第七章电子电压表
简易数字电压表课程设计
电子测量结课作业简易数字电压表指导教师：学院：专业班级：姓名：学号：摘要本文介绍了一种基于单片机的简易数字电压表的设计。
该设计主要由三个模块组成：A/D转换模块，数据处理模块及显示模块。
A/D转换主要由芯片ADC0832来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量在传送到数据处理模块。
数据处理则由芯片AT89C52来完成，其负责把ADC0832传送来的数字量经过一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；此外,它还控制着ADC0832芯片工作。
该系统的数字电压表电路简单，所用的元件较少，成本低，且测量精度和可靠性较高。
此数字电压表可以测量0-5V的1路模拟直流输入电压值，并通过一个LCD1602液晶屏显示出来。
关键词: 单片机；数字电压表；A/D转换；AT89C52；ADC0832目录1 数字电压表的简介 01.1数字电压表简介 01.2数字电压表的的背景与意义 02 设计总体方案 (2)2.1 设计要求 (2)2.2 设计思路 (2)2.3 设计方案 (2)3 硬件电路设计 (4)3.1 A/D转换模块 (4)3.2 单片机系统 (6)3.3 复位电路和时钟电路 (9)3.4 LCD显示系统设计 (10)3.5 总体电路设计 (12)4 程序设计 (13)4.1 程序设计总方案 (13)4.2 系统子程序设计 (13)5 仿真 (15)5.1软件调试 (15)5.2显示结果及误差分析 (15)5.2.1 显示结果 (15)5.2.2 误差分析 (17)结论 (19)参考文献 (20)附录............................................................................................... 错误！未定义书签。
1 数字电压表的简介1.1数字电压表简介在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，其中电压量的测量最为经常。
第七章电子电压表
U 02
U 01
1 R INTCINT
T2 0
U REFdt
T1 RINT CINT
U xcp
T2 RINT CINT
U REF
0
可求得放电时间与被测电压U xcp成正比,即
T2
T1 U REF
U xcp
在 T2时间间隔， 比较器将输出一个时间间隔为T2的脉冲，
利用T2控制计数脉冲， 即完成A / D转换。
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第五节 数字电压表实例
一、CL系列数字式交流电压表基本构造
整个电路是由输入通道、时钟电路、A/D转换、驱动 显示四大部分构成
CL系列数字式交流电压表电路图
二、CL系列数字式交流电压表旳输入通道 。
R1、R2、R3、R5、C1构成取样电路， 被测电压转换为小电压，送IC1检波并 放大，
满足该条件，其指示仪表旳
指针偏转角将与被测电压峰值成
正比。
S I I cp
S UM R
2.闭路式峰值检波
闭路式检波电路假如满足下 列条件：
RC≥ RiC RC≥ T 则其指示仪表指针旳偏转角 将与被测电压交流峰值成正比。
交流分量正向峰值
SI
R
或
交流分量负向峰值
SI
R
闭路式峰值检波电路
3.峰-峰值检波
4.外差式
这种方式先经过混频，将被测频率转换为固定旳中 频，经中频放大后再经过检波转换为直流。既能处理 放大在前频率范围受到限制旳缺陷，又能处理检波在 前仪表旳敏捷度不足旳问题。多用于高频和超高频旳 测量。
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三、数字电压表旳构造类型
1 电压-时间变换型
又称斜波型，它将不同被测电压值转换为不同旳时间间隔，用这 个时间间隔旳起止点，控制进入计数器旳脉冲个数，使显示屏能 显示出不同数值。
电压表的原理和应用教案
电压表的原理和应用教案1. 引言电压表是一种常用的电子测量仪器，用于测量电路中的电压。
了解电压表的原理和应用对于学习电路和电子技术非常重要。
本教案将介绍电压表的原理、使用方法以及一些常见的应用案例。
2. 电压表的原理电压表基于伏安原理工作，通过电压表的引入电路，可使电流通过电阻丝或半导体尺寸变化，并由指针或数码显示器指示所测电压值。
根据工作原理的不同，电压表分为电磁式电压表和电子式电压表两种类型。
2.1 电磁式电压表电磁式电压表采用电流作用在线圈上产生的磁场与固定磁场作用，引起线圈转动，从而指示电路中的电压大小。
电磁式电压表具有简单、精度高的特点，在实验室和工业设备维护中广泛应用。
2.2 电子式电压表电子式电压表利用半导体器件制成的电流-电压转换电路将预先校准的电流转换为电压，然后利用采样和放大电路将电压信号转换为数码信号进行显示。
电子式电压表具有精度高、响应速度快的特点，在电子测量中得到广泛应用。
3. 电压表的使用方法使用电压表需要注意正确的连接和操作方法。
以下是使用电压表的一般步骤：1.断开电路：在进行电压测量前，需要断开电路的供电，以免触电或损坏电压表。
2.选择测量范围：根据预估电压值的大小，选择合适的电压量程档位。
选择过高的档位可能导致指针或显示器不动。
3.连接电压表：将电压表的红色测试引线连接到电路中的正电源端，将黑色测试引线连接到电路中的负电源端。
4.读取电压值：打开电压表的电源开关，观察指针或显示器上显示的电压值。
如果电压值超过量程范围，需要切换到更高的档位重新测量。
5.断开连接：测量完成后，先将电压表的电源开关关闭，再断开测试引线与电路的连接。
4. 电压表的应用案例电压表在各个领域都有广泛的应用。
下面介绍几个常见的应用案例：4.1 电路调试在电路调试中，电压表被用来测量电路中各个节点的电压值，以验证电路设计是否符合预期，检查是否存在电压异常等。
4.2 电池容量测试电压表可以用来测试电池的电压，从而评估电池的容量和剩余电量。
电压表教案
电压表教案一、前言电压表是电工实验中常用的一种仪器，用于测量电路中的电压值。
在电工实验中，电压表的使用非常广泛，因此，对于电压表的使用方法和注意事项，我们需要进行深入的了解和学习。
本教案将从电压表的基本原理、使用方法、注意事项等方面进行详细介绍，帮助学生掌握电压表的使用技能，提高实验操作能力。
二、电压表的基本原理电压表是一种测量电路中电压的仪器，它的基本原理是利用电流表和电阻器组成的电桥测量电路中的电压值。
电压表的工作原理是将电流表和电阻器串联在一起，形成一个电桥电路。
当电桥平衡时，电流表的指针指向零位，此时电桥电路中的电压值就等于电源电压与电阻器电压之差。
三、电压表的使用方法1. 电压表的接线方法在使用电压表时，需要注意正确的接线方法。
一般来说，电压表的接线方法分为两种：串联法和并联法。
串联法是将电压表串联在电路中，测量电路中的电压值。
在使用串联法时，需要将电压表的正极接在电路的正极上，将电压表的负极接在电路的负极上。
并联法是将电压表并联在电路中，测量电路中的电压值。
在使用并联法时，需要将电压表的正极和负极分别接在电路的两个端点上。
2. 电压表的量程选择在使用电压表时，需要根据电路中的电压值选择合适的量程。
如果选择的量程过小，会导致电压表指针超过量程范围，损坏电压表；如果选择的量程过大，会导致电压表的灵敏度降低，影响测量精度。
因此，在使用电压表时，需要根据电路中的电压值选择合适的量程，以保证测量的准确性和安全性。
3. 电压表的读数方法在使用电压表时，需要正确的读取电压表的指针位置，以获得准确的电压值。
一般来说，电压表的读数方法分为两种：直读法和差读法。
直读法是将电压表的指针位置直接读取，得到电路中的电压值。
差读法是将电压表的指针位置与电压表的刻度盘上的刻度值相减，得到电路中的电压值。
在使用电压表时，需要根据实际情况选择合适的读数方法，以获得准确的电压值。
四、电压表的注意事项在使用电压表时，需要注意以下几点：1. 电压表的保护在使用电压表时，需要注意保护电压表，避免电压表受到过大的电压冲击，损坏电压表。
电路与电子技术基础第7章习题参考答案
Ic<βIb
βIb，而在转折区以下部分 Ic<βIb，此段为饱和区。 1
0
《电路与电子技术基础》第七章参考答案
第2页
图(e)的静态工作点
UB
=
(30
+
24 60) ×103
× 3 ×103
= 8(V)
Ie
=
8 − 0.7 2 ×103
=
3.85(mA)
Ic ≈ Ie
Ib
=
Ie β +1
=
3.85 80 + 1
0 2 4 6 8 10 12
(a) 电路图
(b) 输出特性曲线
题图 7-5 习题 7-9 电路与特性曲线
uCE(V)
《电路与电子技术基础》第七章参考答案
第5页
解：(1)直流负载线方程为：U ce = 12 − 5I c ，直流负载线见图。
(2)由图(b)可知，Ib=40μA
IC=2mA。所以 β
+10V
390kΩ
Uo I 2.2kΩ
对于图(b)，
Ib
=
10 − 0.7 390 ×103
= 23.8 ×10−6
(A)
所以：
(a)
(b)
题图 7-4 习题 7-6 电路
I = I c = βI b = 100 × 23.8 ×10−6 = 2.38 ×10−3 (A)
U o = 2.2 ×103 × 2.38 ×10−3 = 5.24 (V)
Ib
= 24 − 0.7 120 ×103
≈ 0.194mA = 194μA
I c = βI b = 50 × 0.194 = 9.7(mA)
数字电压表
数字电压表，7106／7107数字表头的应用1. 辨认引脚芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的左下方为第一脚。
也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一脚了。
许多厂家会在第一脚旁边打上一个小圆点作为标记。
知道了第一脚之后，按照反时针方向去走，依次是第 2 至第40 引脚。
（1 脚与40 脚遥遥相对）。
2. 牢记关键点的电压芯片第一脚是供电，正确电压是DC5V 。
第36 脚是基准电压，正确数值是100mV，第26 引脚是负电源引脚，正确电压数值是负的，在－3V 至－5V 都认为正常，但是不能是正电压，也不能是零电压。
芯片第31 引脚是信号输入引脚，可以输入±199.9mV 的电压。
在一开始，可以把它接地，造成“0”信号输入，以方便测试。
3. 注意芯片27,28,29 引脚的元件数值它们是0.22uF,47K,0.47uF 阻容网络，这三个元件属于芯片工作的积分网络，不能使用磁片电容。
芯片的33 和34 脚接的104 电容也不能使用磁片电容。
4. 注意接地引脚芯片的电源地是21 脚，模拟地是32 脚，信号地是30 脚，基准地是35 脚，通常使用情况下，这4 个引脚都接地，在一些有特殊要求的应用中（例如测量电阻或者比例测量），30 脚或35 脚就可能不接地而是按照需要接到其他电压上。
（本文不讨论特殊要求应用）5. 负电压产生电路负电压电源可以从电路外部直接使用7905 等芯片来提供，但是这要求供电需要正负电源，通常采用简单方法，利用一个+5V 供电就可以解决问题。
比较常用的方法是利用ICL7660 或者NE555 等电路来得到，这样需要增加硬件成本。
我们常用一只NPN 三极管，两只电阻，一个电感来进行信号放大，把芯片38 脚的振荡信号串接一个20K －56K 的电阻连接到三极管“B”极，在三极管“C”极串接一个电阻（为了保护）和一个电感（提高交流放大倍数），在正常工作时，三极管的“C”极电压为2.4V － 2.8V 为最好。
电子电压表
在图4.12（a）压始终接近于输入电压的峰值，
即
U R U C U。 P
在图4.12（b）所示的并联峰值检波器中，正半周通过 二极管D给电容迅速充电，而负半周C两端电压缓慢向R放电， 使
U R U C UP
。
上述两种电路相比较，并联式检波电路中的电容C还起着隔 直流的作用，便于测量含有直流成分的交流电压。但R上除直流
电压外。还叠加有交流电压，增加了额外的交流通路，故其输
入电阻低于串联式电路。
2）定度系数及波形换算方法 峰值表和均值表类似，一般也是按正弦波有效值 进行定度，在额定频率下度盘的示值
Ua KU P
式中， 是定度系数。 因为以正弦波有效值定度，所以
K
U 1 2 Ka Up Kp 2
U 10(V )
Up 2Ua 14.1(V )
1 Ux U p 14.1(V ) kp
（2）对于三角波
U 10V
Up 2U a 14.1 V
1 1 U X U P 14.1 8.2V KP 3
可见，用峰值电压表测量非正弦波电压时，直
接把度盘示值作为被测电压的有效值是不对的，必
分压器：改变加至后级放大器的电压量值，以提高电压表测量量 程的上限 放大器：放大被测交流电压，保证电压表具有足够的测量灵敏 度，使量程下限达到毫伏级。 检波器：将交流电转换为直流电，以驱动微安表头指示
均值电压表
定度系数： 在放大—检波式电子电压表中，检波器对被测电压的平均值产生响应， 即放大—检波式电子电压表的指针偏转正比于被测电压的平均值。但 是，除特殊需要（例如，脉冲电压表）外，仪表的刻度盘均是按正弦 电压的有效值来刻度的。也就是说，在电压表的额定工作频率范围内 加正弦交流电压时的指示值就是正弦电压的有效值且正比于被测电压 的平均值。即
电压、电压表及其使用(PPT课件(初中科学)14)
序号
电流表
电压表
1 串联 在电路中
并联 在电路中
2
从 正 接线柱流入， 负 接线柱流出
3
有 两 个量程
4 不能 与电源直接相连 能 与电源直接相连
设计电路
—
+
实验过程中， 开关始终断开！
做一做
开关始终断开！
1
2
3
4
电池节数
电压
把电压表的读数记录在表格中
• 仔细分析表格中的数据，从中能得到什么 结论？
小量程
量程 每一大格 每一小格
0~3V 1V 压表的使用规则
正确使用电压表
1 电压表应 并 联在电路中 2 电压表有正接线柱 和 负接线柱
从正接线柱流入，负接线柱流出
3 电压表有 两 个量程
4 电压表 能 (能或不能)直接 与电源相连
想一想
正确使用电流表、电压表。
• ___每__节__电__池__电_压__为__1_._5_V_。__电__池__首_尾__相__连__总_ 电__压__是__每__节_电__池__电__压__之_和__。____________
后人为纪念这位物理学家，把电压的单位规定为 Volt，音译为伏特。
33 身边的电压值
U=1.5V
一节干电池
U=2V
一节蓄电池
我国照明电路
U=220V 对人体安全的电压
U≤36V
二、电压表
1. 视察电 刻度板 压表
指针 零点调整器
外壳 负接线柱
正接线柱
符 号：
2.电压表的读数
大量程
量程 0~15V 每一大格 5V 每一小格 0.5V
电压
形成水流的条件： ①水 ② 水的高度差（水压）
电子电压表的分类与测量原理概述
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频率转换式电子电压表利用随机取样技术或相关取样技术获得被测信号的取样信号，根据取样信号中包含的被测信号幅度及相位信息将高频被测信号转换为低频电压信号，再按照低频信号电压值测量方案进行测量。荃于频率转换原理工作的交流电子电压表可测俄频率远大于普通电子电压表被测信号频率的信号电压值，其信号频率上限可达1 GHz。
积分型A/D转换器利用被测信号电压的积分值与设定电压值之间的比较结果将被测直流电压转化为对于时间或频率的测量，而时间或频率的测量可由受控制的高速计数器完成。由于干扰信号对于积分结果的影响有限，积分型数字电压表的抗千扰能力较强。与此同时.由于积分过程相对缓慢，采用积分型A/D转换器的数字电压表在提高测量速度上受到限制。随着测量技术的发展，以积分型A/D转换器电压测量思路为基础的新方法也被陆续应用于数字电压表中。例如，脉宽调制A/D转换，这种测量方式将被测直流电压公加于预定方波信号上. 经积分与比较过程将直流电压值测址转换为多个时间差的平均值测量。脉宽调制模数转换可在保证高测量精度的前提下提高测量速度。
数字式电子电压表(数字电压表)对于直流电压具有高测龟精度.配合适当的AC/DC转换器后.仪表也可测最交流电压信号。数字电压表的基本表一般为数字直流电压表(DVM), 其核心部分之一为A/D转换器,A/1)转换器的工作原理基本类型主要为比较型和积分型.
比较型A/D转换器通过将被测直流电压值与已知的基准电压值由高到低进行逐次比较并获得对应的数字量，数字从各个位对应不同的获准电压位。比较型A/D转换器的测量速度较快.但在被测电压受到干扰的情况下，容易出现明显的测量误差。
电子电压表的分类
A/D转换器是数字电压表的核心。
电子电压表的分类
电子电压表的分类
1、模拟式电压表 （1）分类
超低频（1kHz以下率分类
视频（30MHz以下） 高频或射频（300MHz以下） 超高频（300MHz以上）电压表
电压表（基本量程为V量级）
② 按测量电压量级分类 毫伏表（基本量程为mV量级）
均值电压表 ③ 按检波方式分类 峰值电压表 有效值电压表 检波-放大式电压表 ④ 按电路组成形式分类 放大-检波式电压表 外差式电压表
（2）组成方案 ①放大—检波式（视频毫伏表 ）：先放大再检波，因此灵敏度很 高，通频带窄。
②检波—放大式：先检波再放大，因此通频带很宽,灵敏度较低。
③外差式电压表（高频微伏表 ） 灵敏度高，通频带宽。
被测信号通过输入电路后，在混频器中与本机振荡器的振荡 信号混频，输出频率固定的中频信号，经中频放大器放大后进入 检波器变换成直流电压，驱动直流表头指针偏转。
2、数字电压表（DVM）
数字式电压表首先对被测模拟电压进行处理、量化，再由 数字逻辑电路进行数据处理，最后以数码形式显示测量结果。
图示DVM只能测量直流电压，要测量交 流电压需附加一个交流—直流变换器。
直流数字电压表主要根据A/D转换器的转换原理不同，可分为 以下几种类型。 （１）比较型数字电压表 测量精确度高、速度快，但抗干扰能力差。 （２）积分型数字电压表 抗干扰能力强，成本低，但转换速度慢。 （３）复合型A/D转换器 将比较型和积分型结合，取其各自优点，兼顾精确度、速度、 抗干扰能力，从而适用于高精度测量。
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角将与被测电压的峰 - 峰值成正比。
SI
U PP R
峰-峰值检波电路
二、平均值检波
1.半波平均值检波
特点：由于仪表可动部分的 惯性，指针偏转角将正比于 交流电压正半波平均值。
SUU cp
特点：由于交流电压正半 波由二极管形成闭路，指 针的偏转角将正比于交流 电压负半波平均值。
这种方式采取检波在前， 放大在后，由于被测电压一 开始就转换为直流，所以频 率范围不受放大器限制，可 用于测量视频、超高频电压。
Байду номын сангаас
3.调制式
检波在前的电压表，检波后已将信号转换为直流，只 能使用直流放大器，而直流放大器的放大倍数因漂移会 受到很大限制，为此利用斩波器先将它转换为低频交流， 然后用低频交流放大器进行放大，放大后再通过解调恢 复为直流，这种方式既能采用检波在前，又能避免使用 直流放大器。
4.外差式 这种方法先通过混频，将被测频率转换为固定的中 频，经中频放大后再通过检波恢复为直流。既能解决 放大在前频率范围受到限制的缺点，又能解决检波在 前仪表的灵敏度不足的问题。多用于高频和超高频的 测量。
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第二节 电子电压表的检波电路
电子电压表是利用检波电路把被测电压的峰值或平均值
开路式峰值检波电路
2.闭路式峰值检波
闭路式检波电路如果满足以 下条件：
RC≥ RiC RC≥ T 则其指示仪表指针的偏转角 将与被测电压交流峰值成正比。
交流分量正向峰值
SI
R
或
交流分量负向峰值
SI
R
闭路式峰值检波电路
3.峰-峰值检波
峰- 峰值检波电路利用被测电压的正半波对 C1
充电充至电压正半波的最大值为止，然后在负半
等电子电路，提高它的频率范围、灵敏度和输入阻抗。
后者则是从根本上改变传统仪表的读数方式，采用模
数转换和数字显示技术，完全消除了因可动部件引发
的误差，改变了制造仪表的生产工艺。
• 本章第三节和第六节介绍几种电压表的实例，希
望通过实例能进一步掌握仪表电路的分析方法，提高
阅读电子仪器电路的能力。这两节内容可根据教学时
或有效值转换为直流电压，然后用磁电系进行测量，所以 检波电路是电子电压表的核心，它有以下几种形式。
一、 峰值检波
1.开路式峰值检波 开路式检波电路是利用二极管将电容器充电至峰值，它
必须满足以下条件：
RC≥ RiC RC≥ T
满足该条件，其指示仪
表的指针偏转角将与被测
电压峰值成正比。
SI Icp
S
UM R
Electrical Measure
第七章 电子电压表
• 第一节 电子电压表的结构与特点 • 第二节 电子电压表的检波电路 • 第三节 电子电压表实例 • 第四节 电子电压表的使用 • 第五节 电子数字电压表 • 第六节 数字电压表实例
本章要点
•
本章主要介绍模拟式和数字式电子电压表。前者
是在传统的磁电系电压表基础上，增加了检波、放大
晶体管测量键：用于测量晶体管放大倍数，三个开关作用分别是1. 由于使用负电压，将指示电表反接；2.（空）；3.接通放大器电源。
LC键：用于测量电感或电容，三个开关作用分别是1.将指示电表 接检波器；2.将振荡器输出接入；3.接通放大器电源。
停机：用于关机，三个开关作用是1.(空)；2.(空)；3.断开放大器电 源。
SUU cp
2.全波平均值检波
电路特点：正、负半波的电压所产生的电流， 以同一方向流过电流表P，P的指针偏转角 α 正比 于交 流电压全波平均值。（全波平均值一般是指 一个周期内，取电压瞬时值的绝对值平均所得。）
SUU cp
3.具有负反馈的线性平均值检波
负反馈的线性平均值检波由负反馈线性放大器与均值检波电路组
可见，若开环放大倍数足够大，反馈电阻又比较准确， 输出到指示仪表的电流将正比于输入电压。
三、有效值检波
真正的有效值检波，需要采用能直接反映有效值的传 感器，例如热电偶等，才能用来测量任意波形的有效值。 而利用正弦波有效值与平均值或峰值的关系，按有效值 刻度的平均值或峰值电压表，只能用于测量正弦波。
成。 负反馈线性放大器电路如图所示， 设反馈系数为， 通过反馈
电阻 R2 的电流为i f， 并等于通过R1的输出电流io， 可求得
R2
R1 R2
i0
if
uf R2
当开环放大倍数足够大， 即
K 1
uo
K
1 K
ui
1
ui
io
uf R2
uo
R2
ui R2
换成平均值
I oc p
U icp R2
也就是输出电流平均值，与输入电压平均
数选择讲授。
第一节 电子电压表的结构与特点
一、电子电压表特点
1.利用检波电路提高测量的频率范围
传统的磁电系电压表只能测量直流或低频。电子电 压表则通过检波将被测电压转换为直流，使得本来只能 测直流的磁电系电压表、也可以测量高频交流。
2.利用放大电路提高仪表灵敏度和量程范围
虽然磁电系电压表的灵敏度可达到毫伏级，但通过 仪表的放大电路之后，可扩展到微伏级。
值成线性的正比关系。
负反馈的线性平均值检波电路连接
在线性放大器的基础上将 R1换成接有指示仪表的全波
均值检波，即组成具有负反馈的线性平均值检波电路。在 该电路中通过指示仪表的电流等于输出电流的一半，若将 它化为平均值。可得
Iccp
0.5I oc p
0.5 Uicp R2
换成电流有效值
IC
0.5 0.9 Ui R2
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第三节 电子电压表实例
一、JFX晶体管万用表
1. JFX晶体管万用表的组成
JFX晶体管万用表由10mV直流电压表单元、10mV交流电压表单元、 振荡器单元、量程转换开关和用途选择按键等部分组成。
用途选择按键共四组，每组按键控制三个开关；
R键：用于测量电阻R，三个开关作用分别是1.将指示电表正接；2. 将电阻测量电路接入电源；3.接通电压表单元放大器的电源。
3.利用放大电路提高仪表的输入阻抗
提高输入阻抗可降低表耗，减少测量仪表对被测电 路的影响，电子电压表可以利用电子输入电路提高输入 阻抗。
二、电子电压表的结构
1. 放大-检波式
这种方式采取放大在前， 检波在后，可以提高仪表的 灵敏度，测量微弱电压。但 频率范围受放大器限制，一 般用于低频电压表。
2.检波-放大式