显示：在最高位上只能显示：在最高位上只能显示0 0 0 0和和和和1 1 1 1 如如如如4 4 4 4位位位位DVMDVMDVMDVM，具有，具有，具有，具有4 4 4 4位完整显示位，其最大显示数字为位完整显示位，其最大显示数字为位完整显示位，其最大显示数字为位完整显示位，其最大显示数字为9999 9999 9999 9999 。

而而而而 位（位（位（位（4 4 4 4位半）位半）位半）位半）DVMDVMDVMDVM，具有，具有，具有，具有4 4 4 4位完整显示位，位完整显示位，位完整显示位，位完整显示位，1 1 1 1位非完整位非完整位非完整位非完整显示位，其最大显示数字为显示位，其最大显示数字为显示位，其最大显示数字为显示位，其最大显示数字为19999 19999 19999 19999 第69页ü量程量程量程量程n基本量程基本量程基本量程基本量程：无衰减或放大时的输入电压范围，：无衰减或放大时的输入电压范围，：无衰减或放大时的输入电压范围，：无衰减或放大时的输入电压范围，由由由由A/DA/DA/DA/D转换器动态范围确定转换器动态范围确定转换器动态范围确定转换器动态范围确定n通过对输入电压（按通过对输入电压（按通过对输入电压（按通过对输入电压（按10101010倍）放大或衰减，可倍）放大或衰减，可倍）放大或衰减，可倍）放大或衰减，可扩展其他量程扩展其他量程扩展其他量程扩展其他量程 如基本量程为如基本量程为如基本量程为如基本量程为10V10V10V10V的的的的DVMDVMDVMDVM，可扩展出，可扩展出，可扩展出，可扩展出0.1V0.1V0.1V0.1V、、、、1V1V1V1V、、、、10V10V10V10V、、、、100V100V100V100V、、、、1000V1000V1000V1000V等五档量程；等五档量程；等五档量程；等五档量程； 基本量程为基本量程为基本量程为基本量程为2V2V2V2V或或或或20V20V20V20V的的的的DVMDVMDVMDVM，可扩展出，可扩展出，可扩展出，可扩展出200mV200mV200mV200mV、、、、2V2V2V2V、、、、20V20V20V20V、、、、200V200V200V200V、、、、1000V1000V1000V1000V等五档量程。

等五档量程等五档量程等五档量程第70页ü分辨力分辨力分辨力分辨力n指指指指DVMDVMDVMDVM能够能够能够能够分辨最小电压变化量的能力分辨最小电压变化量的能力分辨最小电压变化量的能力分辨最小电压变化量的能力反映了了了了DVMDVMDVMDVM灵敏度n用每个字对应的电压值来表示，即用每个字对应的电压值来表示，即用每个字对应的电压值来表示，即用每个字对应的电压值来表示，即V/V/V/V/字n不同的量程上能分辨的最小电压变化的能力不不同的量程上能分辨的最小电压变化的能力不不同的量程上能分辨的最小电压变化的能力不不同的量程上能分辨的最小电压变化的能力不同，显然，同，显然，同，显然，同，显然，在最小量程上具有最高分辨力在最小量程上具有最高分辨力在最小量程上具有最高分辨力在最小量程上具有最高分辨力 例如，例如，例如，例如，3 3 3 3位半的位半的位半的位半的DVMDVMDVMDVM，在，在，在，在200mV200mV200mV200mV最小量程上，可以测量最小量程上，可以测量最小量程上，可以测量最小量程上，可以测量的最大输入电压为的最大输入电压为的最大输入电压为的最大输入电压为199.9mV199.9mV199.9mV199.9mV，其分辨力为，其分辨力为，其分辨力为，其分辨力为0.1mV/0.1mV/0.1mV/0.1mV/字（即字（即字（即字（即当输入电压变化当输入电压变化当输入电压变化当输入电压变化0.1mV0.1mV0.1mV0.1mV时，显示的末尾数字将变化时，显示的末尾数字将变化时，显示的末尾数字将变化时，显示的末尾数字将变化“1“1“1“1个字个字个字个字”””” ）。

第71页用百分数表示分辨率：与量程无关，比用百分数表示分辨率：与量程无关，比用百分数表示分辨率：与量程无关，比用百分数表示分辨率：与量程无关，比较直观 如上述的如上述的如上述的如上述的DVMDVMDVMDVM在最小量程在最小量程在最小量程在最小量程200mV200mV200mV200mV上分辨上分辨上分辨上分辨力为力为力为力为0.1mV0.1mV0.1mV0.1mV，则分辨率为：，则分辨率为：，则分辨率为：，则分辨率为：ü测量速度测量速度测量速度测量速度 每秒钟完成的测量次数它主要取决于每秒钟完成的测量次数它主要取决于每秒钟完成的测量次数它主要取决于每秒钟完成的测量次数它主要取决于A/DA/DA/DA/D转换器的转换速度转换器的转换速度转换器的转换速度转换器的转换速度 一般低速高精度的一般低速高精度的一般低速高精度的一般低速高精度的DVMDVMDVMDVM测量速度在几次测量速度在几次测量速度在几次测量速度在几次/ / / /秒秒秒秒~ ~ ~ ~几十次几十次几十次几十次/ / / /秒第72页ü测量精度测量精度测量精度测量精度取决于取决于取决于取决于DVMDVMDVMDVM的固有误差和使用时的附加误差的固有误差和使用时的附加误差的固有误差和使用时的附加误差的固有误差和使用时的附加误差( ( ( (温度等温度等温度等温度等) ) ) )。

固有误差表达式：固有误差表达式：固有误差表达式：固有误差表达式：示值（读数）相对误差为：示值（读数）相对误差为：示值（读数）相对误差为：示值（读数）相对误差为：式中式中式中式中,Vx:,Vx:,Vx:,Vx:被测电压的读数；被测电压的读数；被测电压的读数；被测电压的读数；Vm:Vm:Vm:Vm:该量程的满度值；该量程的满度值；该量程的满度值；该量程的满度值； ：误差的相对项系数；：误差的相对项系数；：误差的相对项系数；：误差的相对项系数； ：误差的固定项系数误差的固定项系数误差的固定项系数误差的固定项系数固有误差由两部分构成：读数误差和满度误差固有误差由两部分构成：读数误差和满度误差固有误差由两部分构成：读数误差和满度误差固有误差由两部分构成：读数误差和满度误差读数误差：读数误差：读数误差：读数误差： 与当前读数有关主要包括与当前读数有关主要包括与当前读数有关主要包括与当前读数有关主要包括DVMDVMDVMDVM的刻度的刻度的刻度的刻度系数误差和非线性误差系数误差和非线性误差系数误差和非线性误差系数误差和非线性误差满度误差：满度误差：满度误差：满度误差： 与当前读数无关，只与选用的量程有与当前读数无关，只与选用的量程有与当前读数无关，只与选用的量程有与当前读数无关，只与选用的量程有关。

关第73页 注意：注意：注意：注意：当被测量（读数值）很小时，满度误差起当被测量（读数值）很小时，满度误差起当被测量（读数值）很小时，满度误差起当被测量（读数值）很小时，满度误差起主要作用，当被测量较大时，读数误差起主要作用主要作用，当被测量较大时，读数误差起主要作用主要作用，当被测量较大时，读数误差起主要作用主要作用，当被测量较大时，读数误差起主要作用为减小满度误差的影响，应合理选择量程，以使被测为减小满度误差的影响，应合理选择量程，以使被测为减小满度误差的影响，应合理选择量程，以使被测为减小满度误差的影响，应合理选择量程，以使被测量大于满量程的量大于满量程的量大于满量程的量大于满量程的2/32/32/32/3以上ü输入阻抗输入阻抗输入阻抗输入阻抗 输入阻抗取决于输入电路（并与量程有关）输入输入阻抗取决于输入电路（并与量程有关）输入输入阻抗取决于输入电路（并与量程有关）输入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阻抗宜越大越好，否则将影响测量精度阻抗宜越大越好，否则将影响测量精度阻抗宜越大越好，否则将影响测量精度。

对于直流对于直流对于直流对于直流DVMDVMDVMDVM，输入阻抗用输入电阻表示，一般在，输入阻抗用输入电阻表示，一般在，输入阻抗用输入电阻表示，一般在，输入阻抗用输入电阻表示，一般在10MΩ-1000MΩ10MΩ-1000MΩ10MΩ-1000MΩ10MΩ-1000MΩ之间 对于交流对于交流对于交流对于交流DVMDVMDVMDVM，输入阻抗用输入电阻和并联电容表，输入阻抗用输入电阻和并联电容表，输入阻抗用输入电阻和并联电容表，输入阻抗用输入电阻和并联电容表示，电容值一般在几十示，电容值一般在几十示，电容值一般在几十示，电容值一般在几十~ ~ ~ ~几百几百几百几百pFpFpFpF之间第74页5.4.2 A/D转换原理转换原理 A/D A/D A/D A/D转换器分类转换器分类转换器分类转换器分类Ø积分式：双积分式、三斜积分式、脉冲调宽积分式：双积分式、三斜积分式、脉冲调宽积分式：双积分式、三斜积分式、脉冲调宽积分式：双积分式、三斜积分式、脉冲调宽（（（（PWMPWMPWMPWM）式、电压）式、电压）式、电压）式、电压- - - -频率（频率（频率（频率（V-FV-FV-FV-F）变换式等。

变换式等变换式等变换式等Ø非积分式：斜波电压（线性斜波、阶梯斜波）非积分式：斜波电压（线性斜波、阶梯斜波）非积分式：斜波电压（线性斜波、阶梯斜波）非积分式：斜波电压（线性斜波、阶梯斜波）式、比较式（逐次逼近式、零平衡式）等式、比较式（逐次逼近式、零平衡式）等式、比较式（逐次逼近式、零平衡式）等式、比较式（逐次逼近式、零平衡式）等 第75页1 1 1 1）逐次逼近比较式）逐次逼近比较式）逐次逼近比较式）逐次逼近比较式ADCADCADCADCØ基本原理：将被测电压和一可变的基准电压进基本原理：将被测电压和一可变的基准电压进基本原理：将被测电压和一可变的基准电压进基本原理：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行逐次比较，最终逼近被测电压即采用一种行逐次比较，最终逼近被测电压即采用一种行逐次比较，最终逼近被测电压即采用一种““““对分搜索对分搜索对分搜索对分搜索””””的策略，逐步缩小的策略，逐步缩小的策略，逐步缩小的策略，逐步缩小V V V Vx x x x未知范围的未知范围的未知范围的未知范围的办法Ø假设基准电压为假设基准电压为假设基准电压为假设基准电压为V V V Vr r r r=10V=10V=10V=10V，为便于对分搜索，将，为便于对分搜索，将，为便于对分搜索，将，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。

其分成一系列（相差一半）的不同的标准值其分成一系列（相差一半）的不同的标准值其分成一系列（相差一半）的不同的标准值 V V V Vr r r r可分解为：可分解为：可分解为：可分解为： 上式表示，若把上式表示，若把上式表示，若把上式表示，若把VrVrVrVr不断细分（每次取上一次的一半）不断细分（每次取上一次的一半）不断细分（每次取上一次的一半）不断细分（每次取上一次的一半）足够小的量，便可无限逼近，当只取有限项时，则项足够小的量，便可无限逼近，当只取有限项时，则项足够小的量，便可无限逼近，当只取有限项时，则项足够小的量，便可无限逼近，当只取有限项时，则项数决定了其逼近的程度数决定了其逼近的程度数决定了其逼近的程度数决定了其逼近的程度第76页如只取前如只取前如只取前如只取前4 4 4 4项，则项，则项，则项，则其逼近的最大误差为其逼近的最大误差为其逼近的最大误差为其逼近的最大误差为9.375V-10V =-0.625V9.375V-10V =-0.625V9.375V-10V =-0.625V9.375V-10V =-0.625V，，，，相当于最后一项的值相当于最后一项的值。

相当于最后一项的值相当于最后一项的值Ø现假设有一被测电压现假设有一被测电压现假设有一被测电压现假设有一被测电压V V V Vx x x x＝＝＝＝8.5V8.5V8.5V8.5V，若用上面表示，若用上面表示，若用上面表示，若用上面表示VrVrVrVr的的的的4 4 4 4项项项项5V5V5V5V、、、、2.5V2.5V2.5V2.5V、、、、1.25V1.25V1.25V1.25V、、、、0.625V0.625V0.625V0.625V来来来来““““凑试凑试凑试凑试””””逼近逼近逼近逼近V V V Vx x x x，逼近过程如下：，逼近过程如下：，逼近过程如下：，逼近过程如下：第77页V V V Vx x x x＝＝＝＝5V5V5V5V（首先，取（首先，取（首先，取（首先，取5V5V5V5V项，由于项，由于项，由于项，由于5V<8.5V5V<8.5V5V<8.5V5V<8.5V，，，， 则保留该项，记为数字则保留该项，记为数字则保留该项，记为数字则保留该项，记为数字’1’’1’’1’’1’）））） +2.5V +2.5V +2.5V +2.5V（再取（再取（再取（再取2.5V2.5V2.5V2.5V项，此时项，此时项，此时项，此时5V+2.5V<8.5V5V+2.5V<8.5V5V+2.5V<8.5V5V+2.5V<8.5V，，，， 则保留该项，记为数字则保留该项，记为数字则保留该项，记为数字则保留该项，记为数字’1’’1’’1’’1’）））） +0V +0V +0V +0V （再取（再取（再取（再取1.25V1.25V1.25V1.25V项，此时项，此时项，此时项，此时5V+2.5V+1.25V>8.5V5V+2.5V+1.25V>8.5V5V+2.5V+1.25V>8.5V5V+2.5V+1.25V>8.5V，，，， 则应去掉该项，记为数字则应去掉该项，记为数字则应去掉该项，记为数字则应去掉该项，记为数字’0’’0’’0’’0’）））） +0.625V +0.625V +0.625V +0.625V（再取（再取（再取（再取0.625V0.625V0.625V0.625V项，此时项，此时项，此时项，此时 5V+2.5V+0.625V<8.5V,5V+2.5V+0.625V<8.5V,5V+2.5V+0.625V<8.5V,5V+2.5V+0.625V<8.5V,则则则则 保保保保 留留留留 该该该该 项项项项 , , , ,记记记记 为为为为 数数数数 字字字字’1’’1’’1’’1’））））≈8.125V≈8.125V≈8.125V≈8.125V（得到最后逼近结果）（得到最后逼近结果）（得到最后逼近结果）（得到最后逼近结果） 总结上面的逐次逼近过程可知，从大到小逐次取总结上面的逐次逼近过程可知，从大到小逐次取总结上面的逐次逼近过程可知，从大到小逐次取总结上面的逐次逼近过程可知，从大到小逐次取出出出出V V V Vr r r r的各分项值，按照的各分项值，按照的各分项值，按照的各分项值，按照““““大者去，小者留大者去，小者留大者去，小者留大者去，小者留””””的原则，的原则，的原则，的原则，直至得到最后逼近结果，其数字表示为直至得到最后逼近结果，其数字表示为直至得到最后逼近结果，其数字表示为直至得到最后逼近结果，其数字表示为’1101’’1101’’1101’’1101’。

第78页 上述逼近结果与上述逼近结果与上述逼近结果与上述逼近结果与VxVxVxVx的误差为的误差为的误差为的误差为 8.125V 8.125V 8.125V 8.125V－－－－8.5V8.5V8.5V8.5V＝＝＝＝-0.375V-0.375V-0.375V-0.375V显然，当显然，当显然，当显然，当VxVxVxVx＝＝＝＝(8.125V(8.125V(8.125V(8.125V～～～～8.4375V)8.4375V)8.4375V)8.4375V)之间时，采用上面之间时，采用上面之间时，采用上面之间时，采用上面VrVrVrVr的的的的4 4 4 4个分个分个分个分项逼近的结果相同，均为项逼近的结果相同，均为项逼近的结果相同，均为项逼近的结果相同，均为8.125V8.125V8.125V8.125V 上述逐次逼近比较过程表示了该类上述逐次逼近比较过程表示了该类上述逐次逼近比较过程表示了该类上述逐次逼近比较过程表示了该类A/DA/DA/DA/D转换器转换器转换器转换器的基本工作原理它类似天平称重的过程，的基本工作原理它类似天平称重的过程，的基本工作原理。

它类似天平称重的过程，的基本工作原理它类似天平称重的过程，VrVrVrVr的的的的各分项相当于提供的有限各分项相当于提供的有限各分项相当于提供的有限各分项相当于提供的有限““““电子砝码电子砝码电子砝码电子砝码””””，而，而，而，而VxVxVxVx是是是是被称量的电压量逐步地添加或移去电子砝码的被称量的电压量逐步地添加或移去电子砝码的被称量的电压量逐步地添加或移去电子砝码的被称量的电压量逐步地添加或移去电子砝码的过程完全类同于称重中的加减法码的过程，而称过程完全类同于称重中的加减法码的过程，而称过程完全类同于称重中的加减法码的过程，而称过程完全类同于称重中的加减法码的过程，而称重结果的精度取决于所用的最小砝码重结果的精度取决于所用的最小砝码重结果的精度取决于所用的最小砝码重结果的精度取决于所用的最小砝码第79页Ø逐次逼近比较式逐次逼近比较式逐次逼近比较式逐次逼近比较式ADCADC原理框图原理框图原理框图原理框图 图中，图中，图中，图中，SARSARSARSAR为逐次逼近移位寄存器，为逐次逼近移位寄存器，为逐次逼近移位寄存器，为逐次逼近移位寄存器，SARSARSARSAR在时钟在时钟在时钟在时钟CLKCLKCLKCLK作用下，对比较器的输出（作用下，对比较器的输出（作用下，对比较器的输出（作用下，对比较器的输出（0 0 0 0或或或或1 1 1 1）每次进行一次）每次进行一次）每次进行一次）每次进行一次移位，移位输出将送到移位，移位输出将送到移位，移位输出将送到移位，移位输出将送到D/AD/AD/AD/A转换器，转换器，转换器，转换器，D/AD/AD/AD/A转换结果再转换结果再转换结果再转换结果再与与与与VxVxVxVx比较。

比较第80页SARSARSARSAR的最后输出即是的最后输出即是的最后输出即是的最后输出即是A/DA/DA/DA/D转换结果，用数字量转换结果，用数字量转换结果，用数字量转换结果，用数字量N N N N表示最后的最后的最后的最后的D/AD/AD/AD/A转换器输出已最大限度逼近了转换器输出已最大限度逼近了转换器输出已最大限度逼近了转换器输出已最大限度逼近了VxVxVxVx，且有，且有，且有，且有式中，式中，式中，式中， N N N N：：：：A/DA/DA/DA/D转换结果的数字量，转换结果的数字量，转换结果的数字量，转换结果的数字量，n n n n：：：：A/DA/DA/DA/D位数，位数，位数，位数， Vr Vr Vr Vr：参考电压，：参考电压，：参考电压，：参考电压，VxVxVxVx：：：：A/DA/DA/DA/D输入电压输入电压输入电压输入电压上式还可写成：上式还可写成：上式还可写成：上式还可写成：Vx=eNVx=eNVx=eNVx=eN，，，，e=Vr/2e=Vr/2e=Vr/2e=Vr/2n n n n称为称为称为称为A/DA/DA/DA/D转换器的转换器的转换器的转换器的刻度系数，单位为刻度系数，单位为刻度系数，单位为刻度系数，单位为“V/“V/“V/“V/字字字字””””，表示了，表示了，表示了，表示了A/DA/DA/DA/D转换器的转换器的转换器的转换器的分分分分辨力。

辨力第81页 如上面如上面如上面如上面V V V Vx x x x＝＝＝＝8.5V8.5V8.5V8.5V，，，，V V V Vr r r r＝＝＝＝10V10V10V10V，当用，当用，当用，当用V V V Vr r r r的的的的4 4 4 4个分个分个分个分项逼近时（相当于项逼近时（相当于项逼近时（相当于项逼近时（相当于4 4 4 4位位位位A/DA/DA/DA/D转换器），转换器），转换器），转换器），A/DA/DA/DA/D转换的转换的转换的转换的结果为结果为结果为结果为N N N N＝（＝（＝（＝（1101110111011101））））2 2 2 2＝＝＝＝13131313，即，即，即，即 单片集成单片集成单片集成单片集成逐次比较式逐次比较式逐次比较式逐次比较式ADCADCADCADC常见的产品有常见的产品有常见的产品有常见的产品有8 8 8 8位位位位的的的的ADC0809ADC0809ADC0809ADC0809，，，，12121212位的位的位的位的ADC1210ADC1210ADC1210ADC1210和和和和16161616位的位的位的位的AD7805AD7805AD7805AD7805等。

等 第82页2 2）单斜式）单斜式ADCADC 斜波发生器产生斜波电压与输入比较器（斜波发生器产生斜波电压与输入比较器（斜波发生器产生斜波电压与输入比较器（斜波发生器产生斜波电压与输入比较器（VxVx）和接）和接）和接）和接地（地（地（地（0V0V）比较器比较比较器的输出触发双稳态触发器，）比较器比较比较器的输出触发双稳态触发器，）比较器比较比较器的输出触发双稳态触发器，）比较器比较比较器的输出触发双稳态触发器，得到时间为得到时间为得到时间为得到时间为T T的门控信号在门控时间的门控信号在门控时间的门控信号在门控时间的门控信号在门控时间T T内，计数器对时内，计数器对时内，计数器对时内，计数器对时钟脉冲计数，即钟脉冲计数，即钟脉冲计数，即钟脉冲计数，即T=NT0T=NT0，，，，T0T0为时钟信号周期计数结果为时钟信号周期计数结果为时钟信号周期计数结果为时钟信号周期计数结果N N即表示了即表示了即表示了即表示了A/DA/D转换的数字量结果转换的数字量结果转换的数字量结果转换的数字量结果 ( (式中，式中，式中，式中，k k为斜波电压的斜率，单位为为斜波电压的斜率，单位为为斜波电压的斜率，单位为为斜波电压的斜率，单位为V/V/秒秒秒秒) )第83页u波形图波形图波形图波形图第84页工作原理工作原理工作原理工作原理 斜波发生器：通常由积分器对一个标准电压斜波发生器：通常由积分器对一个标准电压VrVr积分产生，斜率为：积分产生，斜率为： ( (式中式中RCRC为积分电阻和为积分电阻和电容电容) ) 将将 代入代入 得，得，式中，式中， 为定值，于是，为定值，于是， 即，即，可用计数结果的数字量可用计数结果的数字量N N表示输入电压表示输入电压VxVx。

特点、应用特点、应用 线路简单，成本低转换速度：门控时间T即为单斜式ADC的转换时间，取决于斜波电压的斜率，并与被测电压值有关，在满量程时，转换时间最长，即转换速度最慢可应用于精度和速度要求不高的DVM中第85页[ [例例例例] ] 设一台基于单斜设一台基于单斜设一台基于单斜设一台基于单斜A/DA/D转换器的转换器的转换器的转换器的4 4位位位位DVMDVM，基本量程为，基本量程为，基本量程为，基本量程为10V10V，斜，斜，斜，斜波发生器的斜率为波发生器的斜率为波发生器的斜率为波发生器的斜率为10V/100ms10V/100ms，试计算时钟信号频率若计数值，试计算时钟信号频率若计数值，试计算时钟信号频率若计数值，试计算时钟信号频率若计数值N=5123N=5123，则被测电压值是多少？，则被测电压值是多少？，则被测电压值是多少？，则被测电压值是多少？[ [解解解解] 4] 4位位位位DVMDVM即具有即具有即具有即具有4 4位数字显示，亦即计数器的最大值为位数字显示，亦即计数器的最大值为位数字显示，亦即计数器的最大值为位数字显示，亦即计数器的最大值为99999999 满量程满量程满量程满量程10V, 10V, 斜波发生器的斜率为斜波发生器的斜率为斜波发生器的斜率为斜波发生器的斜率为10V/100ms10V/100ms，则，则，则，则10V10V时，时，时，时，A/DA/D转换转换转换转换时间即门控时间为时间即门控时间为时间即门控时间为时间即门控时间为100ms100ms。

即在即在100ms100ms内计数器的脉冲计数个数为内计数器的脉冲计数个数为内计数器的脉冲计数个数为内计数器的脉冲计数个数为1000010000（最大计数值为（最大计数值为（最大计数值为（最大计数值为99999999）于是，时钟信号频率为）于是，时钟信号频率为）于是，时钟信号频率为）于是，时钟信号频率为 若计数值若计数值若计数值若计数值N=5123N=5123，则门控时间为，则门控时间为，则门控时间为，则门控时间为又由斜率又由斜率又由斜率又由斜率k=10V/100msk=10V/100ms，即可得被测电压为，即可得被测电压为，即可得被测电压为，即可得被测电压为 显然，计数值即表示了被测电压的数值，而显示的小数点位置显然，计数值即表示了被测电压的数值，而显示的小数点位置显然，计数值即表示了被测电压的数值，而显示的小数点位置显然，计数值即表示了被测电压的数值，而显示的小数点位置与选用的量程有关与选用的量程有关与选用的量程有关与选用的量程有关 第86页3 3）双积分式）双积分式ADCADC Ø基本原理：基本原理：基本原理：基本原理：ü通过通过通过通过两次积分过程两次积分过程两次积分过程两次积分过程(“(“(“(“对被测电压的定时积对被测电压的定时积对被测电压的定时积对被测电压的定时积分和对参考电压的定值积分分和对参考电压的定值积分分和对参考电压的定值积分分和对参考电压的定值积分”)”)”)”)的比较，得的比较，得的比较，得的比较，得到被测电压值。

到被测电压值到被测电压值到被测电压值Ø原理框图原理框图原理框图原理框图ü包括积分器、过零比较器、计数器及逻辑控包括积分器、过零比较器、计数器及逻辑控包括积分器、过零比较器、计数器及逻辑控包括积分器、过零比较器、计数器及逻辑控制电路ü下图下图下图下图a.a.a.a.原理框图，原理框图，原理框图，原理框图，b.b.b.b.工作波形图工作波形图工作波形图工作波形图 第87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T’0f0T’011T0第88页工作过程工作过程工作过程工作过程 (1) (1) 复零阶段（复零阶段（复零阶段（复零阶段（t0~t1t0~t1）开关S2S2接通接通接通接通T0T0时间，时间，时间，时间，积分电容积分电容积分电容积分电容C C短接，短接，短接，短接，使积分器输出电压使积分器输出电压使积分器输出电压使积分器输出电压VoVo回到零回到零回到零回到零（（（（Vo=0Vo=0））））。

(2) (2) 对被测电压定时积分对被测电压定时积分对被测电压定时积分对被测电压定时积分(t1~t2)(t1~t2)接入被测接入被测接入被测接入被测电压（设电压（设电压（设电压（设VxVx为正），则积分器输出为正），则积分器输出为正），则积分器输出为正），则积分器输出VoVo从零开始从零开始从零开始从零开始线性地负向增长，线性地负向增长，线性地负向增长，线性地负向增长，经过规定的时间经过规定的时间经过规定的时间经过规定的时间T1T1，，，，VoVo达到达到达到达到最大最大最大最大VomVom，，，， (3) (3) 对参考电压反向定值积分对参考电压反向定值积分对参考电压反向定值积分对参考电压反向定值积分(t2~t3)(t2~t3)接入参考电压参考电压参考电压参考电压( (若若若若VxVx为正，则接入为正，则接入为正，则接入为正，则接入-Vr)-Vr)，积分器输出，积分器输出，积分器输出，积分器输出VoVo从从从从VomVom开始线性地正向增长开始线性地正向增长开始线性地正向增长开始线性地正向增长( (与与与与VxVx的积分方向的积分方向的积分方向的积分方向相反相反相反相反) )直至零。

直至零第89页 或或或或 式中，式中，式中，式中， 为为为为A/DA/DA/DA/D转换器的刻度系数（转换器的刻度系数（转换器的刻度系数（转换器的刻度系数（“V/“V/“V/“V/字字字字””””）可见计数结果可见计数结果可见计数结果可见计数结果N N N N2 2 2 2（数字量）即可表示被测电压（数字量）即可表示被测电压（数字量）即可表示被测电压（数字量）即可表示被测电压V V V Vx x x x，，，，N N N N2 2 2 2即为双积分即为双积分即为双积分即为双积分A/DA/DA/DA/D转换结果转换结果转换结果转换结果 此时，过零比较器翻转经历的反向积分时间为此时，过零比较器翻转经历的反向积分时间为此时，过零比较器翻转经历的反向积分时间为此时，过零比较器翻转经历的反向积分时间为T2T2，则有：，则有：，则有：，则有： 将将将将VomVom代入可得：代入可得：代入可得：代入可得： 由于由于由于由于T1T1、、、、T2T2是通过对同一时钟信号（设周期是通过对同一时钟信号（设周期是通过对同一时钟信号（设周期是通过对同一时钟信号（设周期T0T0）计数得到（设计数值分别为）计数得到（设计数值分别为）计数得到（设计数值分别为）计数得到（设计数值分别为N1N1、、、、N2N2），即），即），即），即T1=N1T0T1=N1T0，，，，T2=N2T0T2=N2T0，于是，于是，于是，于是第90页双积分式双积分式双积分式双积分式ADCADC特点：特点：特点：特点： 1 1 积分器的积分器的积分器的积分器的R R、、、、C C元件对元件对元件对元件对A/DA/D转换结果不会产转换结果不会产转换结果不会产转换结果不会产生影响，因而对元件参数的精度和稳定性要求不生影响，因而对元件参数的精度和稳定性要求不生影响，因而对元件参数的精度和稳定性要求不生影响，因而对元件参数的精度和稳定性要求不高。

高 2 2 参考电压参考电压参考电压参考电压VrVr的精度和稳定性对的精度和稳定性对的精度和稳定性对的精度和稳定性对A/DA/D转换结果转换结果转换结果转换结果有影响，一般需采用精密基准电压源例如，有影响，一般需采用精密基准电压源例如，有影响，一般需采用精密基准电压源例如，有影响，一般需采用精密基准电压源例如，一个一个一个一个16bit16bit的的的的A/DA/D转换器，其分辨率转换器，其分辨率转换器，其分辨率转换器，其分辨率1LSB=1/21LSB=1/21616=1/65536≈15×10=1/65536≈15×10-6-6，那么，要求基准，那么，要求基准，那么，要求基准，那么，要求基准电压源的稳定性（主要为温度漂移）优于电压源的稳定性（主要为温度漂移）优于电压源的稳定性（主要为温度漂移）优于电压源的稳定性（主要为温度漂移）优于15ppm15ppm（即百万分之（即百万分之（即百万分之（即百万分之1515）） 3 3 积分器响应的是输入电压的平均值，因而积分器响应的是输入电压的平均值，因而积分器响应的是输入电压的平均值，因而积分器响应的是输入电压的平均值，因而具有较好的抗干扰能力。

如输入电压具有较好的抗干扰能力如输入电压具有较好的抗干扰能力如输入电压具有较好的抗干扰能力如输入电压vx=Vx+vsmvx=Vx+vsm，则，则，则，则T1T1阶段结束时积分器的输出为阶段结束时积分器的输出为阶段结束时积分器的输出为阶段结束时积分器的输出为第91页5．．5 电流、电压、阻抗变换技术电流、电压、阻抗变换技术及数字多用表及数字多用表u5 5 5 5．．．．5 5 5 5．．．．1 1 1 1 电流、电压、阻抗变换技术电流、电压、阻抗变换技术电流、电压、阻抗变换技术电流、电压、阻抗变换技术ØAC/DCAC/DCAC/DCAC/DC变换变换变换变换 将交流电压变换（检波）得到直流的峰值、将交流电压变换（检波）得到直流的峰值、将交流电压变换（检波）得到直流的峰值、将交流电压变换（检波）得到直流的峰值、平均值和有效值，如前所述平均值和有效值，如前所述平均值和有效值，如前所述平均值和有效值，如前所述ØI/VI/VI/VI/V变换变换变换变换 基于欧姆定律，将被测电流通过一个已知的基于欧姆定律，将被测电流通过一个已知的基于欧姆定律，将被测电流通过一个已知的基于欧姆定律，将被测电流通过一个已知的取样电阻，测量取样电阻两端的电压，即可得到取样电阻，测量取样电阻两端的电压，即可得到取样电阻，测量取样电阻两端的电压，即可得到取样电阻，测量取样电阻两端的电压，即可得到被测电流。

被测电流被测电流被测电流 为实现不同量程的电流测量，可以选择不同为实现不同量程的电流测量，可以选择不同为实现不同量程的电流测量，可以选择不同为实现不同量程的电流测量，可以选择不同的取样电阻的取样电阻的取样电阻的取样电阻第92页 如图，假如变换后如图，假如变换后如图，假如变换后如图，假如变换后采用的电压量程为采用的电压量程为采用的电压量程为采用的电压量程为200mV200mV200mV200mV，，，，则通过量程开关选择取样则通过量程开关选择取样则通过量程开关选择取样则通过量程开关选择取样电阻分别为电阻分别为电阻分别为电阻分别为1kΩ1kΩ1kΩ1kΩ、、、、100Ω100Ω100Ω100Ω、、、、10Ω10Ω10Ω10Ω、、、、1Ω1Ω1Ω1Ω、、、、0.1Ω0.1Ω0.1Ω0.1Ω，便可，便可，便可，便可测量测量测量测量200μA200μA200μA200μA、、、、2mA2mA2mA2mA、、、、20mA20mA20mA20mA、、、、200mA200mA200mA200mA、、、、2A2A2A2A的满量程电流的满量程电流。

的满量程电流的满量程电流第93页ØZ/VZ/V变换变换变换变换 同样基于欧姆定律同样基于欧姆定律同样基于欧姆定律同样基于欧姆定律 对于纯电阻，可用一个恒流源流过被测电阻，测对于纯电阻，可用一个恒流源流过被测电阻，测对于纯电阻，可用一个恒流源流过被测电阻，测对于纯电阻，可用一个恒流源流过被测电阻，测量被测电阻两端的电压，即可得到被测电阻阻值量被测电阻两端的电压，即可得到被测电阻阻值量被测电阻两端的电压，即可得到被测电阻阻值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，则需采用交流而对于电感、电容参数的测量，则需采用交流而对于电感、电容参数的测量，则需采用交流而对于电感、电容参数的测量，则需采用交流参考电压，并将实部和虚部分离后分别测量得到参考电压，并将实部和虚部分离后分别测量得到参考电压，并将实部和虚部分离后分别测量得到参考电压，并将实部和虚部分离后分别测量得到 ( ( (第六章介绍第六章介绍) ) ) ) 第94页a. a.实现实现实现实现R/VR/V变换的简单原理变换的简单原理变换的简单原理变换的简单原理 b. b.通过运放实现比例测量的通过运放实现比例测量的通过运放实现比例测量的通过运放实现比例测量的R/VR/V变换变换变换变换 如图，直接通过恒流源如图，直接通过恒流源如图，直接通过恒流源如图，直接通过恒流源IrIr流过被测电阻流过被测电阻流过被测电阻流过被测电阻RxRx，，，，并对并对并对并对RxRx两端的电压放大后送入两端的电压放大后送入两端的电压放大后送入两端的电压放大后送入A/DA/D转换器。

转换器 为了实现为了实现为了实现为了实现不同量程不同量程不同量程不同量程电阻的测量，要求电阻的测量，要求电阻的测量，要求电阻的测量，要求恒流源恒流源恒流源恒流源可调可调可调可调 图图图图a a对于大电阻的测量不利对于大电阻的测量不利对于大电阻的测量不利对于大电阻的测量不利，因为要求的恒，因为要求的恒，因为要求的恒，因为要求的恒流源电流流源电流流源电流流源电流IrIr很小，对测量精度影响较大很小，对测量精度影响较大很小，对测量精度影响较大很小，对测量精度影响较大第95页 图图图图b b b b中，将被测电阻作为反馈电阻，将恒流源中，将被测电阻作为反馈电阻，将恒流源中，将被测电阻作为反馈电阻，将恒流源中，将被测电阻作为反馈电阻，将恒流源输出输出输出输出I I I Ir r r r流过一个已知的精密电阻，从而得到参考流过一个已知的精密电阻，从而得到参考流过一个已知的精密电阻，从而得到参考流过一个已知的精密电阻，从而得到参考电压电压电压电压V V V Vr r r r如图，放大器输出如图，放大器输出如图，放大器输出如图，放大器输出 , , , ,于是于是于是于是 如果将如果将如果将如果将V V V Vo o o o作为作为作为作为A/DA/DA/DA/D转换器的输入，并将转换器的输入，并将转换器的输入，并将转换器的输入，并将V V V Vr r r r直接直接直接直接作为作为作为作为A/DA/DA/DA/D转换器的参考电压，即可实现比例测量。

转换器的参考电压，即可实现比例测量转换器的参考电压，即可实现比例测量转换器的参考电压，即可实现比例测量恒恒流流源源( (可可调调) )A A/ /D D-+A Am mp pIrVrR1Rx精精密密电电阻阻VoVr第96页5．．5．．2 数字多用表数字多用表Ø组成框图组成框图组成框图组成框图Ø数字多用表（数字多用表（数字多用表（数字多用表（DMMDMMDMMDMM）的主要特点）的主要特点）的主要特点）的主要特点üDVMDVMDVMDVM的的的的功能扩展功能扩展功能扩展功能扩展DMMDMMDMMDMM可进行直流电压、交流电可进行直流电压、交流电可进行直流电压、交流电可进行直流电压、交流电压、电流、阻抗等测量压、电流、阻抗等测量压、电流、阻抗等测量压、电流、阻抗等测量ü测量分辨力和精度测量分辨力和精度测量分辨力和精度测量分辨力和精度有低、中、高三个档级，位有低、中、高三个档级，位有低、中、高三个档级，位有低、中、高三个档级，位数数数数3 3 3 3位半位半位半位半-8-8-8-8位半第97页Ø数字多用表（数字多用表（数字多用表（数字多用表（DMMDMMDMMDMM）的主要特点）的主要特点）的主要特点）的主要特点ü一般一般一般一般内置有微处理器内置有微处理器内置有微处理器内置有微处理器。

可实现开机自检、自可实现开机自检、自可实现开机自检、自可实现开机自检、自动校准、自动量程选择，以及测量数据的处动校准、自动量程选择，以及测量数据的处动校准、自动量程选择，以及测量数据的处动校准、自动量程选择，以及测量数据的处理（求平均、均方根值）等自动测量功能理（求平均、均方根值）等自动测量功能理（求平均、均方根值）等自动测量功能理（求平均、均方根值）等自动测量功能ü一般具有一般具有一般具有一般具有外部通信接口外部通信接口外部通信接口外部通信接口，如，如，如，如RS-232RS-232RS-232RS-232、、、、GPIBGPIBGPIBGPIB等，等，等，等，易于组成自动测试系统易于组成自动测试系统易于组成自动测试系统易于组成自动测试系统Ø数字多用表的使用数字多用表的使用数字多用表的使用数字多用表的使用( (测电阻测电阻测电阻测电阻) )ü二端法和四端法测电阻如下图（图中二端法和四端法测电阻如下图（图中二端法和四端法测电阻如下图（图中二端法和四端法测电阻如下图（图中R Rl1l1、、、、R Rl2l2、、、、R Rl3l3、、、、R Rl4l4为等效导线电阻和接触电阻）为等效导线电阻和接触电阻）。

为等效导线电阻和接触电阻）为等效导线电阻和接触电阻）第98页 a. a. 二端法二端法二端法二端法b. b. 四端法四端法四端法四端法图图图图a a中，中，中，中，实际测量得到的电阻值为实际测量得到的电阻值为实际测量得到的电阻值为实际测量得到的电阻值为R R R Rx x x x+R+R+R+Rl1l1l1l1+R+R+R+Rl2l2l2l2（即包含了引线电阻和接触电阻），使测量值偏（即包含了引线电阻和接触电阻），使测量值偏（即包含了引线电阻和接触电阻），使测量值偏（即包含了引线电阻和接触电阻），使测量值偏大适合测量大电阻测量大电阻测量大电阻测量大电阻图图图图b b b b中，为了提高小电阻测量精度，采用四端法中，为了提高小电阻测量精度，采用四端法中，为了提高小电阻测量精度，采用四端法中，为了提高小电阻测量精度，采用四端法第99页5．．6 数字电压表误差分析及自动化技术数字电压表误差分析及自动化技术5 5 5 5．．．．6 6 6 6．．．．1 DVM1 DVM1 DVM1 DVM的误差分析的误差分析的误差分析的误差分析1 DVM1 DVM1 DVM1 DVM的整体误差的整体误差的整体误差的整体误差 包括包括包括包括固有误差和附加误差固有误差和附加误差固有误差和附加误差固有误差和附加误差。

需误差合成）需误差合成）需误差合成）需误差合成） 固有误差固有误差固有误差固有误差表示在一定测量条件下表示在一定测量条件下表示在一定测量条件下表示在一定测量条件下DVMDVMDVMDVM本身所固本身所固本身所固本身所固有的误差，它反映了有的误差，它反映了有的误差，它反映了有的误差，它反映了DVMDVMDVMDVM的性能指标的性能指标的性能指标的性能指标 附加误差附加误差附加误差附加误差指测量环境的变化（如温度漂移）和指测量环境的变化（如温度漂移）和指测量环境的变化（如温度漂移）和指测量环境的变化（如温度漂移）和测量条件（如被测电压的等效信号源内阻）所测量条件（如被测电压的等效信号源内阻）所测量条件（如被测电压的等效信号源内阻）所测量条件（如被测电压的等效信号源内阻）所引起的测量误差引起的测量误差引起的测量误差引起的测量误差第100页(1) (1) 固有误差固有误差固有误差固有误差 用用用用 或或或或 表示。

表示 读数误差与被测电压大小有关，它包括读数误差与被测电压大小有关，它包括读数误差与被测电压大小有关，它包括读数误差与被测电压大小有关，它包括转换误差转换误差转换误差转换误差（或称为刻度误差）和（或称为刻度误差）和（或称为刻度误差）和（或称为刻度误差）和非线性误差非线性误差非线性误差非线性误差；满度误差与被；满度误差与被；满度误差与被；满度误差与被测电压大小无关，主要由测电压大小无关，主要由测电压大小无关，主要由测电压大小无关，主要由系统漂移系统漂移系统漂移系统漂移引起 转换误差转换误差转换误差转换误差表示了从输入衰减表示了从输入衰减表示了从输入衰减表示了从输入衰减/ /放大器（设传递系数放大器（设传递系数放大器（设传递系数放大器（设传递系数分别为分别为分别为分别为k k1 1和和和和k k2 2）、模拟开关（传递系数）、模拟开关（传递系数）、模拟开关（传递系数）、模拟开关（传递系数k k3 3）到）到）到）到A/DA/D转转转转换器（传递系数换器（传递系数换器（传递系数换器（传递系数k k4 4）的转换特性。

将）的转换特性将）的转换特性将）的转换特性将DVMDVM的输入的输入的输入的输入VxVx到最终转换结果到最终转换结果到最终转换结果到最终转换结果N N视为一个由视为一个由视为一个由视为一个由k k1 1~k~k4 4的多级级连系统，的多级级连系统，的多级级连系统，的多级级连系统，则则则则 式中，式中，式中，式中， 即为即为即为即为DVMDVM的的的的“ “转换系数转换系数转换系数转换系数” ”，它是，它是，它是，它是刻度系数刻度系数刻度系数刻度系数e e（（（（V/V/字）的倒数字）的倒数字）的倒数字）的倒数理论上，转换系数理论上，转换系数理论上，转换系数理论上，转换系数k k应应应应为常数为常数为常数为常数，但由于各部件的非理想性，必然存在误差但由于各部件的非理想性，必然存在误差但由于各部件的非理想性，必然存在误差但由于各部件的非理想性，必然存在误差第101页 由由由由 , , , ,转换系数转换系数转换系数转换系数k k k k的相对误差为各的相对误差为各的相对误差为各的相对误差为各k k k k1 1、、、、k k k k2 2、、、、k k k k3 3、、、、k k k k4 4的相对误差之和。

若不考虑非线性误差，则的相对误差之和若不考虑非线性误差，则的相对误差之和若不考虑非线性误差，则的相对误差之和若不考虑非线性误差，则k%k%k%k%即为读数误差项系数（即为读数误差项系数（即为读数误差项系数（即为读数误差项系数（α%α%α%α%）即Ø满度误差满度误差满度误差满度误差 满度误差满度误差满度误差满度误差是由级连系统中各部件的漂移引是由级连系统中各部件的漂移引是由级连系统中各部件的漂移引是由级连系统中各部件的漂移引起的，与输入电压无关起的，与输入电压无关起的，与输入电压无关起的，与输入电压无关 设各部件的输出电压分别为设各部件的输出电压分别为设各部件的输出电压分别为设各部件的输出电压分别为V V V Vo1o1o1o1,V,V,V,Vo2o2o2o2,V,V,V,Vo3o3o3o3和和和和V V V Vo4o4o4o4，输，输，输，输出电压的误差量分别为出电压的误差量分别为出电压的误差量分别为出电压的误差量分别为ΔVΔVΔVΔVo1o1o1o1,ΔV,ΔV,ΔV,ΔVo2o2o2o2,ΔV,ΔV,ΔV,ΔVo3o3o3o3,ΔV,ΔV,ΔV,ΔVo4o4o4o4，则，则，则，则折合到总输入端（相对于被测量）的误差量为折合到总输入端（相对于被测量）的误差量为折合到总输入端（相对于被测量）的误差量为折合到总输入端（相对于被测量）的误差量为则满度误差项系数则满度误差项系数则满度误差项系数则满度误差项系数为：为：为：为：第102页DVMDVM存在读数误差和满度误差时的转换特性如存在读数误差和满度误差时的转换特性如存在读数误差和满度误差时的转换特性如存在读数误差和满度误差时的转换特性如下图所示（图中粗线为实际转换特性曲线）。

下图所示（图中粗线为实际转换特性曲线）下图所示（图中粗线为实际转换特性曲线）下图所示（图中粗线为实际转换特性曲线）第103页(2) (2) (2) (2) 附加误差附加误差附加误差附加误差 由由由由DVMDVMDVMDVM输入阻抗、输入零电流及温度漂移输入阻抗、输入零电流及温度漂移输入阻抗、输入零电流及温度漂移输入阻抗、输入零电流及温度漂移等引起 DVM DVM DVM DVM的输入等效电路：的输入等效电路：的输入等效电路：的输入等效电路： 图中，图中，图中，图中，R R R Rs s s s为输入电压为输入电压为输入电压为输入电压V V V Vx x x x的等效信号源内阻，的等效信号源内阻，的等效信号源内阻，的等效信号源内阻，R R R Ri i i i和和和和I I I I0 0 0 0分别为分别为分别为分别为DVMDVMDVMDVM的等效输入电阻和输入零电流的等效输入电阻和输入零电流的等效输入电阻和输入零电流的等效输入电阻和输入零电流 第104页由由由由R R R Ri i i i和和和和I I I I0 0 0 0引入的附加误差引入的附加误差引入的附加误差引入的附加误差为：为：为：为：典型典型典型典型DVMDVMDVMDVM的输入放大器的输入电阻为的输入放大器的输入电阻为的输入放大器的输入电阻为的输入放大器的输入电阻为1000MΩ(1000MΩ(1000MΩ(1000MΩ(接入分接入分接入分接入分压器时输入电阻为压器时输入电阻为压器时输入电阻为压器时输入电阻为10MΩ),10MΩ),10MΩ),10MΩ),输入零电流约为输入零电流约为输入零电流约为输入零电流约为0.5nA0.5nA0.5nA0.5nA。

温度漂移引起的附加误差温度漂移引起的附加误差温度漂移引起的附加误差温度漂移引起的附加误差：：：：用用用用 ℃ ℃ ℃ ℃或温度系数或温度系数或温度系数或温度系数ppm(ppm(ppm(ppm(百万分之一百万分之一百万分之一百万分之一) ) ) )表示第105页[ [例例例例] ] 一台一台一台一台3 3位半的位半的位半的位半的DVMDVM给出的精度为：给出的精度为：给出的精度为：给出的精度为：± ±（（（（0.1%0.1%读数读数读数读数+1+1字），如字），如字），如字），如用该用该用该用该DVMDVM的的的的0~20V DC0~20V DC的基本量程分别测量的基本量程分别测量的基本量程分别测量的基本量程分别测量5.00V5.00V和和和和15.00V15.00V的的的的电源电压，试计算电源电压，试计算电源电压，试计算电源电压，试计算DVMDVM测量的固有误差测量的固有误差测量的固有误差测量的固有误差[ [ [ [解解解解] ] ] ] 首先，计算出首先，计算出首先，计算出首先，计算出“1“1“1“1字字字字””””对应的满度误差。

对应的满度误差对应的满度误差对应的满度误差在在在在0~20V0~20V0~20V0~20V量量量量程程程程上上上上，，，，3 3 3 3位位位位半半半半的的的的DVMDVMDVMDVM对对对对应应应应的的的的刻刻刻刻度度度度系系系系数数数数为为为为0.01V/0.01V/0.01V/0.01V/字字字字，，，，因因因因而满度误差而满度误差而满度误差而满度误差“1“1“1“1字字字字””””相当于相当于相当于相当于0.01V0.01V0.01V0.01V当当当当Vx=5.00VVx=5.00VVx=5.00VVx=5.00V时，固有误差和相对误差分别为：时，固有误差和相对误差分别为：时，固有误差和相对误差分别为：时，固有误差和相对误差分别为：ΔVΔVΔVΔVx x x x＝＝＝＝±(0.1%×5.00V±(0.1%×5.00V±(0.1%×5.00V±(0.1%×5.00V＋＋＋＋0.01V)0.01V)0.01V)0.01V)＝＝＝＝±0.015V ±0.015V ±0.015V ±0.015V 当当当当Vx=15.00VVx=15.00VVx=15.00VVx=15.00V时，固有误差和相对误差分别为：时，固有误差和相对误差分别为：时，固有误差和相对误差分别为：时，固有误差和相对误差分别为：ΔVΔVx x＝＝＝＝±(0.1%×15.00V±(0.1%×15.00V＋＋＋＋0.01V)0.01V)＝＝＝＝±0.025V ±0.025V 可见，可见，被测电压愈接近满度电压，测量的（相对）被测电压愈接近满度电压，测量的（相对）误差愈小误差愈小（这也是在使用（这也是在使用DVMDVM时应注意的）。

时应注意的）第106页2DVMDVM中各部件的中各部件的中各部件的中各部件的误差分析误差分析3 以双斜式以双斜式A/D转换器构成的转换器构成的DVM为例，考虑为例，考虑由输入通道电路和由输入通道电路和A/D转换器各组成部件的非理想转换器各组成部件的非理想而引入的误差及相应的误差表达式而引入的误差及相应的误差表达式4 这些误差包括：积分器误差；比较器误差；这些误差包括：积分器误差；比较器误差；模拟开关误差；基准电压源误差；输入衰减模拟开关误差；基准电压源误差；输入衰减/放大放大器误差；器误差；A/D转换器的量化误差转换器的量化误差第107页1) 1) 积分器误差积分器误差积分器误差积分器误差：：：：积分器的输入失调电压积分器的输入失调电压积分器的输入失调电压积分器的输入失调电压U U U Uosososos和输入偏和输入偏和输入偏和输入偏置电流置电流置电流置电流I I I IB B B B引起的误差引起的误差引起的误差引起的误差 采用积分器动态校零技术可消除采用积分器动态校零技术可消除采用积分器动态校零技术可消除采用积分器动态校零技术可消除U U U Uosososos和和和和I I I IB B B B影响。

影响2) 2) 2) 2) 比较器误差比较器误差比较器误差比较器误差：比较器的灵敏度：比较器的灵敏度：比较器的灵敏度：比较器的灵敏度( ( ( (电压分辨力电压分辨力电压分辨力电压分辨力) ) ) )和响和响和响和响应带宽应带宽应带宽应带宽( ( ( (时间分辨力时间分辨力时间分辨力时间分辨力) ) ) )不足将对不足将对不足将对不足将对A/DA/DA/DA/D转换结果产生转换结果产生转换结果产生转换结果产生影响第108页3) 3) 3) 3) 基准电压源误差基准电压源误差基准电压源误差基准电压源误差：基准电压（参考电压）的精度和稳定：基准电压（参考电压）的精度和稳定：基准电压（参考电压）的精度和稳定：基准电压（参考电压）的精度和稳定性也将直接影响到性也将直接影响到性也将直接影响到性也将直接影响到A/DA/DA/DA/D转换结果转换结果转换结果转换结果4) 4) 4) 4) 模拟开关误差模拟开关误差模拟开关误差模拟开关误差：实际的模拟开关总存在一定的导通电阻：实际的模拟开关总存在一定的导通电阻：实际的模拟开关总存在一定的导通电阻：实际的模拟开关总存在一定的导通电阻（接通时）及漏电流（断开时），因此，对后续电路产（接通时）及漏电流（断开时），因此，对后续电路产（接通时）及漏电流（断开时），因此，对后续电路产（接通时）及漏电流（断开时），因此，对后续电路产生影响。

为减小模拟开关误差，可在模拟开关到积分器生影响为减小模拟开关误差，可在模拟开关到积分器生影响为减小模拟开关误差，可在模拟开关到积分器生影响为减小模拟开关误差，可在模拟开关到积分器的积分电阻之间加入一级跟随器的积分电阻之间加入一级跟随器的积分电阻之间加入一级跟随器的积分电阻之间加入一级跟随器5) 5) 5) 5) 输入衰减输入衰减输入衰减输入衰减/ / / /放大器误差放大器误差放大器误差放大器误差：非理想的输入衰减：非理想的输入衰减：非理想的输入衰减：非理想的输入衰减/ / / /放大器的零放大器的零放大器的零放大器的零点漂移、增益误差、响应带宽的影响，以及输入阻抗与点漂移、增益误差、响应带宽的影响，以及输入阻抗与点漂移、增益误差、响应带宽的影响，以及输入阻抗与点漂移、增益误差、响应带宽的影响，以及输入阻抗与输入信号源的等效内阻对输入信号的影响，输出阻抗对输入信号源的等效内阻对输入信号的影响，输出阻抗对输入信号源的等效内阻对输入信号的影响，输出阻抗对输入信号源的等效内阻对输入信号的影响，输出阻抗对后续电路的影响等，都将引入后续电路的影响等，都将引入后续电路的影响等，都将引入后续电路的影响等，都将引入DVMDVMDVMDVM的测量误差。

的测量误差的测量误差的测量误差6) 6) 6) 6) A/DA/DA/DA/D转换器的量化误差转换器的量化误差转换器的量化误差转换器的量化误差：：：：A/DA/DA/DA/D转换器用有限位数的数字量转换器用有限位数的数字量转换器用有限位数的数字量转换器用有限位数的数字量来表示模拟电压（等分来表示模拟电压（等分来表示模拟电压（等分来表示模拟电压（等分2 2 2 2n n n n个阶梯）个阶梯）个阶梯）个阶梯） 量化误差最大为量化误差最大为量化误差最大为量化误差最大为 (1LSB (1LSB (1LSB (1LSB相当于一个量化阶梯相当于一个量化阶梯相当于一个量化阶梯相当于一个量化阶梯) ) ) )第109页5．．6．．2 DVM中的自动校正技术中的自动校正技术1 1 1 1 满度误差与自动校零技术满度误差与自动校零技术满度误差与自动校零技术满度误差与自动校零技术 满度误差主要由输入放大器和积分器的满度误差主要由输入放大器和积分器的满度误差主要由输入放大器和积分器的满度误差主要由输入放大器和积分器的U U U Uosososos和和和和I I I IB B B B引起。

引起放大器输入端的零点漂移放大器输入端的零点漂移放大器输入端的零点漂移放大器输入端的零点漂移U U U Uosososos--------〉输出端为〉输出端为〉输出端为〉输出端为AUAUAUAUosososos图a a a a 为减小为减小为减小为减小U U U Uosososos的影响，可在放大器同相或反相输入端采的影响，可在放大器同相或反相输入端采的影响，可在放大器同相或反相输入端采的影响，可在放大器同相或反相输入端采用一个保持电容，用以抵消该漂移电压下图用一个保持电容，用以抵消该漂移电压下图用一个保持电容，用以抵消该漂移电压下图用一个保持电容，用以抵消该漂移电压下图b b b b a. a. a. a.放大器的放大器的放大器的放大器的U U U Uosososos引起输出变化引起输出变化引起输出变化引起输出变化AUAUAUAUosososos b. b. b. b.自动校零原理（并联式）自动校零原理（并联式）自动校零原理（并联式）自动校零原理（并联式）Uos+-AViVo=A(Vi+Uos)Uos+-AViVo=AVi+Uos+-+-K1K2K3+-C0A1+AosU第110页满度误差满度误差满度误差满度误差自动校零原理自动校零原理自动校零原理自动校零原理 在在在在A/DA/D转换之前，插入一个转换之前，插入一个转换之前，插入一个转换之前，插入一个“ “零采样期零采样期零采样期零采样期” ”（放大器成（放大器成（放大器成（放大器成为一个为一个为一个为一个“ “零点电压跟随器零点电压跟随器零点电压跟随器零点电压跟随器” ”），同相端），同相端），同相端），同相端U U＋＝＋＝＋＝＋＝UosUos，反相，反相，反相，反相端端端端U U－＝－＝－＝－＝VoVo，由，由，由，由VoVo＝Ａ＝Ａ＝Ａ＝Ａ(Uos(Uos－－－－Vo)Vo)，可得：，可得：，可得：，可得： 零采样期结束时，该电压将存储于保持电容器零采样期结束时，该电压将存储于保持电容器零采样期结束时，该电压将存储于保持电容器零采样期结束时，该电压将存储于保持电容器C0C0中。

中 接入接入接入接入ViVi后，有：后，有：后，有：后，有： 可见，放大器可见，放大器可见，放大器可见，放大器UosUos的影响，其输出也仅为的影响，其输出也仅为的影响，其输出也仅为的影响，其输出也仅为UosUos（比没（比没（比没（比没有自动校零时的图有自动校零时的图有自动校零时的图有自动校零时的图a a减小了减小了减小了减小了A A倍） 实际实际实际实际DVMDVM中，输入放大器、积分器和比较器都存在中，输入放大器、积分器和比较器都存在中，输入放大器、积分器和比较器都存在中，输入放大器、积分器和比较器都存在UosUos，因此，存储电容，因此，存储电容，因此，存储电容，因此，存储电容C0C0存储的是总的零点漂移电压存储的是总的零点漂移电压存储的是总的零点漂移电压存储的是总的零点漂移电压第111页2 2 读数误差的自动校正技术读数误差的自动校正技术 积分器的零点校正，不仅可以减小满度误积分器的零点校正，不仅可以减小满度误差，也可减小读数误差中的差，也可减小读数误差中的转换误差转换误差 读数误差中的读数误差中的非线性误差非线性误差，则还需要采取，则还需要采取其他措施，主要有补偿和校正两种措施（参考其他措施，主要有补偿和校正两种措施（参考有关文献）。

有关文献）第112页3 DVM3 DVM的校准测量原理的校准测量原理( (软件校准软件校准) ) 利用微处理器的数据存储与运算功能，可对转利用微处理器的数据存储与运算功能，可对转利用微处理器的数据存储与运算功能，可对转利用微处理器的数据存储与运算功能，可对转换误差（通道增益）和零点漂移进行校准，即换误差（通道增益）和零点漂移进行校准，即换误差（通道增益）和零点漂移进行校准，即换误差（通道增益）和零点漂移进行校准，即软软软软件校准测量件校准测量件校准测量件校准测量 软件校准测量原理软件校准测量原理软件校准测量原理软件校准测量原理如下图第113页 如图，设如图，设如图，设如图，设UosUosUosUos为折算到输入端的等效零漂，总的为折算到输入端的等效零漂，总的为折算到输入端的等效零漂，总的为折算到输入端的等效零漂，总的转换系数为转换系数为转换系数为转换系数为k k k k，，，，NxNxNxNx、、、、NrNrNrNr、、、、N0N0N0N0分别为输入被测电压分别为输入被测电压分别为输入被测电压分别为输入被测电压VxVxVxVx、、、、参考电压参考电压参考电压参考电压VrVrVrVr和和和和0V(0V(0V(0V(接地接地接地接地) ) ) )时时时时A/DA/DA/DA/D转换结果的数字量。

转换结果的数字量转换结果的数字量转换结果的数字量 校准过程如下：校准过程如下：校准过程如下：校准过程如下： (1) (1) (1) (1)零点校准零点校准零点校准零点校准零点电压（零点电压（零点电压（零点电压（0V0V0V0V）经衰减）经衰减）经衰减）经衰减/ / / /放大后，放大后，放大后，放大后，得到相应的转换结果得到相应的转换结果得到相应的转换结果得到相应的转换结果N0N0N0N0并存储第114页 (2) 参考校准参考校准参考校准参考校准（取满量程的（取满量程的（取满量程的（取满量程的80%80%）接入参考电压）接入参考电压）接入参考电压）接入参考电压VrVr并进行并进行并进行并进行A/DA/D转换，设转换结果为转换，设转换结果为转换，设转换结果为转换，设转换结果为NrNr并存储 (3) 输入被测电压输入被测电压输入被测电压输入被测电压VxVx并进行并进行并进行并进行A/DA/D转换，设转换结果转换，设转换结果转换，设转换结果转换，设转换结果为为为为NxNx 联立三式得：联立三式得： 上式为上式为校准测量的基本关系式校准测量的基本关系式。

完全消除了通道完全消除了通道零漂零漂UosUos和转换系数和转换系数k k的变化引起的测量误差的变化引起的测量误差第115页5.6.3 DVM中的自动量程技术中的自动量程技术1 1 满度误差与量程选择的关系：满度误差与量程选择的关系：满度误差与量程选择的关系：满度误差与量程选择的关系： 根据根据根据根据DVMDVMDVMDVM固有误差的表达式：固有误差的表达式：固有误差的表达式：固有误差的表达式： 式中式中式中式中β%β%β%β%为满度误差的固定项系数为满度误差的固定项系数为满度误差的固定项系数为满度误差的固定项系数 可见，可见，可见，可见，DVMDVMDVMDVM的满度误差在的满度误差在的满度误差在的满度误差在某个某个某个某个V V V Vm m m m全量程上固定不变，全量程上固定不变，全量程上固定不变，全量程上固定不变，而其相对误差将随着被测而其相对误差将随着被测而其相对误差将随着被测而其相对误差将随着被测电压愈接近满量程电压愈接近满量程电压愈接近满量程电压愈接近满量程V V V Vm m m m而愈小。

而愈小 因此，量程的选择应与被因此，量程的选择应与被因此，量程的选择应与被因此，量程的选择应与被测电压的大小相适应测电压的大小相适应测电压的大小相适应测电压的大小相适应第116页2 2量程自动选择实现原理：量程自动选择实现原理：量程自动选择实现原理：量程自动选择实现原理：3 3 “ “ “ “手动手动手动手动””””或或或或““““自动自动自动自动” ” ” ” 选择 手动选择：先置于某个较大量程上，根据读数值调手动选择：先置于某个较大量程上，根据读数值调手动选择：先置于某个较大量程上，根据读数值调手动选择：先置于某个较大量程上，根据读数值调整 自动选择：确定各量程的界限值，且相邻两个量程自动选择：确定各量程的界限值，且相邻两个量程自动选择：确定各量程的界限值，且相邻两个量程自动选择：确定各量程的界限值，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之间应有适当的重叠，以避免当被测电压在界限值附之间应有适当的重叠，以避免当被测电压在界限值附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，两个相邻量程上频繁切换近变化时，两个相邻量程上频繁切换近变化时，两个相邻量程上频繁切换近变化时，两个相邻量程上频繁切换( “( “( “( “摇摆不定摇摆不定摇摆不定摇摆不定””””) ) ) )。

可将较大一档量程的最小电压设置为可将较大一档量程的最小电压设置为可将较大一档量程的最小电压设置为可将较大一档量程的最小电压设置为相邻小一档量程相邻小一档量程相邻小一档量程相邻小一档量程满度值的满度值的满度值的满度值的90%90%90%90% 第117页5.7 电压测量的干扰及抑制技术电压测量的干扰及抑制技术 干扰是对有用被测信号的扰动干扰是对有用被测信号的扰动干扰是对有用被测信号的扰动干扰是对有用被测信号的扰动，特别是当被测信，特别是当被测信，特别是当被测信，特别是当被测信号较小（或微弱）时，干扰的影响显得更为严重号较小（或微弱）时，干扰的影响显得更为严重号较小（或微弱）时，干扰的影响显得更为严重号较小（或微弱）时，干扰的影响显得更为严重因此，必须提高电压测量的抗干扰能力，特别是对因此，必须提高电压测量的抗干扰能力，特别是对因此，必须提高电压测量的抗干扰能力，特别是对因此，必须提高电压测量的抗干扰能力，特别是对于高分辨力高精度的数字电压表更为重要于高分辨力高精度的数字电压表更为重要。

于高分辨力高精度的数字电压表更为重要于高分辨力高精度的数字电压表更为重要 第118页5.7.1 5.7.1 干扰的来源及分类干扰的来源及分类干扰的来源及分类干扰的来源及分类 分类：串摸干扰和共摸干扰分类：串摸干扰和共摸干扰分类：串摸干扰和共摸干扰分类：串摸干扰和共摸干扰 串摸干扰：是指干扰信号以串摸干扰：是指干扰信号以串摸干扰：是指干扰信号以串摸干扰：是指干扰信号以串联叠加的形式串联叠加的形式串联叠加的形式串联叠加的形式对被测对被测对被测对被测信号产生的干扰；信号产生的干扰；信号产生的干扰；信号产生的干扰； 共摸干扰：是指干扰信号共摸干扰：是指干扰信号共摸干扰：是指干扰信号共摸干扰：是指干扰信号同时作用于同时作用于同时作用于同时作用于DVMDVM的两个测的两个测的两个测的两个测量输入端量输入端量输入端量输入端（称为高端（称为高端（称为高端（称为高端HH和低端和低端和低端和低端L L）第119页串模干扰起因及特性：串模干扰起因及特性：串模干扰起因及特性：串模干扰起因及特性：ü可能来自于被测信号源本身（例如，直流稳压可能来自于被测信号源本身（例如，直流稳压可能来自于被测信号源本身（例如，直流稳压可能来自于被测信号源本身（例如，直流稳压电源输出就存在纹波干扰）；电源输出就存在纹波干扰）；电源输出就存在纹波干扰）；电源输出就存在纹波干扰）；ü也可能从测量引线感应进来的工频（也可能从测量引线感应进来的工频（也可能从测量引线感应进来的工频（也可能从测量引线感应进来的工频（50Hz50Hz50Hz50Hz）或）或）或）或高频干扰高频干扰高频干扰高频干扰( ( ( (如雷电或无线电发射引起的空中电如雷电或无线电发射引起的空中电如雷电或无线电发射引起的空中电如雷电或无线电发射引起的空中电磁干扰磁干扰磁干扰磁干扰) ) ) )。

ü就干扰源的频率来说，可从就干扰源的频率来说，可从就干扰源的频率来说，可从就干扰源的频率来说，可从直流、低频到超高直流、低频到超高直流、低频到超高直流、低频到超高频频频频；干扰信号的波形可以是；干扰信号的波形可以是；干扰信号的波形可以是；干扰信号的波形可以是周期性的或非周期周期性的或非周期周期性的或非周期周期性的或非周期性性性性的，可以是的，可以是的，可以是的，可以是正弦波或非正弦波正弦波或非正弦波正弦波或非正弦波正弦波或非正弦波（如瞬间的尖（如瞬间的尖（如瞬间的尖（如瞬间的尖峰脉冲干扰），甚至完全是峰脉冲干扰），甚至完全是峰脉冲干扰），甚至完全是峰脉冲干扰），甚至完全是随机的随机的随机的随机的 ü各种干扰信号中，各种干扰信号中，各种干扰信号中，各种干扰信号中，50Hz50Hz50Hz50Hz的工频干扰的工频干扰的工频干扰的工频干扰是最主要的是最主要的是最主要的是最主要的干扰源第120页共模干扰起因及特性：共模干扰起因及特性：共模干扰起因及特性：共模干扰起因及特性：ü被测电压本身就存在共模电压（被测电压是一被测电压本身就存在共模电压（被测电压是一被测电压本身就存在共模电压（被测电压是一被测电压本身就存在共模电压（被测电压是一个浮置电压）。

如测量一个直流电桥的输出个浮置电压）如测量一个直流电桥的输出个浮置电压）如测量一个直流电桥的输出个浮置电压）如测量一个直流电桥的输出ü当被测电压与当被测电压与当被测电压与当被测电压与DVMDVMDVMDVM相距较远，相距较远，相距较远，相距较远，被测电压与被测电压与被测电压与被测电压与DVMDVMDVMDVM的的的的参考地电位不相等参考地电位不相等参考地电位不相等参考地电位不相等，将引起测量时的共模干扰将引起测量时的共模干扰将引起测量时的共模干扰将引起测量时的共模干扰ü共模干扰电压也分共模干扰电压也分共模干扰电压也分共模干扰电压也分直流电压和交流电压直流电压和交流电压直流电压和交流电压直流电压和交流电压两类ü共模干扰电压可能很大，如上百伏甚至上千伏共模干扰电压可能很大，如上百伏甚至上千伏共模干扰电压可能很大，如上百伏甚至上千伏共模干扰电压可能很大，如上百伏甚至上千伏第121页5.7.2 5.7.2 5.7.2 5.7.2 串模干扰的抑制串模干扰的抑制串模干扰的抑制串模干扰的抑制u抑制原理及基本方法抑制原理及基本方法抑制原理及基本方法抑制原理及基本方法Ø直流串模干扰：直流串模干扰：由于串模干扰是叠加在被测信号由于串模干扰是叠加在被测信号由于串模干扰是叠加在被测信号由于串模干扰是叠加在被测信号上，则很难从硬件上予以抑制，通常可采用软件上，则很难从硬件上予以抑制，通常可采用软件上，则很难从硬件上予以抑制，通常可采用软件上，则很难从硬件上予以抑制，通常可采用软件校准和数据处理的方法来处理。

校准和数据处理的方法来处理校准和数据处理的方法来处理校准和数据处理的方法来处理Ø周期性串模干扰：周期性串模干扰：可采用滤波的方法抑制（从被可采用滤波的方法抑制（从被可采用滤波的方法抑制（从被可采用滤波的方法抑制（从被测信号中滤除掉干扰信号）另外，采用积分式测信号中滤除掉干扰信号）另外，采用积分式测信号中滤除掉干扰信号）另外，采用积分式测信号中滤除掉干扰信号）另外，采用积分式A/DA/DA/DA/D转换器的转换器的转换器的转换器的DVMDVMDVMDVM，由于积分对输入信号的平均作，由于积分对输入信号的平均作，由于积分对输入信号的平均作，由于积分对输入信号的平均作用，因此，具有较好的抑制干扰的作用用，因此，具有较好的抑制干扰的作用用，因此，具有较好的抑制干扰的作用用，因此，具有较好的抑制干扰的作用Ø尖峰脉冲的干扰：尖峰脉冲的干扰：由于干扰强度大持续时间短，由于干扰强度大持续时间短，由于干扰强度大持续时间短，由于干扰强度大持续时间短，一般首先应在信号输入端加入限幅，再采用模拟一般首先应在信号输入端加入限幅，再采用模拟一般首先应在信号输入端加入限幅，再采用模拟一般首先应在信号输入端加入限幅，再采用模拟硬件滤波器或软件数字滤波。

硬件滤波器或软件数字滤波硬件滤波器或软件数字滤波硬件滤波器或软件数字滤波第122页5 5 5 5．．．．7 7 7 7．．．．3 3 3 3 共模干扰的抑制共模干扰的抑制共模干扰的抑制共模干扰的抑制u抑制原理及基本方法抑制原理及基本方法抑制原理及基本方法抑制原理及基本方法Ø存在共模干扰时的存在共模干扰时的存在共模干扰时的存在共模干扰时的DVMDVMDVMDVM输入等效电路（共模干扰是输入等效电路（共模干扰是输入等效电路（共模干扰是输入等效电路（共模干扰是通过环路地电流对两根测试导线（通过环路地电流对两根测试导线（通过环路地电流对两根测试导线（通过环路地电流对两根测试导线（H H H H、、、、L L L L端）共同端）共同端）共同端）共同产生影响）产生影响）产生影响）产生影响）第123页ØØ如图，如图，如图，如图，共模干扰电压共模干扰电压共模干扰电压共模干扰电压U U U Ucmcmcmcm通过通过通过通过环路电流环路电流环路电流环路电流I I I I1 1 1 1和和和和I I I I2 2 2 2同时作用于同时作用于同时作用于同时作用于DVMDVMDVMDVM的的的的H H H H、、、、L L L L端（但是，他们对端（但是，他们对端（但是，他们对端（但是，他们对H H H H、、、、L L L L端的影响量并不相等，端的影响量并不相等，端的影响量并不相等，端的影响量并不相等，见后面的分析），从而造成测量误差。

见后面的分析），从而造成测量误差见后面的分析），从而造成测量误差见后面的分析），从而造成测量误差ØØ因此，抑制共模干扰的基本原理是：因此，抑制共模干扰的基本原理是：因此，抑制共模干扰的基本原理是：因此，抑制共模干扰的基本原理是：üü减小两路环路电流；减小两路环路电流；减小两路环路电流；减小两路环路电流；üü或使共模干扰对或使共模干扰对或使共模干扰对或使共模干扰对H,LH,LH,LH,L端的影响能互相削弱或抵消端的影响能互相削弱或抵消端的影响能互相削弱或抵消端的影响能互相削弱或抵消。