一、結(jié)構(gòu)類型

數(shù)字電壓表的種類繁多，從不同的角度出發(fā)可以有不同的分類方法。較為常用的分類方法是按其工作原理來劃分，一般可分為下列幾類。

1．比較式數(shù)字電壓表

它的基本工作原理是將被測電壓與已知基準(zhǔn)電壓相比較，從而得出被測電壓之值。這和常用的電位差計的工作原理頗為相似，但它是通過邏輯電路自動地進(jìn)行比較的，所以測量速度要比電位差計快得多。

2．電壓一時間變換式數(shù)字電壓表

它又稱為u-t變換式數(shù)字電壓表。它把被測電壓先轉(zhuǎn)化為具有一定寬度的脈沖信號，再用一定頻率的時鐘脈沖來測量該脈沖的寬度，從而求得被測電壓值。這種數(shù)字電壓表又可分為單積分式、雙積分式和脈沖調(diào)寬式等多種。

 3．電壓一頻率變換式數(shù)字電壓表

它又稱為u-f變換式數(shù)字電壓表。其基本原理是先將被測電壓轉(zhuǎn)換為具有相應(yīng)頻率的脈沖信號，然后再用測量頻率的方法測出被測電壓值。

4．復(fù)合式數(shù)字電壓表

它復(fù)合了上述多種模／數(shù)轉(zhuǎn)換的工作原理，具各以上多種模／數(shù)轉(zhuǎn)換方法的優(yōu)點，所以是目前檔次最高的一種數(shù)字電壓表。但這種類型的儀表成本高，因此只適于在精密實驗室中使用。

上述各類數(shù)字電壓表中，逐次比較式和雙積分式是最常用的。

二、數(shù)字電壓表的工作原理

數(shù)字電壓表是一種精密的電子儀器，它主要由輸入電路、A/D轉(zhuǎn)換器、邏輯控制電路、計數(shù)器、譯碼顯示電路以及電源等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其工作過程主要為以下三步：一是輸入模擬量的直流電壓；二是A/D變換器將模擬量直流電壓變換成數(shù)字量脈沖輸出；三是計數(shù)器檢測脈沖數(shù)，由譯碼顯示電路以數(shù)字形式顯示被測電壓值。由此可見，數(shù)字電壓表的核心是模／數(shù)轉(zhuǎn)換（(A／D)電路。A／D變換器把被測電壓直接或間接地轉(zhuǎn)換為與之成比例的數(shù)字量。在各類數(shù)字電壓表中，最常用的A/D轉(zhuǎn)換器是逐次比較式和雙積分式轉(zhuǎn)換器。

1．逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理

逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器的原理框圖如圖2所示。圖中u1為被轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓，經(jīng)輸入電路輸送到比較器。另一方面，基準(zhǔn)電壓將通過受數(shù)碼寄存器控制的D/A變換器，分成若干按二一十進(jìn)制編碼組合（如“8421"BCD編碼）的基準(zhǔn)電壓u2，作為電壓“祛碼”，同時輸入到比較器；在邏輯電路的控制下，被測電壓u1與基準(zhǔn)電壓“祛碼”由高位至低位逐位加碼比較。

若u1>u2，則鑒別放大器輸出為正，邏輯電路控制寄存器保留此“祛碼”；若u1<u2，鑒別放大器輸出為負(fù)，邏輯電路控制寄存器去掉此“祛碼”，這樣就完成了一次比較。如此一位一位地比較下去，大者棄去，小者留存，逐次積累，逐步逼近，最后所留存基準(zhǔn)電壓“祛碼”的累加總和，即等于被測電壓值。數(shù)碼寄存器所寄存的數(shù)碼，就是與被測電壓模擬量相對應(yīng)的數(shù)字量，其輸出編碼信號借助譯碼顯示器直接顯示出被測電壓值。

逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器的精密度主要取決于D/A轉(zhuǎn)換器的精密度和穩(wěn)定性，并與比較器的靈敏度有關(guān)。其轉(zhuǎn)換時間由轉(zhuǎn)換的位數(shù)和時鐘信號的頻率決定，與輸入電壓的大小無關(guān)。此外，由于逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器是將被測電壓在抽樣時的瞬時值與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，因此疊加在被測電壓上的交變干擾信號會直接影響比較器而引發(fā)轉(zhuǎn)換誤差，所以這種A/D轉(zhuǎn)換器抗干擾能力較差。

2．雙積分式A／D轉(zhuǎn)換器工作原理

雙積分式A／D轉(zhuǎn)換器又稱積分編碼式A／D轉(zhuǎn)換器，其基本原理框圖如圖3所示。

它由模擬電路和數(shù)字電路兩部分組成：模擬電路部分由基準(zhǔn)電壓十Er和一Er、模擬開關(guān)S1 } S4,積分器和比較器等組成；數(shù)字電路部分由邏輯控制電路、時鐘發(fā)生器、計數(shù)器與寄存器等組成。

在邏輯控制電路的控制下實現(xiàn)一次轉(zhuǎn)換的過程如下。

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