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DVM的種類有多種,分類方法也很多,有按位數(shù)分的,如3/2位、5位、8位;有按測量速度分的,如高速、低速;有按體積、重量分的,如袖珍式、便攜式、臺式。但通常是按A/D轉(zhuǎn)換方式的不同將DVM分成兩大類,一類是直接轉(zhuǎn)換型,也稱比較型;另一類是間接轉(zhuǎn)換型,又稱積分型,包括電壓-時間變換(VT變換)和電壓-頻率變換(V-f變換)。
?。?)逐次逼近比較型 逐次逼近比較型電壓表是利用被測電壓與不斷遞減的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較,通過比較終獲得被測電壓值,然后送顯示器顯示的。雖然逐次比較需要一定時間,要經(jīng)過若干個節(jié)拍才能完成,但只要加快節(jié)拍的速度,還是能在瞬間完成一次測量的。圖1是逐次逼近比較型數(shù)字電壓表的原理框圖。
圖中,數(shù)碼開關(guān)可把由基準(zhǔn)電壓源輸出的高穩(wěn)定性電壓Db分成若干個步進(jìn)小電壓Db1、Ub2、Ub3等,而且這些步進(jìn)電壓的前一個值比后一個大一倍,用二進(jìn)制表示則剛好增加一位,例如,取基準(zhǔn)電壓Ub為1O24mV,并將其分成512mV、256mV、 128mV、 64mV、 32mV、16mV、 8mV、 4mV、 2mV、 1mV等若干電壓,然后通過控制電路將Ub逐個送到比較器與被測電壓進(jìn)行比較。所取出的Uu應(yīng)按從大到小順序取出,也就是先取大的電壓Ub1與U,,進(jìn)行比較,若Ub1>Ux,就由數(shù)碼寄存器輸出一個數(shù)碼“0”,并舍去Db1;若Ubt≤Ux,則由數(shù)碼寄存器輸出一個數(shù)碼“1”,并保留Dbl,以便與下一個取出的步進(jìn)電壓Ub2相加,相加后的電壓重新與被測電壓在比較器中進(jìn)行比較,并重新輸出數(shù)碼,決定取舍。這個原則稱為從大到小、舍大留小的原則。按此原則逐個取出Ub進(jìn)行比較后,將數(shù)碼寄存器輸出的二進(jìn)制碼按序排列就會等于被測電壓值。
例如,被測電壓Ux=372mV,步驟如下。
?、傧热bl=512mV,在比較器中進(jìn)行比較,由于Ub1>Ux.,舍去Ub1,輸出“0”。
?、谌b2=256mV,Ub2<Ux=,保留Ub2,并輸出數(shù)碼“1”。
?、廴〕鯱b3=128mV,并與上次保留的Ub2相加得Db2+Ub3=384rnV,由于Ubz+Ub3>Ux故舍去(Ub3,僅保留原來的Ub2,并輸出數(shù)碼“0”。
多數(shù)的A/D轉(zhuǎn)換集成電路也是采用這個辦法完成模數(shù)轉(zhuǎn)換任務(wù)。
?。?)電壓-時間變換型 所謂電壓-時間變換型是指測量時將被測電壓值轉(zhuǎn)換為時間間隔△t,電壓越大,△t越大,然后按△t大小控制定時脈沖進(jìn)行計數(shù),其計數(shù)值即為電壓值。電壓-時間變換型又稱為V-T型或斜坡電壓式,其原理框圖如圖2所示。
控制器ST是電壓表的指揮部,它每隔一定時間(例如每隔2s)就發(fā)出一個啟動脈沖,一方面利用啟動脈沖打開控制門T,讓等間隔的標(biāo)準(zhǔn)時間脈沖序列能通過控制門進(jìn)入十進(jìn)制計數(shù)器;另一方面啟動脈沖觸發(fā)斜坡電壓發(fā)生器,使它開始產(chǎn)生一個直線上升的斜坡電壓,在斜坡電壓上升的過程中,斜坡電壓不斷與被測電壓在電壓比較器中進(jìn)行比較,當(dāng)斜坡電壓等于被測電壓Ux時,電壓比較器即發(fā)出關(guān)門信號,將T門關(guān)閉。這時十進(jìn)制計數(shù)器所保留的數(shù)就是T門從開啟到關(guān)閉的時間間隔中,通過T門的標(biāo)準(zhǔn)時間脈沖的個數(shù)。被測電壓Ux越大,斜坡電壓從零上升到被測電壓Ux,值所需要的時間、T門開啟時間也越長,計數(shù)器所計數(shù)值也越大,利用數(shù)碼顯示器將計數(shù)器所計數(shù)值顯示出來,所計的數(shù)就是通過T門的脈沖個數(shù)。適當(dāng)選擇標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器的重復(fù)頻率和斜坡斜率,就能使通過T門的脈沖個數(shù)與被測電壓值相等,顯示器上便可以直接顯示出被測電壓值。