第3章 电压测量

1、第三章第三章 电压测量电压测量3.1 引言引言1.1.意义意义 电量和非电量常常都要依靠电压测量的方法来进电量和非电量常常都要依靠电压测量的方法来进行研究。行研究。2.2.发展过程发展过程 大体都是从模拟电压表到数字电压表的过程。大体都是从模拟电压表到数字电压表的过程。3.3.分类分类 1 1）按频率范围分为直流电压测量和交流电压测量；）按频率范围分为直流电压测量和交流电压测量； 2 2）按测量技术分为模拟测量和数字测量；）按测量技术分为模拟测量和数字测量； 3 3）按被测信号的特点分为脉冲电压测量和有效电压测量。）按被测信号的特点分为脉冲电压测量和有效电压测量。4.4.要求要求 1 1）测量

2、范围足够大；）测量范围足够大； 2 2）输入阻抗必须很高，避免负载效应；）输入阻抗必须很高，避免负载效应； 3 3）要有足够的频率响应范围；）要有足够的频率响应范围； 4 4）测量误差必须在允许范围；）测量误差必须在允许范围； 5 5）可以准确测量各种波形的信号。）可以准确测量各种波形的信号。5.5.主要技术指标主要技术指标 1 1）幅度范围；）幅度范围； 2 2）频率范围；）频率范围； 3 3）输入特性；）输入特性； 4 4）分辨力；）分辨力； 5 5）准确度；）准确度；3.2 电压测量的基本方法电压测量的基本方法1.交流电压的模拟测量方法交流电压的模拟测量方法 两种基本方式：放大检波式和检

3、波放大式。两种基本方式：放大检波式和检波放大式。 正弦电压可以表示为正弦电压可以表示为 sinpV tVt交流电压的交流电压的峰值峰值pV交流电压的交流电压的平均值平均值dttVTAVTV0)(1交流电压的交流电压的有效值有效值(Vrms，或，或V) 201TrmsVVt dtT将正弦电压代入将正弦电压代入,并取并取=0,则有则有0 .6 3 70 .7 0 7A Vprm spVVVV波峰因数波峰因数ppfA VVkVVkV波形因数波形因数表表3-1 各种波形的波形因数与波峰因数各种波形的波形因数与波峰因数例例:若利用以若利用以正弦波有效值刻度正弦波有效值刻度的均值电压表测量的均值电压表测量

4、正弦波、方波、三角波，读数均为正弦波、方波、三角波，读数均为1V，试问这三，试问这三种波形信号的有效值为多少？种波形信号的有效值为多少？_10.91.11fVVavkV方波：方波：_0.9 1 0.9fVkVavV 三角波三角波：_0.9 1.151.04fVkVavV解：正弦波：解：正弦波：V=1V均值电压表读数一样，表示三者的平均值一样大。均值电压表读数一样，表示三者的平均值一样大。2.电压的数字测量方法电压的数字测量方法 1）基本方法）基本方法 对于对于直流电压直流电压，DVMDVM将被测电压经将被测电压经模数转换模数转换，而后由数，而后由数字逻辑电路进行数据处理并以数码表示测量结果。字

5、逻辑电路进行数据处理并以数码表示测量结果。 对于对于交流电压交流电压，同样要，同样要先先通过通过检波检波电路电路转换为直流电转换为直流电压压（一般都为有效值），再按直流电压的数字测量方（一般都为有效值），再按直流电压的数字测量方法测量。法测量。2 2）电压数字测量方法的特点）电压数字测量方法的特点(1)(1)采用模数转换器；采用模数转换器；(2)(2)用数码显示测量结果；用数码显示测量结果；(3)(3)采用微处理器；采用微处理器；(4)(4)具有标准接口功能：具有标准接口功能：IEEE-488IEEE-488口，口，RS-232CRS-232C串口等；串口等；(5)(5)利用计算机软件功能：数

6、据处理、自动校零、抑制干扰。利用计算机软件功能：数据处理、自动校零、抑制干扰。3 3）数字电压表的主要技术指标）数字电压表的主要技术指标 (1)(1)输入范围输入范围（量程量程）: :1000V, 1000V, 具有自动量程转换、过量程能力具有自动量程转换、过量程能力 (2)(2)显示位数显示位数：手持式：手持式 3 3 位，目前最高位，目前最高 8 8 位位 (3)(3)准确度准确度： 四位表四位表0.001, 0.001, 五位表五位表0.0001, 0.0001, 目前最高目前最高1010-7-7 (4) (4)稳定度稳定度 ：短期稳定度（：短期稳定度（2424小时）读数小时）读数0.0

7、020.002 长期稳定度（半年）读数长期稳定度（半年）读数0.008 0.008 (5) (5)分辨力分辨力：显示最低位变化：显示最低位变化1 1 需要输入电压变化的值需要输入电压变化的值 目前最高达目前最高达1010-8 -8 V V (6) (6)灵敏度灵敏度：DVMDVM能测到的最小电压能测到的最小电压 如：如： 6 6 位位DVMDVM，输入，输入0-2V0-2V时，时，DVMDVM显示为显示为0 0； 输入输入3V3V时，显示时，显示0.0000030.000003； 输入输入4V4V时，显示时，显示0.000004.0.000004. 则则 灵敏度灵敏度为为3V3V，而，而分辨力

8、分辨力为为1V1V。(7)(7)读数速率读数速率 ： 可达可达100000100000次次/ /秒秒 (8)(8)数据存储容量数据存储容量 ：可存储上兆个数据：可存储上兆个数据(9)(9)数据处理能力数据处理能力：能求平均值、方差、标准偏差等：能求平均值、方差、标准偏差等(10)(10)输入阻抗输入阻抗：典型值：典型值 输入电阻输入电阻10M10M，输入电容，输入电容40pF40pF(11)(11)输入零电流输入零电流：输入端短路时仪器呈现的输入电流：输入端短路时仪器呈现的输入电流 通常为通常为nAnA级级 (12)(12)输出信号输出信号: BCD: BCD码码 (13)(13)输出接口输出

9、接口：GPIBGPIB、RS-232RS-232等等(14)(14)仪器的校准仪器的校准：内部有独立的供校准的标准：内部有独立的供校准的标准(15)(15)抗干扰能力抗干扰能力：抗串模干扰，抗共模干扰：抗串模干扰，抗共模干扰 补充介绍安捷仑、普源、福禄克的数字多用表补充介绍安捷仑、普源、福禄克的数字多用表4 4）数字电压表的分类）数字电压表的分类（1 1）按）按A/DA/D分分v比较式比较式原理类似天平，原理类似天平，速度快速度快 如，逐次比较式，余数循环比较式如，逐次比较式，余数循环比较式v积分式积分式原理类似弹簧秤，原理类似弹簧秤，速度慢，抗干扰速度慢，抗干扰 先用积分器将先用积分器将V

10、Vi i转换成某中间量（转换成某中间量（T,F)T,F)， 再将中间量转换为数字量显示。再将中间量转换为数字量显示。 V-TV-T式式：如双斜式、多斜式、脉冲调宽式。：如双斜式、多斜式、脉冲调宽式。 V-FV-F式：如脉冲反馈式、电压反馈式式：如脉冲反馈式、电压反馈式v复合式复合式将比较式和积分式结合，取长补短。将比较式和积分式结合，取长补短。 高精度高精度DVMDVM中常用。中常用。 有有V-FV-F比较式、比较式、V-TV-T比较式比较式（2 2）按转换速度分）按转换速度分v 低速型（低速型（1ms) 1ms) 积分式积分式v 中速型（中速型（1s-1ms) 1s-1ms) 逐次比较式逐次

11、比较式v 高速型（高速型（1s) 1s) 并联比较式，串联比较式并联比较式，串联比较式（3 3）按相应特性分）按相应特性分 v 瞬时响应：比较式瞬时响应：比较式 v 平均值响应：积分式平均值响应：积分式3.3 3.3 数字电压测量中的模数转换器数字电压测量中的模数转换器主要流派：双斜式、三斜式、多斜式、主要流派：双斜式、三斜式、多斜式、 脉冲调宽式、余数循环比较式脉冲调宽式、余数循环比较式1.1.双斜及多斜式模数转换器双斜及多斜式模数转换器1 1）双斜式）双斜式A/DA/D (1) (1)工作原理（图工作原理（图3-43-4） （注：（注：ViVi为正时，采用为正时，采用Vr, ViVr, V

12、i为负时，采用为负时，采用+Vr +Vr ） 双斜式模数转换过程可以分为双斜式模数转换过程可以分为 采样期采样期和和比较期比较期两个工作阶段。两个工作阶段。 积分器输出电压为积分器输出电压为1dVICdtVI dtC比较期比较期，积分器输出电压为，积分器输出电压为采样期采样期，积分器输出电压为，积分器输出电压为210_1210TrrVV dtRCTTViRCRCV (T2=t3-t2t3时时,V2=0)ittiVRCTdtVRCV12111（T1=t2-t1）dtVRCVVttr3212)(1（注：（注：Vi为正时，采用为正时，采用Vr Vi为负时，采用为负时，采用+Vr ）即即: :如计数时

13、钟周期为如计数时钟周期为T T。，。，T1T1期计数器满度值期计数器满度值N1,N1,T2T2期计数器满度值为期计数器满度值为N2N2，则有，则有_21rTViTV_21rNViNV定义定义 为为刻度系数刻度系数, ,表明单位数码所代表电压表明单位数码所代表电压的大小的大小, ,则上式可化为则上式可化为: :1re V N_2eNiV (2)(2)双斜式双斜式A/DA/D的特点的特点v 优点优点： 积分元件及时钟的变化不会影响转换精度；积分元件及时钟的变化不会影响转换精度； 比较器的零点偏移不会引起转换误差；比较器的零点偏移不会引起转换误差； 具有很强的抗串模干扰的能力。具有很强的抗串模干扰的

14、能力。 一般在一般在DVMDVM中干扰影响最大的是中干扰影响最大的是50Hz50Hz的工频干扰的工频干扰, , 这时可取这时可取T1=nT1=n20ms,n=1,2,3,20ms,n=1,2,3,。 双斜式双斜式A/DA/D对串模干扰的抑制作用见对串模干扰的抑制作用见图图3-63-6。v 缺点缺点： 转换速度低转换速度低 因为要满足因为要满足T1=nT1=n20ms20ms的条件，一次的条件，一次A/DA/D转换时间转换时间 至少需要至少需要T1+T22T1=2nT1+T22T1=2n20ms20ms的时间的时间分辨力与转换速度互为矛盾分辨力与转换速度互为矛盾 由式由式(3-12)可知，双斜式

15、可知，双斜式A/D分辨力为分辨力为Vr/N1 N1是固定值是固定值(因为因为T1=N1T0=n20ms)， 所以，要提高分辨力，只有减小所以，要提高分辨力，只有减小Vr； 但减小但减小Vr，就会增大，就会增大T2，从而降低转换速度。，从而降低转换速度。问题：如何在不降低转换速度的基础上，提高分辨力？问题：如何在不降低转换速度的基础上，提高分辨力？ 以测量长度为例，用两种单位测量：先用大单位粗测，再以测量长度为例，用两种单位测量：先用大单位粗测，再用小单位测剩余零头。三斜式用小单位测剩余零头。三斜式A/D就是基于这个原理。就是基于这个原理。2)三斜式三斜式A/D图图3-7(a)虚线框内为三斜式虚

16、线框内为三斜式A/D原理图，原理图，图图3-7(b) 为其时间波形图。为其时间波形图。三斜式三斜式DVMDVM中测量结果的数字量为中测量结果的数字量为_23112rnVNNiNV2n2312nNNN采样期的工作过程与双斜式完全相同，采样期的工作过程与双斜式完全相同，比较期则由比较期则由T2(T2(对对VrVr积分积分) )和和T3(T3(对对Vr/Vr/2 2n n积分积分) )两个阶段组成。两个阶段组成。由由积分电容净得电荷为零（电荷平衡原理）积分电容净得电荷为零（电荷平衡原理）, ,得得 12300011102TTTrirnVV dtV dtdtRCRCRC化简后有化简后有: : 由于由于

17、T3T3期间被积分的基准电压是期间被积分的基准电压是T2T2期的期的 ，所以在，所以在T3T3期期间间积分器输出的变化速率比积分器输出的变化速率比T2T2期间慢得多，在过零点的误期间慢得多，在过零点的误差也小得多。差也小得多。即三斜式有以下两个即三斜式有以下两个优点优点: :(1)(1)减小转换误差减小转换误差; ;(2)(2)加快转换速度（在相同分辨力的情况下）加快转换速度（在相同分辨力的情况下）。问题：如何进一步提高转换速度？问题：如何进一步提高转换速度？ 双斜式、三斜式在双斜式、三斜式在T1T1期都期都只对被测电压只对被测电压采样，转换结果采样，转换结果只能在只能在T2T2得到，所以得到

18、，所以T2T2时间一般较长。时间一般较长。要进一步提高转换速要进一步提高转换速度，就要减小度，就要减小T2T2时间。时间。只有在只有在T1T1就能得到部分结果就能得到部分结果，才能减，才能减小小T2T2的时间。的时间。多斜式多斜式就是基于这个思想。就是基于这个思想。1 2n3 3）多斜式）多斜式A/DA/D多斜式多斜式A/DA/D分为两个阶段分为两个阶段: :斜升期斜升期(T1)(T1)和斜降期和斜降期(T2)(T2) 优点优点: : (1) (1)不仅在不仅在T1T1期期内对被测信号进行积分，而且内对被测信号进行积分，而且也对基准电压也对基准电压进行积分。这样在采样期就进行积分。这样在采样期

19、就得到部分测量结果得到部分测量结果, ,提高了转换提高了转换速率速率。 (2)(2)比较期比较期对不同基准电压从大到小依次进行积分，以对不同基准电压从大到小依次进行积分，以提高提高测量精度测量精度。 2.2.脉冲调宽式模数转换器脉冲调宽式模数转换器 节拍方波节拍方波周期固定周期固定(Ts)(Ts)、幅度为、幅度为VsVs的方波电压。的方波电压。 脉冲调宽式脉冲调宽式A/DA/D的电路原理如图的电路原理如图3-9(a)3-9(a)所示。其工作所示。其工作过程结合图过程结合图3-9(b)3-9(b)的波形进行说明。的波形进行说明。 根据根据电荷平衡原理电荷平衡原理有有: : 注：节拍方波在一个周期

20、内正负对称，对注：节拍方波在一个周期内正负对称，对A/DA/D转换贡献为转换贡献为0 0。若取若取R1=R3,R1=R3,则有：则有： 若若T2T1(T2Ts/2),T2T1(T2Ts/2),则则ViVi为正；反之，则为正；反之，则ViVi为负。为负。脉冲调宽式脉冲调宽式A/DA/D的优点的优点: : 1 1）积分元件的变化不会影响模数转换的精度；）积分元件的变化不会影响模数转换的精度； 2 2）选择）选择TsTs为工频周期的整数倍，可以获得良好的抗串模干为工频周期的整数倍，可以获得良好的抗串模干扰能力；扰能力； 3 3）转换过程中，被测电压总是加在）转换过程中，被测电压总是加在A/DA/D的

21、输入端的输入端, ,可以应用可以应用于一些特殊的场合于一些特殊的场合; ;12121330irrVVVTTTTRRR)2TsT2(TsVr2VrTsT1T2Vi 4) 4) 精度高，比双斜式的线性度可以高两个数量级。精度高，比双斜式的线性度可以高两个数量级。世界上第一个世界上第一个 位数字多用表采用了脉冲调宽技术位数字多用表采用了脉冲调宽技术, ,它是英它是英国国SOLARTRONSOLARTRON公司的产品。公司的产品。3.3.余数循环比较式模数转换器余数循环比较式模数转换器 不采用积分器不采用积分器, ,它的核心是比较器它的核心是比较器, ,工作时采用工作时采用逐次逼近逐次逼近的方法。其简

22、化方框示于图的方法。其简化方框示于图3-103-10其中其中a a为转换的权值为转换的权值优点优点：1 1）分辨力高）分辨力高 2 2）转换速度快）转换速度快3) 3) 具有自动纠错的功能具有自动纠错的功能18201(1)12nnNNaNaNa余数循环比较过程（自动纠错）余数循环比较过程（自动纠错）序号序号输入电压输入电压/余数电压余数电压（V）极性判别极性判别数据检测数据检测D/A输出输出余数电压余数电压（V）余数存储余数存储电压（电压（V）1+7.9053+10008- 0.0947- 0.9472- 0.947-00000- 0.947- 9.473- 9.47-10019- 0.47-

23、 4.74- 4.7-01004- 0.7- 75- 7-0111700转换结果为：转换结果为：9053. 70947. 08107104109100108-4-3-2-103.4 单片式单片式DVMDVM双模式模数转换器双模式模数转换器5G144335G144331.1.特点特点: :(1)(1)双极性电源供电：双极性电源供电：5V;5V;(2)(2)最大指示值为最大指示值为19991999（3 3 位）位）, ,转换精度转换精度0.05%0.05%1 1个字个字; ;(3)(3)具有自动校零和自动极性转换的功能具有自动校零和自动极性转换的功能; ;(4)(4)能提供超量程指示信号能提供超量

24、程指示信号; ;(5)BCD(5)BCD码输出码输出; ;(6)(6)采用共阴极采用共阴极LCDLCD动态扫描显示方式动态扫描显示方式; ;2.2.内部结构内部结构 5G144335G14433为为2424引脚双列直插封装引脚双列直插封装, ,如图如图3-11(a) 3-11(a) 。 其内部结构如图其内部结构如图3-11(b)3-11(b)所示，包括双斜式所示，包括双斜式A/DA/D及有关控及有关控制电路。制电路。模拟部分模拟部分：积分器、比较器、模拟开关等；：积分器、比较器、模拟开关等；数字部数字部分分：计数电路、锁存器、多路开关、时钟发生、控制电路等：计数电路、锁存器、多路开关、时钟发生

25、、控制电路等 其读数输出过程如图其读数输出过程如图3-11(c)3-11(c)所示。所示。3.3.工作过程工作过程分为分为6 6个阶段个阶段: :模拟校零期模拟校零期; ;数字调零阶段数字调零阶段; ;重复模拟校零阶段重复模拟校零阶段; ;被测信号采样阶段被测信号采样阶段;(;(采样期采样期) )数字调零阶段数字调零阶段; ;反向积分阶段反向积分阶段.(.(比较期比较期) )4.4.应用应用 图图3-123-12是以是以5G144335G14433为核心组成的为核心组成的DVMDVM，它可，它可以测量直流电压、交流电压、直流电流、交流电流。以测量直流电压、交流电压、直流电流、交流电流。3.5

26、3.5 数字多用表技术数字多用表技术图3-16 数字多用表的组成1.ACV/DCV变换技术变换技术该变换按有效值的定义进行该变换按有效值的定义进行,现在大多采用集成电路实现现在大多采用集成电路实现图图3-17 ACV/DCV3-17 ACV/DCV变换变换irmsiOVVV22 2、I/VI/V变换技术变换技术v测测较大电流较大电流：如：如图图3-153-15所示。所示。 将被测电流将被测电流ixix流过标准电阻流过标准电阻RsRs，则，则Us=ixRsUs=ixRs。 为减小转换器内阻，为减小转换器内阻，RsRs应选很小应选很小，几欧姆以下。，几欧姆以下。 UsUs也很小，后面再也很小，后面

27、再放大放大（用串联同相负反馈放大器）（用串联同相负反馈放大器）v测测较较小电流小电流（几毫安以下）：如（几毫安以下）：如图图3-163-16所示。所示。 运放的输入电流接近零，运放的输入电流接近零，ixix全部流经全部流经RsRs，Uo=ixRsUo=ixRs。 ixix不宜过大不宜过大，否则放大器功耗过大，会烧坏。，否则放大器功耗过大，会烧坏。3.R/V3.R/V变换技术变换技术图图3-18 R/V3-18 R/V变换变换 设待测电阻为设待测电阻为Rx,Rx,其上压降为其上压降为Vx,Vx,则有则有: : 这样就将被测电阻这样就将被测电阻RxRx变换为变换为相应的电压相应的电压VxVx进行测

28、量。进行测量。 为适应为适应各种被测电阻阻值各种被测电阻阻值范围，可通过开关范围，可通过开关S2S2、S3S3改变改变电流电流I I的大小（有的大小（有4 4种组合）。种组合）。 例：英国例：英国SOLARTRONSOLARTRON公司公司71517151型型DMMDMM的的R/VR/V变换器：变换器：被测电阻范围被测电阻范围 20M 2M 200K 20K20M 2M 200K 20K 测试电流测试电流 100nA 1A 10A 100nA 1A 10A 100A 100A 若若被测电阻大于被测电阻大于20M20M，则可通过，则可通过开关开关S4S4接通接通-3V-3V电源电源作作为恒流管下

29、拉电流通路来测量。为恒流管下拉电流通路来测量。IVRXX321321RRR1RRR1011IIVRXX 图图3-18 (a)3-18 (a)两线欧姆测量法两线欧姆测量法 (b)(b)四线欧姆测量法四线欧姆测量法 测电阻时有两种连线方法：测电阻时有两种连线方法：两线欧姆测量法两线欧姆测量法和和四线欧姆测量法四线欧姆测量法 两线法测量两线法测量时，测量的电压时，测量的电压VxVx包括两根导线上的压降包括两根导线上的压降，特，特别是被测电阻较小或者连线太长时别是被测电阻较小或者连线太长时, ,测量误差测量误差会很明显。会很明显。 四线法测量四线法测量时，用另外两根导线直接取时，用另外两根导线直接取R

30、xRx两端的电压测量两端的电压测量（导线上无电流通过导线上无电流通过），可以），可以减少测量误差减少测量误差。R Rx xIrIrVxDMMRl1Rl2R Rx xIrIrVxDMMRl1Rl2Rl3Rl43.7 3.7 电压测量的干扰及其抑制技术电压测量的干扰及其抑制技术影响电压精密度的因素影响电压精密度的因素1) 1) 随机性干扰随机性干扰 如如:DVM:DVM内部电子的热噪声、器件的散弹噪声等。内部电子的热噪声、器件的散弹噪声等。2) 2) 确定性干扰确定性干扰分为串模干扰和共模干扰两种分为串模干扰和共模干扰两种, ,见图见图3-243-24。 串模干扰串模干扰（VnmVnm）干扰电压与

31、被测电压串联地加到干扰电压与被测电压串联地加到DVM DVM 两个测量输入端之间。两个测量输入端之间。 共模干扰共模干扰（VcmVcm）干扰电压同时作用于干扰电压同时作用于DVMDVM的两个输入的两个输入端。端。 1. 1.串模干扰的抑制方法串模干扰的抑制方法 常见方法有两种常见方法有两种: :输入滤波法和积分平均法输入滤波法和积分平均法. .输入滤波法输入滤波法利用利用低通滤波器低通滤波器滤除高频干扰，但会影响滤除高频干扰，但会影响DVMDVM对被测信号的响对被测信号的响应速度，应速度，降低读数速度降低读数速度。积分平均法积分平均法(1)(1)积分式数字电压表对串模干扰的平均作用积分式数字电

32、压表对串模干扰的平均作用设正弦波干扰电压为设正弦波干扰电压为1_01( )sin()1sin()nnnTnnV tVtVtdtnTVT1内的平均值内的平均值:_ _111sinsinnnnnVTTTnTTTV 化简得：化简得： 为了抑制串模干扰，应使为了抑制串模干扰，应使 =0=0，即该式中必有一个因子，即该式中必有一个因子为零。为零。 则满足下列条件之一，串模干扰就能被全部抑制则满足下列条件之一，串模干扰就能被全部抑制: : a)T a)T1 1=kT=kTn n ; b)=(n-T ; b)=(n-T1 1/T/Tn n) )(2)(2)串模抑制比串模抑制比NMRRNMRR 因为干扰信号的

33、初相角是随机的，则因为干扰信号的初相角是随机的，则的取值在的取值在-1-1和和+1+1之间，考虑最不利情况取为之间，考虑最不利情况取为“+1+1”，则，则_nV1sin()nTT 1max1sinn nnnnVTTVVTT120lg1sinnnTTNMRRTT_20lgnnVNMRRV串模抑制比定义串模抑制比定义: :初相角为最坏情况时，可化简为初相角为最坏情况时，可化简为: : 注意上面两公式的应用区别！注意上面两公式的应用区别！ 根据上式可画出积分式根据上式可画出积分式DVMDVM对串模干扰的抑制特性，如对串模干扰的抑制特性，如图图3-253-25所示，图中以所示，图中以T1T1为参变量。

34、为参变量。 关于关于NMRRNMRR的几点讨论的几点讨论: :(1)(1)当当T1/TnT1/Tn为整数为整数时时,NMRR=dB,NMRR=dB。这称为。这称为理想抑制条件理想抑制条件; ;(2)(2)当当T1T1一定一定时时,Tn,Tn越小（即越小（即fnfn越高越高）, ,对串模对串模干扰抑制能干扰抑制能力越强力越强; ;(3)(3)当干扰信号的周期当干扰信号的周期偏离理想抑制点偏离理想抑制点,NMRR,NMRR急剧下降急剧下降; ;(4)(4)选择选择合理的合理的也可以使串模干扰完全抑制也可以使串模干扰完全抑制. .2.2.共模干扰的抑制方法共模干扰的抑制方法通常通常DVMDVM和被测

35、信号源相距较远和被测信号源相距较远, ,需要较长接线需要较长接线, ,由于接地不由于接地不良引入共模干扰良引入共模干扰 ，如，如图图3-263-26所示。所示。因为因为Z1Z1远大于其它电阻远大于其它电阻, ,最后一项可以忽略最后一项可以忽略, ,于是于是: :22cncmcmrVVrrs1112cm2rrZZrrrVcmVcn共模抑制比定义共模抑制比定义： 将将VcnVcn代入，得：代入，得：因为因为r rcmcm远小于远小于r r2 2，所以，所以提高共模抑制比的措施：提高共模抑制比的措施：浮置浮置DVMDVM的低端的低端; ;采用双端对称输入电路采用双端对称输入电路; ;浮置双端对称输入

36、电路浮置双端对称输入电路; ;采用双重屏蔽和浮置采用双重屏蔽和浮置. .20lgcmcnVCMRRV2220lgcmrrCMRRr0dB20lg1rr20lgCMRR22根据共模抑制比的定义有根据共模抑制比的定义有假设假设Z2=1M, r2=100, Z2=1M, r2=100, 则则CMRR=80dBCMRR=80dB（1 1）浮置）浮置DVMDVM的低端的低端 减小共模干扰影响的有效的方法是浮置低端，如减小共模干扰影响的有效的方法是浮置低端，如图图3-273-27所示。所示。因为因为Z1rZ1r1 1、r rs s，Z Z2 2rr2 2、r rcmcm，所以所以s1112cm22rrZZ

37、rr ZrVcmVcn22ZrVcmVcn22rZ20lgVcnVcm20lgCMRRVcm分压到输分压到输入端的电压为：入端的电压为：因为因为Z1r1、rs，Z2r2, Z3r2、rcm，所以所以：3223cncmrrVVZZ因此：因此：232320lgZZCMRRrr假设假设Z2=Z3=1M, r2=r3=100, Z2=Z3=1M, r2=r3=100, 则则CMRR=160dBCMRR=160dB 所以，要提高所以，要提高CMRR，就要加大，就要加大Z2、Z3，即，即将内部电路浮置和内屏蔽层浮置。将内部电路浮置和内屏蔽层浮置。（2）DVM采用双重屏蔽和浮置采用双重屏蔽和浮置 如图如图3

38、-28所示。所示。s111222cm333rrZZrZrrrZrVcmVcn整个整个DVMDVM的抗共模干扰设计：的抗共模干扰设计：1 1）内、外双重屏蔽、隔离，测量输入采用屏蔽）内、外双重屏蔽、隔离，测量输入采用屏蔽线；线；2 2）模拟电路、数字电路之间通过脉冲变压器、）模拟电路、数字电路之间通过脉冲变压器、光电耦合器传递信号，无电气通路，相互不会光电耦合器传递信号，无电气通路，相互不会干扰；干扰；3 3）模拟电路、数字电路分别有两套独立电源系）模拟电路、数字电路分别有两套独立电源系统，完全隔离。统，完全隔离。3.8 电压测量中的自校正技术（简介）电压测量中的自校正技术（简介）一、自动校零技

39、术一、自动校零技术 由于仪器内部器件（如由于仪器内部器件（如 运放）的零点偏移及温度漂移运放）的零点偏移及温度漂移 ，即，即使零输入时也有输出读数，产生测量误差。使零输入时也有输出读数，产生测量误差。 消除方法：自动校零（消除方法：自动校零（硬件硬件方法和方法和软件软件方法）方法）1.硬件校零方法硬件校零方法1）动态校零的基本原理）动态校零的基本原理图图3-273-27odiosVAVV 输入电压和失调电压同时被放大，而输入电压和失调电压同时被放大，而AdVos是非被测量部分，将要引起测量误差。是非被测量部分，将要引起测量误差。 校零技术的原理校零技术的原理就是在放大器的有关部位就是在放大器的

40、有关部位加一偏移加一偏移量以抵消失调电压量以抵消失调电压的影响。的影响。 校零过程包括校零过程包括零采样期零采样期和和工作期工作期。 零采样期零采样期是对测量误差进行采样；是对测量误差进行采样；工作期工作期是对被测是对被测量进行测量的同时也消除测量误差。量进行测量的同时也消除测量误差。（1）并联式自动校零电路）并联式自动校零电路 如如图图3-30(a)所示。所示。零采样期零采样期: 开关开关S1断开断开,S2,S3接通。接通。由失调电压产生的输出电压为：由失调电压产生的输出电压为：VosAd1AdVo存于存于C0C0上上工作期工作期: 开关开关S1接通接通, S2,S3断开。断开。 运放输出电压为：运放输出电压为： Vos)Ad11Vi(AdVo运放输出：运放输出： 由上述分析可见由于采用并联、串联补偿，由上述分析可见由于采用并联、串联补偿，失调电压对输失调电压对输出的影响已下降出的影响已下降1/(1+Ad)1/(1+Ad)倍倍，基本消除了失调电压的影响。，基本消除了失调电压的影响。 这个过程由硬件完成，所以称为硬件校零。这个过程由硬件完成，所以称为硬件校零。2).2).具有动态校零的双斜式模数转换器具有动态校零的双斜式模数转换器 具有串连式自动校零的双斜式具有串连式自动校零的双斜式A/DA/D电路如电路如图图3-