专家说：电压比率（二）

　　环形参考分压器

　　用环形参考的方法来建立准确的电压比率的基本原理是，当对所有可能的比率进行平均时，n个串联电压的比率将准确地为n:1。为了说明起来简单，在图9-10中使用3个参考电压来说明其原理。

　　▲ 图9-10 环形参考分压器的原理

　　从原理上说，这种技术可以扩展到任意数目的电压源，并扩展到n:2，n:3等比率。开发这种技术的目的，曾是用来验证福禄克公司的752A参考分压器的10：1比率的不确定度。该方案使用了10个福禄克公司的732A作电压源。还制造了一个专门的低热电势、低接触电阻的测量设备来实现这个方法。

　　从概念上讲，用电阻器代替电压标准，这个方法也可以使用。而在实际上，使用足够高阻值的电阻器能够避免连接器电阻的误差，但是又容易引起泄漏电阻的问题。732A的源电阻非常低，使得实际绝缘子的泄漏对测量没有影响。732A的非常稳定的10 V输出电压实质上不受连接电阻变化的影响。

　　PWMDAC

　　手动操作的直流比较仪可以由包含脉冲调宽数-模变换器(PWMDAC)构成的仪器来代替。这种仪器具有和直流比较仪相比拟的准确度，并具有全部自动化的额外的好处。

　　PWMDAC用来设置现代校准器的输出。它取代了原来在数字-模拟变换器电路中使用的电阻反馈电路，如梯形网络或开关电阻器网络。

　　福禄克公司的5440B直流电压校准器，就采用了这种PWMDAC变换器。虽然采用梯形网络或开关电阻器网络的数-模变换器能够实现数字控制，但是其电阻器的数值可能发生变化，因而限制了它的准确度。

　　相反，PWMDAC变换器不依赖多个电阻器，所以要准确得多。PWMDAC变换器的基本组成部分是一个低通滤波器。低通滤波器的输入端在地和参考电压之间开关切换。此受控开关的动作产生一个恒定周期的方波，而方波的占空比取决于开关设置到地或参考电压的相对时间。低通滤波器把这个方波滤成精确的平均值直流电压。从0%到100%改变方波的占空比，就改变了滤波器输出端出现的平均值电压，使之从0变化到Vret的数值。

　　和开关电阻器型的数-模变换器相比，这种类型的数-模变换器有许多好处。这种装置的电路实际上非常简单，使用的关键元件也较少，而且不需要使用大量的精密电阻器。最后，获得可重复性的、高准确度的输出只取决于高可靠性的数字电路以及用来控制开关的时钟的短期稳定性。图9-11是福禄克公司的5440B校准器中使用的PWMDAC的示意图。

　　▲ 图9-11 福禄克公司的5440B中的PWMDAC

　　这种类型的DAC至少能够达到经过恰当地校准的最好的开尔文-瓦利分压器的线性度。当然，它还具有能够由计算机来进行控制的重大的优点。

DMM中的线性ADC

　　用具有高线性度模拟-数字变换器(ADC)的8½ 位DMM，可以确定一个标准电池的未知电动势与一个固态参考标准的已知、可溯源的+10 V输出电压的电压比率。使用这种方法时，把标准电池的负端和+10V输出的负端相连，在标准电池的正端和+10 V的正端之间剩下略低于+9 V的电压。用DMM进行两次测量，并记录为“V1”和“V2”如下：

　　V1=k(Vstd - Vx)

　　V2=kVstd

　　式中： k —— DMM的定标因子;

　　Vstd —— 10 V标准的实际值

　　Vx —— 标准电池的实际值。

　　这两个读数之比为：

　　所以

　　也可以用这种方法，按照标准电池已知的电动势来为10 V参考电压赋值。在这两种情况下，其原理都是基于DMM的自动调零电路消除了DMM的本底(floor)误差以及DMM在+9 V到+10 V的标度范围内具有极好的线性度。