電壓表是一種測量儀器，用于在電路中測量電壓水平，當它與被測電路部分并聯連接時。

在分析電氣和電子電路的操作時，或試圖理解為什么電路不如預期工作時，最終你將需要使用電壓表來測量各種電壓水平。用于電壓測量的電壓表有許多形狀和尺寸，無論是模擬的還是數字的，或作為今天更常用的數字萬用表的一部分。

電壓表也可以用于測量直流電壓以及正弦交流電壓，但將電壓表作為測量儀器引入電路可能會干擾其穩態條件。

顧名思義，“電壓表”是一種用于測量電壓（V）的儀器，即電路中任意兩點之間存在的電位差。要測量電壓（電位差），電壓表必須與被測電壓的組件并聯連接。

電壓表可用于測量單個組件或電源上的電壓降，或者它們可以用于測量電路中兩個或更多點或組件上的電壓降之和。

例如，如果我們將電壓表連接到充滿電的汽車電池的端子上，它將指示12.6伏。也就是說，電池的正負端子之間存在12.6伏的電位差。因此，電壓V總是在電路組件上或與之并聯測量。

電壓表

最基本的直流模擬電壓表類型是“永磁動圈”（PMMC）表，也稱為達松瓦爾運動。

這種類型的模擬表運動基本上是一種電流測量設備（稱為檢流計），可以配置為作為電壓表或電流表操作，主要區別在于它們在電路中的連接方式。

動圈運動使用固定的永磁體和非常細的線圈，該線圈可以在磁體的磁場內移動（因此稱為“動圈”）。

當連接到電路時，電流流過線圈，從而產生自己的磁場（電磁），該磁場與周圍永磁體產生的磁場反應，從而使線圈移動。

由于檢流計響應內部電流流動，如果我們知道線圈（由銅線繞制）的內部電阻，我們可以簡單地使用歐姆定律來確定正在測量的相應電位差。

永磁動圈表構造

永磁動圈表構造

電磁線圈移動的量，稱為“偏轉”，與流過線圈產生偏轉針所需磁場的電流強度成正比。

通常有一個指針或針連接到線圈，因此線圈的運動導致指針在線性刻度上偏轉，以指示正在測量的值，偏轉角度與輸入電流成正比。因此，檢流計的指針響應電流而移動。

通常使用細螺旋手表運動類型的阻尼彈簧來控制偏轉角度，防止可能損壞指針的振蕩或快速運動，并在沒有電流通過線圈時保持線圈的靜止。

通常指針運動在左側的零和刻度最右側的滿量程偏轉（FSD）之間。一些表運動具有彈簧中心的指針，零靜止位置在刻度的中間，允許指針在兩個方向上移動。這對于測量任何極性的電壓很有幫助。

盡管這種PMMC表運動對動圈中的電流流動線性響應，但可以通過在串聯電阻中添加電阻來適應電壓測量。串聯電阻與動圈表運動的組合形成一個直流電壓表，一旦校準，就可以提供準確的結果。

電壓測量

我們在這些教程中看到，當電荷處于平衡狀態時，電路中任意兩點之間的電壓為零，如果電流（電荷的運動）在電路中流動，電路中兩個或更多不同點之間將存在電壓。

使用檢流計，我們不僅可以測量兩點之間流動的電流，還可以測量它們之間的電壓差，因為根據歐姆定律，這些量是相互成比例的。因此，使用刻度的電壓表，我們可以測量電路中任意兩點之間的電位差。

但是我們如何將使用電流工作的表轉換為可以用于測量電壓的表。我們之前說過，永磁動圈表的偏轉與通過其動圈的電流強度成正比。

如果其滿量程偏轉（FSD）乘以動圈的內部電阻，則可以使表讀取電壓而不是電流，從而將動磁動圈表轉換為直流電壓表。

然而，由于線圈運動的設計，大多數PMMC表是非常敏感的設備，其滿量程偏轉電流IG評級可以低至100μA（或更少）。例如，如果動圈的電阻值RG為500Ω，則我們可以測量的最大滿量程電壓僅為50mV（V = I*R = 100μA x 500Ω）。

因此，為了使PMMC電壓表的敏感線圈運動能夠測量更高的電壓值，我們需要找到一種方法將正在測量的電壓降低到表可以處理的值，這是通過在表的內部線圈電阻上串聯一個稱為倍增器的電阻來實現的。

讓我們假設我們希望使用上述100uA，500Ω檢流計來測量高達1.0伏的電路電壓。顯然，我們不能直接將表連接到測量1伏，因為正如我們之前所見，它可以測量的最大電壓是50毫伏（50mV）。

但是通過使用歐姆定律，我們可以計算出串聯電阻RS的值，當用于測量1伏的電位差時，它將產生滿量程表運動。

使用歐姆定律的電壓表

因此，如果檢流計給出滿量程偏轉的電流為100uA，則所需的串聯電阻RS計算為9.5kΩ。因此，可以通過簡單地串聯一個足夠大的電阻將檢流計轉換為電壓表，如圖所示。

電壓表串聯電阻

電壓表串聯電阻

注意，這個串聯電阻RS將始終高于線圈的內部電阻RG，以限制通過線圈繞組的電流強度。表運動與這個外部串聯電阻的組合然后形成一個簡單的模擬電壓表的基礎。

電壓表示例No1

一個PMMC檢流計的內部線圈電阻為100Ω，并在200 mV時產生滿量程偏轉。找到所需的倍增電阻，以便表在測量5伏的直流電壓時給出滿偏轉。

電壓表串聯電阻

因此，所需的串聯電阻值為2.4kΩ

我們可以使用這種方法通過根據需要更改倍增電阻的值來測量任何電壓值，只要我們知道檢流計的電流或電壓滿量程偏轉（FSD）值（IFSD或VFSD）。然后我們需要做的就是重新標記刻度，從零讀取到新的測量電壓值。

這個簡單的串聯分壓器電路可以進一步擴展，在其設計中包含一系列不同的“倍增”電阻，從而允許電壓表通過撥動開關用于測量一系列不同的電壓水平。

多量程電壓表設計

我們上面的簡單直流電壓表可以通過使用多個串聯電阻進一步擴展，每個電阻針對特定電壓范圍大小，可以通過單個多極開關逐一選擇，從而允許我們的模擬電壓表用單個運動測量更廣泛的電壓水平。

這種類型的電壓表配置稱為多量程電壓表，根據開關的位置數選擇范圍，例如，4位，5位等。

直接多量程電壓表配置

在這種電壓表配置中，多量程電壓表的每個倍增電阻RS如前所述與表串聯連接，以提供所需的電壓范圍。因此，如果我們假設上述50mV FSD表需要測量以下電壓范圍10V，50V，100V，250V和500V，則所需的串聯電阻如前所述計算為：

電壓表電阻值

給出一個直接多量程電壓表電路：

直接多量程電壓表

雖然這種直接電壓表配置在讀取我們的電壓范圍時非常有效，但為了獲得表的正確FSD所需的倍增電阻值可能會給出不是標準優選值的電阻值，或者需要將電阻焊接在一起以產生確切的值。

我們計算的99.5kΩ到4.9995MΩ的值不是常見的電阻值，因此我們需要找到上述電壓表設計的變體，該設計將使用更常見的電阻值。

間接多量程電壓表配置

一個更實用的設計是間接電壓表配置，其中一個或多個串聯電阻與表串聯連接以提供所需的電壓范圍。這里的優勢是我們可以使用標準的優選值作為倍增電阻。

如果我們再次假設我們的50mV FSD表和電壓范圍10V，50V，100V，250V和500V，則所需的串聯倍增電阻計算為：

倍增電阻值

給出一個間接多量程電壓表電路：

間接多量程電壓表

然后我們可以看到，使用這種間接5量程電壓表配置，要測量的電壓越高，開關選擇的倍增電阻越多。與PMMC表串聯的總電阻將是電阻的總和，因為RTOTAL = RS1 + RS2 + RS3 ...等。

顯然，雖然兩種電路，直接和間接電壓表配置都能夠讀取相同的電壓水平，但使用標準和優選電阻值400kΩ，500kΩ，1M5Ω和2M5Ω電阻使間接方法更容易和更便宜構建。

顯然，電阻值的選擇最終將取決于所使用的檢流計的FSD和需要測量的電壓水平。無論哪種方式，都可以通過連接更高的串聯倍增電阻和開關來構建一個簡單的多量程模擬直流電壓表。如今大多數數字萬用表都是自動量程的。

構建直流電壓表時要注意的最后一點是，理想的電壓表對正在測量的電路部分或組件沒有影響，因為它將具有無限的等效電阻。

然而，在實踐中，測量電壓時，將電壓表連接到電路，特別是高電阻電路，可能會降低電路的有效電阻，因此具有降低兩點之間測量的電壓的效果。

為了最小化這種負載效應，應使用具有高靈敏度的表，即其滿量程偏轉是通過較低的偏轉電流實現的，以便用于電壓表的倍增電阻可以盡可能高，以減少通過PMMC表的電流。電壓表的靈敏度以歐姆/伏特（Ω/V）測量。