概述
數字萬用表是在一個只有基本量程的直流數字電壓表的基礎上擴展而成的，這個電壓表相當於數字萬用表的“表頭”。其原理見圖1。在圖1中，除顯示器外，其餘功能可全都集成在一個晶元上，具有……
| 數字萬用表是在一個只有基本量程的直流數字電壓表的基礎上擴展而成的，這個電壓表相當於數字萬用表的“表頭”。其原理見圖1。在圖1中，除顯示器外，其餘功能可全都集成在一個晶元上，具有這些功能的晶元叫A/D轉換器，較常見的有ICL7106、ICL7107等多種型號，它們部屬於雙積分式A/D轉換器。雙積分A/D轉換器內部電路雖然很複雜，但根據圖1的電路可以說明其原理。它在一個測量周期內的工作過程如下：
測試開始，計數器清零，積分電容c放電，然後控制邏輯使K2、K3斷開，K1接通，積分器對被測電壓Vx進行正向積分，正向積分也叫採樣，採樣期間積分輸出V01線性增加，經過零比較器得到過零方波，通過控制邏輯打開門G，計數器開始對時鐘脈衝計數，當計數到最高位為1時，溢出脈衝通過控制邏輯使K1、K3斷開，K2接通，採樣結束，計數器復零。設採樣過程時間為T1，則積分輸出V01=VxT1/RC……(1)，K2接通基準電壓VR后，積分器開始第二次積分(反向積分)，V01開始線性下降，計數器也重新計數。當V01降至零時，比較器輸出的負方波結束，控制邏輯使K2斷開，K3接通，積分停止。同時關閉門G，計數停止，一個測量周期結束。設反向積分過程時間為T2，則積分輸出為V01-VrT2/RC=0……(2)。由式(1)、(2)，可得Vx=VrT2/T1……(3)。轉換波形見圖2。
設時鐘脈衝周期為T0，則T1=N1T0，T2=N2T0，N1、N2分別是正、反向積分期間計數的時鐘脈衝個數，所以VX=VRN2/N1…(4)。對干3 1/2位A/D轉換器，採樣期間計數到1000個脈衝時計數器有溢出，故N1=1000是個定值，如再規疾VR=100.0mV，則有VX=0.1N2……(5)。(5)式說明，適當選擇N1及VR的值，可使VX與N2的有效數字相同，只是小數點位置不同。如將小數點定在顯示值N2的十位，便可直接讀數。例如，被測VX=123.4mV，則在反向積分期間計數到N2=1234個脈衝時，一個測量周期結束，顯示器理應顯示1234，但電路上同時使個位數字前出現一個小數點，故實際顯示123.4。
計數器中暫存的N2值是二進位數，經過解碼器解碼后可使數字顯示器顯示十進位數。
由上面(4)式可見，VX的允許範圍與VR的大小有關。對於3 1/2位A/D轉換器，如VR=100.00mV，則最大顯示為199.9mV;如VR=1.0V，則最大可顯示1.999V。事實上VR不宜過大，否則會損壞A/D轉換器。如取VR=100.0mV，這時3 1/2位A/D轉換器便可構成基本量程為0.2v的直流數字電壓表。
從雙積分A/D轉換器的工作過程還可看出數字萬用表的特點：首先，從上面(4)式可知，被測電壓只與基準電壓及計數器的計數值有關，而這兩者的準確度都可以做得較高，所以數字萬用表測試準確度較高。其次，疊加在VX上的短暫干擾在積分過程中會被積分掉。如T1取值為工頻信號周期(20ms的整數倍)，則疊加在VX上的工頻干擾也會被積分掉，所以它的抗串模干擾能力強。第三，分辨力高，3 1/2位數字萬用表的最高分辨力為0.1mV。但它也有缺點，從雙積分A/D轉換器工作過程可知，如果VX是變化的量，則正、反向積分、計數器計數都不能正常進行，顯示就會紊亂，所以數字萬用表不能測連續蠻化的電量。 |
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