數字萬用表電路圖(一)
數字萬用表是在一個只有基本阻值的直流數字電流表的基礎上擴充而成的,這個電流表相當于數字萬用表的“表頭”。其原理見圖1。在圖1中,除顯示器外,其余功能可全都集成在一個芯片上,具有這種功能的芯片叫A/D轉換器,較常見的有、等多種機型,它們部屬于雙積多項式A/D轉換器。雙積分A/D轉換器內部電路其實很復雜,但依照圖1的電路可以說明其原理。它在一個檢測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,之后控制邏輯使K2、K3斷掉,K1接通,積分器對被測電流Vx進行正向積分,正向積分也叫取樣,取樣期間積分輸出V01線性降低,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沖計數,當計數到最低位為1時,溢出脈沖通過控制邏輯使K1、K3斷掉,K2接通,取樣結束,計數器復零。設取樣過程時間為T1,則積分輸出V01=VxT1/RC……(1),K2接通基準電流VR后,積分器開始第二次積分(反向積分),V01開始線性增長,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斷掉,K3接通,積分停止。同時關掉門G,計數停止,一個檢測周期結束。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。
設時鐘脈沖周期為T0,則T1=N1T0,T2=N2T0,N1、N2分別是正、反向積分期間計數的時鐘脈沖個數,所以VX=VRN2/N1…(4)。對干31/2位A/D轉換器,取樣期間計數到1000個脈沖時計數器有溢出,故N1=1000是個定值,如再規定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。諸如,被測VX=123.4mV,則在反向積分期間計數到N2=1234個脈沖時,一個檢測周期結束,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值是二補碼數,經過混頻器解調后可使數字顯示器顯示十補碼數。
由前面(4)式可見,VX的容許范圍與VR的大小有關。對于31/2位A/D轉換器電流表原理,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,否則會毀壞A/D轉換器。如取VR=100.0mV,這時31/2位A/D轉換器便可構成基本阻值為0.2v的直流數字電流表。
許多普及型數字萬用表就是用這些基本阻值為0.2v的直流數字電流表作表頭擴充而成的。要測較高的直流電流,可采用分壓器將被測電壓降到0.2v以下。要測交流電流、交、直流電壓及內阻,可以采用相應的轉換器轉換成直流電流。如被測電量數值較大,可以先分壓(或分流)而后再轉換,使轉換后的直流電流在0.2V以下即可。數字萬用表的原理框圖如圖3所示。
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性:首先,從里面(4)式可知,被測電流只與基準電流及計數器的計數值有關,而這三者的確切度都可以做得較高,所以數字萬用表測試確切度較高。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取值為工頻訊號周期(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,區分力高,31/2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,假如VX是變化的量,則正、反向積分、計數器計數都不能正常進行,顯示都會衰弱,所以數字萬用表不能測連續蠻化的電量。
數字萬用表電路圖(二)
萬用表是拿來檢測交直流電流、電阻、直流電壓等的儀表。是焊工和無線電制做的必備工具。初看上去萬用表很復雜,實際上它是由電壓表(也稱表頭)、刻度盤、探針、量測內阻的原理與測直流電流相近,只是測試時還須加一組電瓶。選擇開關指向內阻范圍時,刻度盤上找第一行內阻專用刻度讀數即可。
數字萬用表電路圖(三)
數字的檢測將一些檢測訊號轉換成直流電流訊號,之后通過模數轉換電路轉換成數字訊號,再通過計數器計數,最后將檢測結果用數字直接顯示。它不但能檢測直流電流、交流電流、直流電壓,交流電壓和內阻,也能檢測訊號的頻度、的容量、的放大倍數等參數,還具有手動校零、自動極性轉換、過載指示、保持讀數、顯示檢測單位符號等功能。其中系統框圖。
數字萬用表系統框圖,如圖所示:
檢測電路原理
DT830萬用表采用大規模集成芯片7106(或則7107)作為電路的模數轉換電路和顯示驅動電路。引腳功能如下所述。
(1)直流電流檢測電路
直流電流檔電路原理圖,如圖所示:
(2)交流電流檢測電路
交流電流檔電路原理圖,如圖所示:
(3)直流電壓檢測電路
直流電壓檔電路原理圖,如圖所示:
圖5直流電壓檔電路原理圖
(4)內阻檢測電路
內阻檔電路原理圖,如圖所示:
數字萬用表電路圖(四)
圖2為數字萬用表直流電壓檢測電路原理圖,圖中VD1、VD2為保護晶閘管,當基本表IN+、IN一兩端電流小于ZOOmV時,VD1導通,當被檢測電位端接入IN一時,VD2導通,因而保護了基本表的正常工作,起到“守門”的作用。
R2~R5、RC.分別為各擋的采樣內阻,它們共同組成了電壓-電流轉換器(I/U),即檢測時,被測電壓△在采樣內阻上形成電流電流表原理,該電流輸人至IN+、IN—兩端,因而得到了被測電壓的量值。若合理地選裝各電壓阻值的采樣內阻,才能使基本表直接顯示被測電壓量的大小。
圖2數字萬用表直流電壓檢測電路原理圖
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