一、引言

數(shù)字電壓表（DVM，也稱為數(shù)字多用表或簡稱DMM）是現(xiàn)代電子測量領(lǐng)域中不可或缺的一種測量儀器。與傳統(tǒng)的模擬電壓表相比，數(shù)字電壓表以其高精度、高靈敏度、快速測量以及直觀的數(shù)字顯示等特點，得到了廣泛的應(yīng)用。本文將詳細(xì)介紹數(shù)字電壓表的原理和特點，以期為讀者提供深入的理解。

二、數(shù)字電壓表的原理

數(shù)字電壓表的原理基于模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，通過將被測電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，從而實現(xiàn)對電壓的精確測量。具體的工作流程如下：

輸入電路：數(shù)字電壓表的輸入電路是用來接收待測電壓信號的部分。輸入電路中的輸入電阻用于減小對待測電路的影響，以提高測量精度。分壓網(wǎng)絡(luò)則是將輸入信號分壓，以保證在動態(tài)范圍內(nèi)進(jìn)行測量，避免輸入過大導(dǎo)致溢出。

采樣保持電路：采樣保持電路的作用是在一定的時間間隔內(nèi)對輸入信號進(jìn)行采樣，并將采樣值保持一段時間，以供后續(xù)電路處理。這樣可以確保在模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中，輸入信號保持穩(wěn)定不變。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）：模數(shù)轉(zhuǎn)換器是數(shù)字電壓表的核心部分，它將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。在模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中，通常使用逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器通過逐位比較待測電壓與參考電壓的大小，來實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。比較器的輸出結(jié)果會根據(jù)比較結(jié)果分為兩種情況，一是待測電壓大于參考電壓，二是待測電壓小于參考電壓。逐次逼近的比較結(jié)果會保存在寄存器中，形成一個二進(jìn)制數(shù)字。

數(shù)字顯示和校準(zhǔn)電路：數(shù)字顯示電路將模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的二進(jìn)制數(shù)字轉(zhuǎn)換為人類可讀的數(shù)字形式，并在顯示器上顯示出來。校準(zhǔn)電路則用于對數(shù)字電壓表進(jìn)行校準(zhǔn)，以消除誤差并提高測量精度。

此外，數(shù)字電壓表的控制器會每隔一定時間（如每隔2秒）發(fā)出一個啟動脈沖，觸發(fā)斜坡電壓發(fā)生器產(chǎn)生一個直線上升的斜坡電壓。當(dāng)斜坡電壓等于被測電壓時，電壓比較器會發(fā)出關(guān)門信號，關(guān)閉控制門T。此時，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)。通過適當(dāng)選擇標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器的重復(fù)頻率和斜坡斜率，可以使通過T門的脈沖個數(shù)與被測電壓值相等，從而在顯示器上直接顯示出被測電壓值。

三、數(shù)字電壓表的特點

數(shù)字電壓表以其獨特的優(yōu)勢在現(xiàn)代電子測量領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。以下是數(shù)字電壓表的主要特點：

高精度：數(shù)字電壓表采用數(shù)字化技術(shù)，誤差小于模擬電壓表。其精度可達(dá)到0.000001數(shù)量級，甚至更高。這使得數(shù)字電壓表在需要高精度測量的場合中具有顯著優(yōu)勢。

高靈敏度：數(shù)字電壓表的靈敏度通常可達(dá)10微伏到1微伏，甚至已有納伏數(shù)量級的數(shù)字電壓表。這使得數(shù)字電壓表能夠檢測到微小的電壓變化。

快速測量：數(shù)字電壓表的測量速度非常快，一般每秒鐘可進(jìn)行幾十次到上萬次測量，甚至可達(dá)到百萬次。這使得數(shù)字電壓表能夠?qū)崟r地監(jiān)測電路中的電壓變化。

數(shù)字顯示：數(shù)字電壓表采用數(shù)字顯示方式，讀數(shù)準(zhǔn)確、直觀、易于理解。與傳統(tǒng)的模擬電壓表相比，數(shù)字電壓表不會對人眼造成視覺疲勞。

自動校準(zhǔn)：數(shù)字電壓表具有自動校準(zhǔn)功能，可以在較低的溫度漂移和干擾影響下保持精度。這使得數(shù)字電壓表在長期使用過程中仍能保持較高的測量精度。

數(shù)字化輸出：數(shù)字電壓表可以輸出數(shù)字信號，便于與計算機(jī)等設(shè)備連接進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、記錄和分析。這使得數(shù)字電壓表在自動化測試、數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

輸入阻抗高：數(shù)字電壓表的輸入阻抗通常可達(dá)-1000兆歐以上，對被測電路的影響較小。這使得數(shù)字電壓表在測量過程中不會對被測電路造成干擾或損壞。

四、結(jié)論

數(shù)字電壓表以其高精度、高靈敏度、快速測量以及直觀的數(shù)字顯示等特點在現(xiàn)代電子測量領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。其原理基于模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，通過將被測電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號實現(xiàn)對電壓的精確測量。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步相信數(shù)字電壓表將會在未來發(fā)揮更加重要的作用。