电压测量(part3)

第五章电压测量,part3,5.6比较式A/D转换器,分为:,5.6.1逐次逼近比较式A/D转换器,1.物理思想：对分搜索,D/A转换器,图5.48D/A转换原理图,（5.58）,例如，设UFS=16v，当输入数码为“0110”时，输出电压为,（5.59）,表5.9常用的逐次逼近比较式AD变换器,逐次逼近，只能逼近，不能完全与被测电压相等。若要减小误差，只有增加位数。,但位数增加，电路复杂，成本提高，关键是末位比较电压太小易受干扰噪声影响以至无法工作。,5.6.3并联比较式A/D转换器（flashADC）,并联比较式是转换速度最快的一种A/D转换器，最高采样速率可达1000MSps。（像“闪烁”那样快，俗称闪烁型）,表5.11输入电压与比较器输出电平的关系,并联比较式A/D转换器的优缺点如下：,(1)由于采用同时比较方式，因此它是一种速度最快的A/D，转换时间可达10ns。,(2)转换时间为固定值，不随输入电压的改变而变化,表5.12并联比较式A/D产品,(3)电路复杂，需要的元器件多，需要2n-1个比较器。例如，要得到8比特的分辨力，则需要255个比较器。,在数字示波器、瞬态信号测试、视频图象采集等领域获得广泛应用。,上述并行比较式A/D转换器速度很高，但分辨率只有610位，再提高位数用集成工艺制造也很困难。解决高速、高分辨率ADC的一种设计思想是将两个（或多个）低分辨率的并行比较式ADC组合起来，合并一个高分辨率的ADC。,研究：如何使精度，位数而比较器不是很多的方案。,表5.13各类模数转换器的比较,5.7数字多用表DMM,数字多用表DMM(DigitalMultiMeter)是具有测量直流电压、直流电流、交流电压、交流电流及电阻等多种功能的数字测量仪器。,5.7.1交流直流(ACDC)转换器,被测信号ui送入到X、Y输入端，从XYZ端输出的电压经平均值电路(有源低通滤波器)再送回Z输入端，故直流输出电压为,（5.63）,真有效值,5.7.2电流-电压（I-U）转换器,Ix=Uo/Rf,（5.64）,5.7.3电阻电压(V)转换器,当在被测的未知电阻Rx中流过已知的恒定电流IS时，在RX上产生的电压降为URxIs，故通过恒定电流可实现V转换。,5.7.4数字多用表的发展简况,台式DMM的位数较多，精度及自动化程度较高。各厂家都有自己的专利技术，近年已做到8,位的极限精度。表5.16列出了,几种具有代表性的台式DMM的主要性能。,表5.16几种台式的DMM主要性能,5.8数字电压表的误差与干扰,5.8.1数字电压测量误差公式,形式1,形式2,1、采用某电压表（正弦有效值刻度）测量峰值相等（Vp=5V）的正弦波、方波、三角波，发现读数相同，则该表为_检波方式，读数_。2、某数字电压表的最大计数容量为19999，通常称该表为_位数字电压表；若其最小量程为0.2V，则其分辨力为_。3、一台5位DVM，其基本量程为10V，则其刻度系数（即每个字代表的电压值）为_mv/字。4、一台5位半DVM，其基本量程为2V，则其刻度系数（即每个字代表的电压值）为_mV/字。,二、判断题：1、对双积分式DVM来说，串模干扰的最大危险在低频。（）2、数字电压表的固有误差由两项组成，其中仅与被测电压大小有关的误差叫读数误差，与选用量程有关的误差叫满度误差。（）3、峰值电压表按有效值刻度，它能测量任意波形电压的有效值。（）4、双斜式DVM中，其平均特性可以抑制共模干扰影响。（）,三、选择题：1、交流电压的波峰因素Kp定义为_。A:峰值/平均值B:有效值/平均值C:峰值/有效值D:平均值/峰值2、波形因素为_。A:平均值与有效值之比B:有效值与平均值之比C:峰值与平均值之比D:峰值与有效值之比3、一台4位半的DVM，因有误差为（0.01%Ux+1字），则在2V量程上的满度误差为（）。A:1mVB:2mVC:0.1mVD:0.2mV,3、在双斜式积分DVM中，积分过程可简述为_。A:对被测信号定斜率正向积分，对基准电压定时反向积分B:对被测信号定时正向积分，对基准电压定斜率反向积分C:对被测信号定时正向积分，对基准电压定时反向积分D:对被测信号定斜率正向积分，对基准电压定斜率反向积分,四、简答题1、双斜积分式DVM基准电压Vr=10V，第一次积分时间T1=100ms，时钟频率f0=100kHz，问：（1）该DVM为多少位的电压表？（2）该DVM的分辨力为多少？（3）DVM显示出T2时间内的计数值N2=5600，问被测电压Vx=?,2,甲、乙两台DVM，甲的显示器显示的最大值为9999，乙为19999，问：（1）它们各是几位的DVM，是否有超量程能力？（2）若乙的最小量程为200mV，其分辨率为多少？若乙的固有误差为，分别用2V和20V档测量电压时，绝对误差和满度相对误差各为多少？,3逐次逼近比较式DVM和双积分式DVM各有哪些特点？各适用于哪些场合？,逐次逼近比较式DVM的特点：（1）测量速度快（2）测量精度取决于标准电阻和基准电压源的精度以及D/A转换器的位数（3）由于测量值对应于瞬时值，而不是平均值，抗干扰能力较差。逐次逼近比较式DVM多用于多点快速检测系统中双积分式DVM的特点：（1）它通过两次积分将电压转换成与之成正比的时间间隔，抵消了电路参数的影响。（2）积分器时间可选为工频的整数倍，抑制了工频干扰，具有较强的抗干扰能力。（3）积分过程是个缓慢的过程，降低了测量速度，特别是为了常选积分周期，因而测量速度低。双积分式DVM适用于灵敏度要求高,测量速度要求不高,有干扰的场合,4、用正弦有效值刻度的均值电压表测量正弦波、方波和三角波，读数都为1V，三种信号波形的有效值为多少？,先把=1V换算成正弦波的平均值。按“平均值相等则读数相等”的原则，方波和三角波电压的平均值也为0.9V，然后再通过电压的波形因数计算有效值。,5、欲测量失真的正弦波，若手头无有效值电压表，只有峰值电压表和均值电压表可选用，问选哪种表更合适些？