城市發展依據

[拼音]：shuzi dianyabiao

[英文]：digital voltmeter

用於測量電壓的數字儀表。在科學研究或工業測試中，當需要對電壓進行快速而準確的測量時，均使用這種電錶。

數字電壓表的型別很多，其輸入電路、計數電路和顯示電路基本相似，只是電壓－數字轉換方法不同。常見的直流電壓－數字轉換方法有：V-T轉換法；V-F轉換法和逐位逼近法。

利用這 3種方法制成的數字電壓表的主要技術性能和適用場合見表。數字電壓表的測量誤差最小約為百分之幾。測量交流電壓，只需增加一個轉換器，將被測交流電壓轉換成直流電壓後再進行測量。

V-T轉換法

將被測電壓Ux轉換成與之成比例的時段tx，由計數器對時段Δtx內標準脈衝的計數來反映被測電壓的大小。V-T 轉換法又可分為線性電壓掃描法和雙斜積分法。

（1）線性電壓掃描法：其原理框圖見圖1a。

將線性掃描電壓源產生的由負值上升、斜率為α的線性電壓Ux分別送至兩個電壓比較器。在Ux經過零值和經過被測電壓值Ux的瞬間(圖1b)，兩個電壓比較器分別產生電壓脈衝Pa和Pb。Pa用於開啟控制門，Pb用於關閉控制門。電壓Ux就轉換成與之成比例的控制門開啟的時段Δtx。在時段Δtx內，標準脈衝發生器發出的週期為τx的標準脈衝通過控制門，由計數器計數。設計數器記錄所得脈衝數為X，因已知α和τx值，由公式Ux=αΔtx=ατxX，即可求出被測電壓Ux。線性電壓掃描法較簡單，但抗干擾能力差。如當被測直流電壓Ux帶有交流乾擾訊號時，關閉控制門的時刻就會發生波動，從而造成誤差。

（2）雙斜積分法：一種較好的V-T轉換方法，其原理框圖見圖2a。先以有源積分電路對被測電壓Ux在固定時段T0(圖2b)內積分， 獲得輸出電壓－U。然後將積分電路接至基準電壓-Ux，給出電壓脈衝Pa去開啟控制門。基準電壓的極性與Ux相反，當積分電路的輸出電壓上升至零值的瞬間，零電壓比較器給出電壓脈衝Pb去關閉控制門。因此，控制門的開啟時段為上述對－Ux的積分時間Δtx。由於Ux、Ux均是恆定的，所以UxT0-UxΔtx=0，或Ux=(Ux/T0)Δtx。公式中Ux和T0是給定的，因而時段Δtx與被測電壓Ux成比例。若計數器記錄週期為τx的標準脈衝數為x，則Ux＝(Ux/T0)τxx，即x與被測電壓Ux成比例。如果T0取干擾訊號週期的整數倍，則在對Ux積分的時段內干擾訊號的積分值為零。這使雙斜積分法具有優良的抗干擾性能。

V-F轉換法

將被測電壓Ux轉換為與它成比例的頻率，然後用測量頻率的電路（見數字頻率表）進行測量，並以數字顯示測量結果。採用電量動態平衡法來實現V-F轉換，其原理框圖見圖3a。

這種方法也利用積分電路，但Ux始終接入，而-Ux 只在積分電路的輸出電壓-U達某一閾值-U 0時，由電壓比較器發出觸發訊號後才接入。-Ux 每次接入的時間Tx極短暫，僅使-U暫時回升。在Tx之後，輸出電壓-U又逐漸下降至閾值電平-U0，而-Ux又一次短暫接入。如此迴圈下去，積分電路輸出電壓形成如圖3b所示的波形。若在某一時段T 內進行考察，此時段內Ux對積分電路的充電作用為-Ux的x次放電作用所平衡，因而有Ux-xTxUx=0，或Ux＝UxTx(x/T)。由於x/T具有頻率的量綱，用測頻率電路測定x/T，所得結果即與Ux成比例。若使T為干擾訊號週期的整數倍， 則也能有效地抑制干擾。

逐位逼近法

此法與用砝碼在天平上稱量質量相仿。標準電壓源產生一列由大到小的標準電壓，相當於不同大小的砝碼，因而稱之為“電壓砝碼”。先以最大的“電壓砝碼”與被測電壓Ux進行比較。若大於Ux，則換以較小的進行比較；反之，則保留這個電壓砝碼，並再補加較小的“電壓砝碼”進行比較。如此逐個進行下去，直至最小的一個“電壓砝碼”參與比較後為止。此時保留下來未被更換的全部“砝碼”值的總和，與被測電壓Ux基本相等。各電壓砝碼之間為二進位制關係。圖中表示在比較過程中，具有權值為23和21的“砝碼”被撤換，而權值為24、22和20的“砝碼”被保留下來，最終的二進位制讀數為10101。設最小的“電壓砝碼”值為1毫伏，則被測電壓Ux接近等於10101(二進位制)=21(十進位制)毫伏。逐位逼近法的優點是可實現極快的轉換，但抗干擾能力不如前幾種方法。