Voltmetri digitali

Un voltometro differenziale effettua la misura di una tensione incognita mediante il confronto diretto con una tensione di riferimento disponibile internamente allo strumento. La tensione è variabile e per generarla si ricorre ad una tensione di elevata accuratezza e stabilità.

viene variata da a e si registra quel valore per cui l'uscita del comparatore commuta di livello. viene quindi inviata al display del voltmetro.

Dove: La risoluzione di misura dipende dalla risoluzione del divisore potenziometrico (e passo del motore). La sensibilità di misura viene aumentata grazie all'amplificazione in ingresso, consentendo di rivelare segnali deboli con una maggiore insensibilità al rumore del comparatore. Generalmente ha una risoluzione bassa, una velocità bassa e un costo contenuto, infatti oggi risulta praticamente in disuso.

È una versione a stato solido (veloce e affidabile) del voltmetro potenziometrico. La risoluzione solitamente è di 4 o 5 cifre. Opera secondo una conversione tensione/tempo e la tensione viene misurata contando un certo numero di periodi di clock in un intervallo di tempo (che è proporzionale al modulo di ): Il segno di si deduce invece da quale comparatore scatta prima.
Molte volte l'errore può essere solo positivo, o solo negativo, risultato ad es. limitato all'intervallo . Altre volte l'errore di quantizzazione si ha sia su che su :

Da cui ricaviamo le formule: La rampa analogica varia linearmente da a con periodo . Il tempo di misura è . Per una lettura con risoluzione dove è il massimo valore di conteggi del contatore, deve essere Di conseguenza: La risoluzione migliora al crescere del rapporto . Aggiungiamo infine che è la pendenza della rampa analogica:

È l'architettura di voltometro più veloce, raggiunge frequenza di conversione fino a . Tuttavia la complessità circuitale cresce esponenzialmente con il numero di bit e si lavora quindi con una bassa risoluzione.

Questo è il convertitore AD utilizzato negli oscilloscopi digitali, dove la risoluzione modesta non è un fattore limitante mentre la velocità è importante.
La dinamica di misura viene suddivisa in livelli equispaziati () utilizzando soglie (e comparatori). Tipicamente si lavora con livelli e dunque la risoluzione relativa è . È usato per misure su segnali molto veloci ma con accuratezza limitata.

È un convertitore DA a bit. Utilizza il metodo di bisezione: si confronta, a partire dal MSB al LSB, con , e si decide se mantenere il bit a o riportarlo a .
La cifra meno significativa a peso , mentre la più significativa vale . Si eseguono confronti, ciascuno di durata , con . Il tempo di misura è fissato indipendentemente da e vale .
Il rumore differenziale può portare istantaneamente a errate decisioni sul singolo confronto, e dunque ad un errore di misura.

In un voltmetro ad integrazione, il valore di misura dipende dal segnale (tensione) in ingresso secondo una relazione integrale: Sapendo che : Se è nota la frequenza del disturbo, può essere utile scegliere un opportuno, ma, in generale, per lungo la reiezione al disturbo migliora.

Avendo un disturbo "sinusoidale qualsiasi" (con fase arbitraria) su un intervallo di integrazione sempre ma centrato su " qualsiasi", abbiamo che: Massimizzandolo otteniamo: Dove , e .

Da un punto di vista analitico è una variabile che dipende da come nel rampa analogica: La misura è teoricamente insensibile a valori e incertezze di RC e agli altri parametri strumentali ( e ), che pesano allo stesso modo su rampa di salita e discesa.
L'incertezza di quantizzazione è:

La massima risoluzione ottenibile si aggira intorno a da un minimo di con frequenze che vanno da a . Il tempo di latenza equivale al numero di conversioni moltiplicato per il tempo di conversione: