数字电压表
数字电压表原理
数字电压表原理数字电压表是一种常见的电子测量仪器，用于测量电路中的电压大小。
它采用数字显示方式，能够直观地显示电压数值，因此在电子工程领域得到了广泛应用。
本文将介绍数字电压表的工作原理及其相关知识。
数字电压表是通过将待测电压与内部参考电压进行比较，然后将比较结果转换为数字信号进行显示。
其主要原理包括电压测量、模拟信号处理、数字信号处理和显示等几个方面。
首先，数字电压表需要对待测电压进行测量。
当待测电压加到输入端时，数字电压表内部的测量电路会将电压转换为相应的电流或电荷，并通过放大电路进行处理，以便后续的比较和转换。
其次，模拟信号处理是数字电压表中的重要环节。
经过前级放大电路的处理后，模拟信号需要进行滤波、精确放大和线性化处理，以保证测量的准确性和稳定性。
接着，经过模拟信号处理后，数字电压表会将模拟信号转换为数字信号。
这一过程通常采用模数转换器（ADC）来完成，ADC会将模拟电压信号按照一定的采样频率进行采样，并将采样值转换为相应的数字编码。
最后，数字信号处理和显示是数字电压表中的关键步骤。
经过ADC转换后的数字信号会经过数字信号处理单元进行处理，包括数字滤波、数值计算和显示格式处理等。
最终，处理后的数字信号会通过数码管或液晶显示屏进行显示，直观地呈现出待测电压的数值。
总的来说，数字电压表的工作原理主要包括电压测量、模拟信号处理、模数转换、数字信号处理和显示等几个步骤。
通过这些步骤，数字电压表能够准确、稳定地测量电路中的电压，并通过数字显示的方式直观地呈现出来。
除了工作原理，数字电压表的精度、测量范围、输入阻抗、显示方式等也是需要重点关注的内容。
在实际应用中，用户需要根据自己的需求选择合适的数字电压表，以确保测量结果的准确性和可靠性。
总之，数字电压表作为一种重要的电子测量仪器，在电子工程领域有着广泛的应用。
通过了解其工作原理和相关知识，可以更好地理解和应用数字电压表，为电子测量工作提供更多的便利和支持。
数字电压表的概述
数字电压表的概述数字电压表是一种用来测量电路中的电压的仪器。
它可以用来测量直流电压和交流电压，广泛应用于电子工程、电力工程、通信工程等领域。
数字电压表具有精确度高、测量范围广、操作简单等优点，成为现代电子测量仪器中不可或缺的一部分。
数字电压表的基本原理是将被测电压转换为与之成正比的电流或电荷，再通过电路进行放大和处理，最后将结果显示在数字显示屏上。
数字电压表的核心部件是模拟到数字转换器(ADC)，它负责将模拟电压转换为数字信号，并传递给数字处理单元进行处理和显示。
数字电压表通常还配备了保护电路，以防止电压过高或过低对仪器造成损坏。
数字电压表具有很高的精确度，通常可以达到0.1%甚至更高的精度。
这意味着在测量电压时，数字电压表的误差非常小，可以提供可靠的测量结果。
数字电压表的测量范围也很广，可以覆盖几毫伏到几千伏的电压范围，满足不同应用场景的需求。
数字电压表操作简单，通常只需要将测量引线连接到被测电路的正负极，然后选择合适的量程和测量模式，即可进行测量。
数字电压表的显示屏通常会显示电压数值和量程单位，方便用户直观地读取测量结果。
一些高级的数字电压表还具有自动量程切换、数据记录、峰值保持等功能，进一步提高了测量的便利性和灵活性。
数字电压表的应用非常广泛。
在电子工程中，数字电压表被用来测量电路中各个节点的电压，以验证电路设计的正确性。
在电力工程中，数字电压表可以用来测量电力系统中的电压变化，以监测电网的稳定性。
在通信工程中，数字电压表可以用来测量通信设备中的电压信号，以确保通信质量的稳定性。
总的来说，数字电压表是一种精确、方便、实用的电子测量仪器。
它的出现极大地简化了电压测量的过程，提高了测量的准确性和效率。
数字电压表在各个领域都有着广泛的应用，为工程师和技术人员提供了强大的测量工具。
随着科技的不断发展，数字电压表也在不断创新和改进，将会有更多的功能和特性加入进来，进一步满足不同领域的测量需求。
第5章数字电压表
∫
代入
T2 UX = Ur T1
第18页
电子测量原理
二、A/D转换原理 2. 双积分式ADC （2） 工作过程
5.4 直流电压的数化测量与A/D转换
③对参考电压反向定值积分（t2～t3） 由于T1、T2是通过对同一时钟信号（设周期T0）计数 得到（设计数值分别为N1、N2），即T1 = N1T0，T2 = N2T0， 于是 N2 UX = Ur = eN2 N1 e=
第12页
…
…
A/D 转换 结果 N
电子测量原理
二、A/D转换原理 1. 逐次逼近比较式ADC （2） 原理框图
5.4 直流电压的数化测量与A/D转换
SAR的最后输出即是A/D转换结果，用数字量N表示。
最后的D/A转换器输出已最大限度逼近了Ux，且有：
A/D转换结果的数字量 A/D输入电压
UX =
N ×Ur 2n
二、A/D转换原理 1. 逐次逼近比较式ADC （2） 原理框图
+
5.4 直流电压的数化测量与A/D转换
UX
¯
比较器
逐次逼近移位 START 寄存器（SAR） MSB
2-1 LSB 2-n D/A转换器
CLK
图中： SAR为逐次逼近移位寄存器，在时钟CLK作用下，
对比较器的输出（0或1）每次进行一次移位， 移位输 出将送到D/A转换器，D/A转换结果再与Ux比较。
读数误差 满度误差
显示位数1999/2000个字求得
=±（%+% Um ） UX UX 其中：UX为被测电压读数；Um为满刻度值。 示值（读读数）相对误差： =
数字电压表的介绍
数字电压表的介绍数字电压表是一种用于测量电压的电子仪器，它可以将电压转换为数字信号，并显示在数字显示屏上。
数字电压表具有精度高、测量范围广、易于读数等优点，因此在电子工程、电力工程、通信工程等领域得到了广泛应用。
一、数字电压表的分类数字电压表按照测量范围和精度的不同，可以分为模拟式数字电压表和数字式数字电压表两种。
模拟式数字电压表是一种将电压信号转换为模拟信号，再通过模拟电路进行处理，最终显示在指针式表盘上的电压表。
它的优点是测量范围广，但精度相对较低。
数字式数字电压表是一种将电压信号直接转换为数字信号，并通过数字电路进行处理，最终显示在数字显示屏上的电压表。
它的优点是精度高、测量范围广、易于读数等。
二、数字电压表的工作原理数字电压表的工作原理是将待测电压信号通过电路转换为数字信号，再通过数字电路进行处理，最终显示在数字显示屏上。
数字电压表的输入电路通常由一个电阻分压器和一个运算放大器组成。
电阻分压器将待测电压信号分压为适合于运算放大器输入的电压信号，运算放大器将输入信号放大并转换为数字信号，再通过数字电路进行处理，最终显示在数字显示屏上。
三、数字电压表的使用方法数字电压表的使用方法相对简单，只需将待测电压信号接入数字电压表的输入端，选择合适的测量范围和测量模式，即可读取电压值。
在使用数字电压表时，需要注意以下几点：1.选择合适的测量范围和测量模式，避免超出数字电压表的测量范围和精度。
2.在测量直流电压时，需要注意电压的正负极性，避免误读电压值。
3.在测量交流电压时，需要选择合适的测量模式，避免误读电压值。
4.在测量高电压时，需要使用专门的高压探头，避免电击危险。
四、数字电压表的应用领域数字电压表广泛应用于电子工程、电力工程、通信工程等领域，常用于测量电路中的电压、电流、电阻等参数。
在电子工程中，数字电压表常用于测量电路中的电压、电流、电阻等参数，以确保电路的正常工作。
在电力工程中，数字电压表常用于测量电力系统中的电压、电流、功率等参数，以确保电力系统的正常运行。
数字电压表
3、逐次逼近比较型 、 例如，取基准电压： 例如，取基准电压：1024mV、512mV、256mV、 、 、 、 128mV、64mV、32mV、16mV、8mV、4mV、 、 、 、 、 、 、 2mV、1mV。 、 。 被测电压与基准电压按从大到小顺序比较。 被测电压与基准电压按从大到小顺序比较。 例：待测电压372mV，输出的数码为00101110100 待测电压372mV，输出的数码为00101110100
（ 读数值+ n个字） 个字） ± a%
用该表1v量程分别测量 例：a=0.01,b =0.01,用该表 量程分别测量 用该表 量程分别测量0.9v和0.1v 和 电压，误差为多少？ 电压，误差为多少？ 绝对误差= （ 读数值+ b% 绝对误差 ± a% 满度值） 满度值） 解：测0.9v时： 时 绝对误差 相对误差
四、直流数字电压表的主要技术指标
1、显示位数 、 符号： 符号：
最高位的最 大显示值
1 2 3 1 3 、 、 、 等等 3 3 4 2 3 4 2
满量程的最 高位的值
读作： 三位半、三又三分之二位 … … 读作： 三位半、
能显示到9的 能显示到 的 位数
2 1位，最大示数是 最大示数是1999。 3 位，最大示数是 最大示数是2999。 例： 。 。 3 3 2 意义：表明了此数字表的分辨率。 意义：表明了此数字表的分辨率。
δ = 0.01%×0.9 + 0.01%×1 = 0.00019V
β= δ
0.9 ×100%= 0.021%
测0.1v时： 绝对误差 时 相对误差
δ = 0.01%×0.1+ 0.01%×1 = 0.00011 V
β= δ
0.1 ×100%= 0.11%
数字电压表的 原理
数字电压表的原理
数字电压表是一种用于测量电压的仪器，其原理基于电压与电流成正比的基本物理原理。
在数字电压表中，电压信号首先被传感器或电路转换成电流信号，然后通过放大和滤波等处理，将电流信号转换为与输入电压成比例的电压信号。
具体来说，数字电压表中常使用的转换器是模数转换器（ADC）。
ADC通过将连续的模拟电压信号转换成离散的数
字信号，实现电压的精确测量。
数字电压表的测量过程一般分为三个步骤：采样、量化和显示。
首先，在采样过程中，电压信号会被离散地采集并以一定的频率进行抽样。
然后，量化过程将采样的电压信号转换为离散的数字代码，通常通过把连续的电压范围划分为若干个离散的电压级别来实现。
最后，通过数字显示装置将量化后的数字代码转换为对应的实际电压值，并以数字形式显示出来。
数字电压表的测量精度与其分辨率相关。
分辨率是指数字电压表能够显示的最小电压变化量。
通常情况下，数字电压表的分辨率与它的量程有关，量程越大，分辨率越小。
通过增加测量电压的位数，可以提高数字电压表的分辨率和精度。
总的来说，数字电压表的原理是基于电压与电流之间的关系，通过将电压信号转换成数字信号并显示出来，实现对电压的精确测量。
数字电压表工作原理
数字电压表工作原理
数字电压表是一种用于测量电压的电子仪器。
它的工作原理基于模拟到数字转换技术，将输入的连续变化的电压信号转换为数字信号，通过数字显示器显示出来。
数字电压表的主要组成部分包括输入部分、模数转换器（ADC）、显示部分和控制部分。
首先，输入部分将待测电压信号输入到模数转换器中。
在输入部分，可能还包括电压分压器等电路，用于将输入电压的幅值范围限定在模数转换器可处理的范围内。
然后，模数转换器将模拟电压信号转换为数字信号。
模数转换器一般采用逐次逼近型（SAR）或者积分型（ΔΣ）转换器。
逐次逼近型转换器通过逐步逼近输入电压的幅值，得到与之对应的数字码。
积分型转换器则通过积分输入电压，得到数字码。
接着，数字信号经过处理后，传输到显示器中。
在数字电压表中，显示器通常采用数码管、液晶显示模块或者LED等显示
技术。
数字信号经过解码后，根据每个数字的编码显示相应的数字。
最后，控制部分用于控制整个测量过程和显示操作。
控制部分包括按键、微处理器等。
按键用于设置、控制测量功能和显示方式。
微处理器则进行信号处理、数据计算和显示控制等操作。
综上所述，数字电压表的工作原理是通过模拟到数字转换技术，
将输入的连续变化的电压信号转换为数字信号，并通过数字显示器显示出来。
这种工作原理保证了数字电压表的测量精度和可靠性。
数字式标准脉冲电压表
数字式标准脉冲电压表介绍数字式标准脉冲电压表是一种用于测量电压的精确仪器，特别适用于对脉冲信号进行测量和校准的应用。
它能够提供高精度、高稳定性的电压测量结果，广泛应用于电子、通信、无线电和自动化控制等领域。
结构数字式标准脉冲电压表主要由输入端口、数字显示屏、控制按键和电源开关等组成。
•输入端口：用于连接待测电压信号的输入接口，通常为插针式连接器。
•数字显示屏：用于显示测量结果，显示电压单位为V（伏特）。
•控制按键：用于设置测量范围和其他测量参数。
•电源开关：用于开关电源供电。
工作原理数字式标准脉冲电压表工作基于比例测量原理，即将待测电压与已知电压进行比较，通过比较结果计算出待测电压的数值。
具体工作流程如下：1.将待测电压信号通过输入端口连接到电压表。
2.待测电压信号经过放大和滤波处理后传送到比较电路。
3.比较电路将待测电压与已知电压进行比较，并产生相应的数字信号。
4.数字信号经过数模转换后传送到数字显示屏，显示出待测电压的数值。
主要特点1.高精度：数字式标准脉冲电压表具备高精度的测量能力，通常能够达到0.01%的测量精度。
2.高稳定性：该电压表具备很高的工作稳定性，不受外界环境和温度的影响。
3.多功能：该电压表可以测量的范围广泛，通常可覆盖从几毫伏到几千伏的电压范围。
4.易于使用：该电压表操作简单，具备直观的界面和易于理解的测量设置。
用户只需要按照操作说明连接待测电压信号并设置相应参数即可进行测量。
应用领域数字式标准脉冲电压表广泛应用于以下领域：1.电子工程：在电路设计和电子产品制造过程中，需要准确测量电压的数值，以确保电路和产品的正常工作。
数字式标准脉冲电压表能够提供高精度的电压测量结果，帮助工程师进行电路测试和故障排查。
2.通信工程：在无线电通信和有线通信系统中，对信号电压的测量是非常关键的。
数字式标准脉冲电压表能够提供稳定和准确的电压测量结果，帮助工程师对通信系统进行调试和优化。
3.自动化控制：在自动化控制系统中，需要测量电压信号以监测和控制电气设备的运行状态。
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教案首页A 、复习掌握三种模拟式交流电压表工作原理。
B 、新课数字电压表DVM数字电压表：直流数字电压表、交流数字电压表、数字万用表等（本章主要介绍直流数字电压表） 优点（与模拟相比）：精度高、测量速度快、输入阻抗高、读数准确、抗干扰能力和抗过载能力强、便于实现测量过程自动化等。
2.3.1 DVM 的主要技术指标1．测量范围（量程、显示位数和超量程能力）（1）量程 表示电压表所能测量的最小和最大电压范围。
基本量程：不经衰减器和输入放大器的量程（测量误差最小的量程）。
通常为1V 或10 V ，也有的为2 V 或5 V 。
（2）位数 表示数字电压表精密程度的参数。
完整位：能够显示0 ~ 9这十个数码的位。
四位数字电压表：最大显示数字为9 999和19 999的数字电压表。
为了区别把19 999的数字电压表称为214位数字电压表。
（3）超量程能力 指DVM 所能测量的最大电压超过量值的能力，它是数字电压表的一个重要指标。
是否有超量程能力，要根据它的量程分档情况及能够显示的最大数字情况决定。
典型例子无超量程能力：① 显示位数全是完整位的数字电压表。
② 带有21位的数字电压表，按2 V 、20 V 、200 V 分挡。
有超量程能力： ① 带有21位并以1V 、10 V 、100 V 分挡的数字电压表。
② 215位的数字电压表，在10 V 量程上，最大显示 9 V 电压，允许有100%的超量程。
提问讲解重点强调新授课③如果数字电压表最大显示为59 999，称为434位的数字电压表。
如量程按5 V 、50 V 、500 V 分挡，则允许有20超量程。
2．分辨力数字电压表能够显示输入电压最小变化值的能力，即显示器末位读数跳一个单位所需的最小电压变化值。
不同量程，分辨力不同。
量程越小，分辨力越高。
3．测量误差（只讨论固有误差） 在基准条件下的误差：)%%(m x U U U βα+±=∆式中 U x ——被测电压读数； U m ——该量程的满度值； α——误差的相对项系数； αU x ——读数误差，随被测电压而变化； β——误差的固定项系数； βU m ——满度误差，对于给定的量程，β U m 是不变的。
有时满度误差又用与之相当的末位数字的跳变个数来表示，记为n ±个字，即在该量程上能够末位跳n 个单位时的电压值恰好等于βU m 。
４．输入电阻和输入偏置电流输入电阻：比较高，一般不小于10 M ，通常在基本量程时具有最大的输入电阻。
输入偏置电流：仪器内部产生的表现于输入端的电流，应尽力使该电流减小。
5．抗干扰特性按干扰作用在仪器输入端的方式分为串模干扰和共模干扰。
一般串模干扰抑制比可达50 ~ 90 dB,共模干扰抑制比可达80 ~ 150 dB 。
6．测量速率表示数字电压表每秒钟对被测电压的测量次数或一次测量所需要的时间。
测量速度主要取决于所使用的A/D 转换器的转换速度。
积分型速度低，而比较型速度较快（测量速度越快，测量误差越大）。
2.3.2 A/D 转换器原理1．逐次比较式数字电压表 核心部件：逐次比较式A/D 转换器（反馈比较式），其原理框图如下图所示。
工作原理：用被测电压与标准电压（D/A 转换器输出电压）进行比较，并用比较结果控制D/A 转换器的输入，使其输出电压大小向被测电压靠近，直到两者趋于相等为止。
此时D/A 转换器的输入量即为A/D 转换输出数字量。
当U x = V ，E r = 16 V 时，转换过程如下：（1）第一个时钟脉冲：比较寄存器最高位置“1”，即Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 = 1000，X r 0V 821U E U >==（2）第二个时钟脉冲：比较寄存器最高位复位。
其下一位（次高位）被置“1”， Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 =0100 ，，V 441r 0==E U 这时，由于X 0 U U ＜，比较器输出为高电平。
（3）第三个时钟脉冲：比较寄存器的第三位被置“1”，Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 = 0110，V 6)8141(r 0=+=E U由于U 0＞U x ，比较器输出又为低电平。
（4）根据同样分析，可得比较寄存器最低位为“1”。
最后比较器为0101，此即为A/D 转换器输出的数字量。
量化误差：由于D/A 转换器输出的标准电压是量化的，因此最后转换得结果为5 V ，比实际值低 V ，这就是A/D 转换的量化误差，减小量化误差的方法是增加比较次数，即增加逐次比较式A/D 转换器的位数。
逐次比较式A/D 转换器的准确度与基准电压、D/A 转换器和比较器的漂移有关。
测量速度由时钟和转换器的位数决定，与输入电压的大小无关。
2．双积分式数字电压表核心部件：双积分式A/D 转换器（间接式）。
转换原理：在一个测量周期内，先对U x 定时积分，再对E r 定值积分。
结合图讲解通过两次积分的比较，将U x 变换成与之成正比的时间间隔，然后在该时间间隔内对时钟脉冲进行计数。
故这种A/D 转换属U —T 转换。
双积分式A/D 转换器原理框图如下图所示。
它主要由基准电压、模拟开关（S1、S2、S3、S4）、积分器、零电平比较器、控制逻辑电路、时钟脉冲发生器和计数、寄存、译码、显示器等部分组成。
（1）准备阶段（t 0 ~ t 1）：在t 0时刻，将S4接通，S1~S3断开。
积分器输入电压为零，输出也为零。
计数器复零，电路处于休止状态。
（2）采样阶段（t 1 ~ t 2）：在t 1时刻，S1接通，S2 ~ S4 断开。
积分器对U x 积分。
经过一个固定时间T 1（T 1= t 2－t 1）后，积分器的输出电压为t U RCU t t d 121x 01⎰-= x 1t 1x 1d 12U RCTt U T RC T -=⋅-=⎰ （） 可见，在t 2时刻积分器的输出电压与U x 在T 1时间内的平均值成正比。
（3）比较阶段（t 2 ~ t 3）在t 2时刻，S1断开，S2（或S3）接通。
积分器对E r 进行定值反向积分，积分器从U o1逐渐趋于零。
在t 3时刻，积分器输出电压U 0 = 0，零电平比较器发生翻转，该翻转信号经控制逻辑电路使S2（或S3）断开，积分器停止积分。
此时有⎰--=32t t x o1d )(10t E RC U)(23ro1t t RCE U --= （）令T 2 = t 3－t 2将（）代入（）式，得x r 12U E TT = 上式表明T 2与x U 成正比。
结合图讲解如果在T 1期间对时钟脉冲的计数值为N 1，在T 2期间对时钟的计数为N 2根据上式可得x r12U E NN =所以221rx eN N N E U ==。
式中1re N E =称为双积分式A/D 转换器灵敏度，单位是mV/字。
对于确定的数字电压表，e 为定值，所以，根据比较阶段中计数值N 2可以读出被测电压值。
这种A/D 转换器主要取决于标准电压E r 的准确度和稳定度，而与积分器的参数（R 、C 等）基本无关，因而准确度高，且对脉冲源频率准确度要求不高。
抗干扰能力强，但转换速度较低。
2.3.3 数字电压表中的自动功能 1．自动校零由于仪器内部零件的零点偏移及其温漂，使零输入时也有输出读数，产生测量误差。
消除这种误差的方法是自动校零。
下图给出可用于双积分式数字电压表中自动调零硬件的实例。
零点补偿： （1）比较器的输出通过分压器R 1和R 2把失调电压反馈到积分器的同相输入端。
（2）测量之前，逻辑控制电路将开关S4、S5、S6闭合50 ms ，电容C f 两端的充电电压反映包括放大器、积分器和比较器在内的整个系统的失调电压，这个失调电压（即零点误差）存储在电容上，以便在测量阶段结束时用来补偿测量系统的零点偏移。
2．自动转换量程仅具有降量程功能的数字电压表：每次测量都从最高量程开始，如果显示值小于满量程的10 %（也有的规定为5 %），则发出转换量程的指令，使数字电压表自动降至下一个量程。
兼有升量程功能的数字电压表：则可利用溢出信号作为升量程的指令。
对于双积分式A/D转换器， N2的最大值由数字电压表的满量程值及灵敏度决定。
如果在比较阶段T2计数器产生溢出信号，即可将该信号作为升量程指令，还可以将N2送至比较电路，与降量程额定值进行比较，如果小于额定值则由比较器产生降量程指令。
2.3.4 典型产品介绍DS－14—1型滞留数字电压表是一种典型的双积分式电压表。
小结：1．数字电压表：直流数字电压表、交流数字电压表、数字万用表。
2．基本量程：不经衰减器和输入放大器的量程（测量误差的最小的量程）。
通常为1 V或10 V，也有的为2 V或5 V。
3．超量程能力指DVM所能测量的最大电压超过量值的能力，它是数字电压表的一个重要指标。
是否有超量程能力，要根据它的量程分档情况及能够显示的最大数字情况决定。
4．分辨力：数字电压表能够显示输入电压最小变化值得能力，即显示其末位读数跳一个单位所需的最小电压变化值。
5．测量误差（只讨论固有误差）)%%(mxUUUβα+±=∆。
6．A/D转换器原理。
7．数字电压表中的自动功能：自动校零、自动转换量程。
布置作业：习题、、、、、、详细内容由学生自己阅读。