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DVM的種類(lèi)有多種,分類(lèi)方法也很多,有按位數(shù)分的,如3/2位、5位、8位;有按測(cè)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(tái)式。但通常是按A/D轉(zhuǎn)換方式的不同將DVM分成兩大類(lèi),一類(lèi)是直接轉(zhuǎn)換型,也稱(chēng)比較型;另一類(lèi)是間接轉(zhuǎn)換型,又稱(chēng)積分型,包括電壓-時(shí)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(cè)電壓與不斷遞減的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較,通過(guò)比較終獲得被測(cè)電壓值,然后送顯示器顯示的。雖然逐次比較需要一定時(shí)間,要經(jīng)過(guò)若干個(gè)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(cè)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(kāi)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(gè)步進(jìn)小電壓Db1、Ub2、Ub3等,而且這些步進(jìn)電壓的前一個(gè)值比后一個(gè)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(guò)控制電路將Ub逐個(gè)送到比較器與被測(cè)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(gè)數(shù)碼“0”,并舍去Db1;若Ubt≤Ux,則由數(shù)碼寄存器輸出一個(gè)數(shù)碼“1”,并保留Dbl,以便與下一個(gè)取出的步進(jìn)電壓Ub2相加,相加后的電壓重新與被測(cè)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(gè)原則稱(chēng)為從大到小、舍大留小的原則。按此原則逐個(gè)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(huì)等于被測(cè)電壓值。
例如,被測(cè)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(lái)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(gè)辦法完成模數(shù)轉(zhuǎn)換任務(wù)。
?。?)電壓-時(shí)間變換型 所謂電壓-時(shí)間變換型是指測(cè)量時(shí)將被測(cè)電壓值轉(zhuǎn)換為時(shí)間間隔△t,電壓越大,△t越大,然后按△t大小控制定時(shí)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù),其計(jì)數(shù)值即為電壓值。電壓-時(shí)間變換型又稱(chēng)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(shí)間(例如每隔2s)就發(fā)出一個(gè)啟動(dòng)脈沖,一方面利用啟動(dòng)脈沖打開(kāi)控制門(mén)T,讓等間隔的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間脈沖序列能通過(guò)控制門(mén)進(jìn)入十進(jìn)制計(jì)數(shù)器;另一方面啟動(dòng)脈沖觸發(fā)斜坡電壓發(fā)生器,使它開(kāi)始產(chǎn)生一個(gè)直線上升的斜坡電壓,在斜坡電壓上升的過(guò)程中,斜坡電壓不斷與被測(cè)電壓在電壓比較器中進(jìn)行比較,當(dāng)斜坡電壓等于被測(cè)電壓Ux時(shí),電壓比較器即發(fā)出關(guān)門(mén)信號(hào),將T門(mén)關(guān)閉。這時(shí)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器所保留的數(shù)就是T門(mén)從開(kāi)啟到關(guān)閉的時(shí)間間隔中,通過(guò)T門(mén)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間脈沖的個(gè)數(shù)。被測(cè)電壓Ux越大,斜坡電壓從零上升到被測(cè)電壓Ux,值所需要的時(shí)間、T門(mén)開(kāi)啟時(shí)間也越長(zhǎng),計(jì)數(shù)器所計(jì)數(shù)值也越大,利用數(shù)碼顯示器將計(jì)數(shù)器所計(jì)數(shù)值顯示出來(lái),所計(jì)的數(shù)就是通過(guò)T門(mén)的脈沖個(gè)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(guò)T門(mén)的脈沖個(gè)數(shù)與被測(cè)電壓值相等,顯示器上便可以直接顯示出被測(cè)電壓值。