畢業(yè)綜合實(shí)踐數(shù)字萬(wàn)用表的設(shè)計(jì)與制作

1、畢業(yè)綜合實(shí)踐課題名稱： 數(shù)字萬(wàn)用表的設(shè)計(jì)與制作 作 者： 陳夏 學(xué) 號(hào)：09032110 系 別： 電氣電子工程系 專 業(yè)： 電機(jī)與電器 指導(dǎo)老師： 顏曉河 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 2011年 3月 浙江溫州目 錄1 引 言12 數(shù)字萬(wàn)用表設(shè)計(jì)與制作的目的與要求引 言萬(wàn)用表又稱多用表、三用表、復(fù)用表，是一種多功能、多量程的測(cè)量?jī)x表，一般萬(wàn)用表可測(cè)量直流電流、直流電壓、交流電壓、電阻等，有的還可以測(cè)量交流電流、電容量、電感量以及半導(dǎo)體的一些參數(shù)（如）。數(shù)字萬(wàn)用表作為電子測(cè)試領(lǐng)域不可缺少的產(chǎn)品之一，應(yīng)用范圍最為廣泛。數(shù)字萬(wàn)用表亦稱數(shù)字多用表,簡(jiǎn)稱dmm(digtial multimeter)。傳統(tǒng)的指針式萬(wàn)

2、用表功能單精度低，不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需求，數(shù)字萬(wàn)用表是利用模/數(shù)轉(zhuǎn)換原理，將被測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并將測(cè)量結(jié)果以數(shù)字形式顯示出來(lái)的一種測(cè)量?jī)x表。與指針式萬(wàn)用表相比，新一代數(shù)字萬(wàn)用表具有精度高、速度快、輸入阻抗大、數(shù)字顯示、讀數(shù)準(zhǔn)確、可擴(kuò)展尾強(qiáng)、集成方便、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用，得到工程師的青睞。2數(shù)字萬(wàn)用表設(shè)計(jì)與制作的目的和要求2.1數(shù)字萬(wàn)用表設(shè)計(jì)與制作的目的通過對(duì)一臺(tái)正式產(chǎn)品數(shù)字萬(wàn)用表dt9205a部分零部件的焊接、安裝和調(diào)試，讓我們更好的了解電子產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程，掌握常用元器件的識(shí)別和測(cè)試及電子產(chǎn)品生產(chǎn)基本操作技能，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。2.2數(shù)字萬(wàn)用表設(shè)

3、計(jì)與制作的要求（1）、學(xué)會(huì)分析基本的電路（2）、收集數(shù)字萬(wàn)用表的各種資料（3）、熟練掌握protel99se和autocad的使用方法（4）、能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)（5）、繪制電路圖和面板圖（6）、掌握焊接與調(diào)試的方法框圖3萬(wàn)用表的基本結(jié)構(gòu)萬(wàn)用表的框圖、工作原理及特點(diǎn)3.1萬(wàn)用表的框圖及工作原理dt9205a 儀表主要部分的方框圖如下圖。該儀表的心臟是一片大規(guī)模集成電路，該芯片（7106）內(nèi)部包含雙積分a/d 轉(zhuǎn)換器，icl7106集成電路和液晶顯示器，參數(shù)轉(zhuǎn)換電路四個(gè)部分組成，它的工作原理框圖見下圖。第一階段，輸入儀表的電壓或電流信號(hào)經(jīng)過一個(gè)開關(guān)選擇器轉(zhuǎn)換成一個(gè)0 到188.8mv 的直流電壓。

4、例如輸入信號(hào)100vdc，就用1000：1 的分壓器獲得100.0mvdc；輸入信號(hào)100vac，首先整流為100vdc，然后再分壓成100.0mvdc。電流測(cè)量則通過選擇不同阻值的分流電阻獲得。入端與比較器輸出端短接，此時(shí)反映到比較器的總失調(diào)電壓對(duì)自動(dòng)調(diào)零電容caz充電,以補(bǔ)償緩沖器，積分器和比較器本身的失調(diào)電壓，可保證輸入失調(diào)電壓小于10uv，第三，基準(zhǔn)電壓vref 向基準(zhǔn)電容cref 充電，使之被充到vref，為反向積分做準(zhǔn)備。第二階段，正向積分（亦稱信號(hào)積分或采樣）int（integral）：此時(shí)sint 閉合，saz 和sde 斷開，切斷自動(dòng)調(diào)零電路并去掉短路線，in+，in-端分別

5、被接通，積分器和比較器開始工作。被測(cè)電壓vin 經(jīng)緩沖器和積分電阻后送至積分器。積分器在固定時(shí)間t1 內(nèi)，以vin /（rint-cint）的斜率對(duì)vin 進(jìn)行定時(shí)積分。令計(jì)數(shù)脈沖的頻率為fcp，周期為tcp，則t1=1000 tcp。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿1000 個(gè)脈沖數(shù)時(shí)，積分器的輸出電壓為 （3.1）式中，k 是緩沖放大器的電壓放大系數(shù)，t1 也叫采樣時(shí)間。在正向積分結(jié)束時(shí)，vin 的極性即被判定。第三階段，反向積分，亦稱解積分de（decompose integral）：在此階段，saz，sint 斷開，sde+，sde-閉合。控制邏輯在對(duì)vin 進(jìn)行極性判斷之后，接通相應(yīng)極性的模擬開關(guān)，將c

6、ref 上已充好的基準(zhǔn)電壓接相反極性代替vin，進(jìn)行反向積分，斜率變成vref/（rint-cint）。經(jīng)過時(shí)間t2，積分器的輸出又回到零電平，參見示意圖3，該圖分別繪出對(duì)負(fù)極當(dāng)反向積分結(jié)束時(shí)，有關(guān)系式 （3.2）將式（1）代入式（2）中整理后得到 （3.3）假定在t2 時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)值（即儀表顯示值，不考慮小數(shù)點(diǎn)）為n，則t2 為n tcp，代入式（3）中得到 （3.4）分析式4可知，因t1，tcp，vref 均是固定不變的，故計(jì)數(shù)值n 僅與被測(cè)電壓vin成正比，由此實(shí)現(xiàn)了模擬量-數(shù)字量轉(zhuǎn)換。在測(cè)量過程中，icl7106 能自動(dòng)完成下述循環(huán)自動(dòng)調(diào)零-正向積分-反向積分-自動(dòng)調(diào)零-a/d 轉(zhuǎn)換器的

7、時(shí)序波形如圖3 所示，每個(gè)階段的時(shí)間分配如下：自動(dòng)調(diào)零時(shí)間：1000tcp-3000tcp正向積分時(shí)間t1：3000tcp-4000tcp（t1=1000tcp）反向積分時(shí)間t2：0-2000tcp每個(gè)a/d 轉(zhuǎn)換周期為4000tcp，折合16000t0需作幾點(diǎn)說明：（1） 自動(dòng)調(diào)零時(shí)間是可變的，必須等上一次反向積分結(jié)束后才開始。舉例說明，若在0-1850tcp 時(shí)間內(nèi)完成反向積分（t2-1850tcp），就從1851tcp-3000tcp 的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)調(diào)零，此時(shí)調(diào)零時(shí)間為3000tcp -1851tcp=1149tcp（2) t1 是固定不變的，t2 則隨vin 的大小而變化，因?yàn)閠1/tc

8、p=1000，選基準(zhǔn)電壓=vref=100.0mv，所以由式（4）得到 （3.5）即 vin=0.1n （3.6）只要將小數(shù)點(diǎn)定在十位后邊便可直讀結(jié)果。滿量程時(shí)n=2000，vin=vm，由式可導(dǎo)出滿量程電壓vm與基準(zhǔn)電壓的關(guān)系式vm=2vref （3.7）顯然，當(dāng)vref=100.0mv 時(shí)，vm=200mv，verf=1000mv 時(shí)，vm=2v。式（7）對(duì)icl 系列3 1/2 位a/d 轉(zhuǎn)換器均適用。3 1/2 位dvm，dmm 的最大顯示值為1999，滿量程時(shí)將顯示過載符號(hào)“1”。 (3) 上述定時(shí)關(guān)系由7106 本身特性所決定，外界無(wú)法改變。 (4) 為提高雙積分?jǐn)?shù)字儀表抑制工頻干

9、擾的能力，所選采樣時(shí)間t1 應(yīng)為工頻周期的整倍數(shù)。利用正向積分階段對(duì)輸入電壓取平無(wú)均的特點(diǎn)，即可消除外界引入的工頻干擾。我國(guó)采50hz 交流電網(wǎng)，其周期為20ms，應(yīng)選t1=n20ms （3.8）式中n=1，2，3。n 愈大，對(duì)串模干擾的抑制能力愈強(qiáng)，但a/d 轉(zhuǎn)換時(shí)間延長(zhǎng)，測(cè)量速率降低，例如可取時(shí)鐘頻率f0=40khz，即t1=1000tcp=100ms，恰是20ms 的5 倍，歐美國(guó)家采用60hz 交注電網(wǎng)，周期是16 2/3ms。為抑制60hz 干擾，可選f0=33 1/3khz，40khz，48khz，60khz 等。實(shí)際上考慮到交流電網(wǎng)的頻率也會(huì)有一定波動(dòng)（例如在500.5hz 范圍

10、內(nèi)變化），一般情況下并不要求時(shí)鐘頻率嚴(yán)格等于規(guī)定值，允許有一定的偏差。但時(shí)鐘頻率的穩(wěn)定性應(yīng)盡量高，否則在t1，t2 兩個(gè)時(shí)間內(nèi)tcp不等，會(huì)影響轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度。3.2數(shù)字萬(wàn)用表的特點(diǎn)一、顯示直觀數(shù)字萬(wàn)用表采用數(shù)顯技術(shù)，使測(cè)量結(jié)果一目了然，不僅能準(zhǔn)確讀數(shù)，還能縮短測(cè)量時(shí)間。dt9205a數(shù)字萬(wàn)用表的顯示位數(shù)為3 1/2位，最大顯示1999。二、準(zhǔn)確度高準(zhǔn)確度是測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的綜合，它表示測(cè)量值與真值的一致程度，也反映了測(cè)量誤差的大小。準(zhǔn)確度愈高，測(cè)量誤差愈小。dt9205a數(shù)字萬(wàn)用表的準(zhǔn)確度為正負(fù)0.1%至正負(fù)0.05%。三、靈敏度高數(shù)字萬(wàn)用表的分辨力（數(shù)字儀表在最低電壓量程上末位一個(gè)

11、字所對(duì)應(yīng)的數(shù)值稱分辨力。分辨力是儀表對(duì)下限被測(cè)量值的反應(yīng)能力，它反映儀表靈敏度的高低）為三位半數(shù)字萬(wàn)用表的分辨力可達(dá)0.1mv，即100uv；四位半儀表達(dá)10uv；八位半則高達(dá)10nv。四、外觀結(jié)構(gòu)輕巧數(shù)字萬(wàn)用表外殼一般選用abb工程塑料制成，質(zhì)量輕，強(qiáng)度高。外形主要有袖珍式和臺(tái)式。前者普遍采用lcd液晶顯示器，后者多使用led發(fā)光二極管顯示器。高精度智能型數(shù)字萬(wàn)用表一般為臺(tái)式結(jié)構(gòu)。此外，也有的數(shù)字萬(wàn)用表制成筆式、臺(tái)歷式、筆記本式等。3.2.1功能、量程選擇可進(jìn)行直流（200mv、2v、20v、200v、1000v）、交流電壓（200mv、2v、20v、200v、750v）、電流、電阻（200

12、、2k、20k）、電容、晶體管的測(cè)量。4、a/d轉(zhuǎn)換器數(shù)字萬(wàn)用表的a/d轉(zhuǎn)換器一般都采用雙積分式原理，并且把a(bǔ)/d轉(zhuǎn)換器與能夠直接驅(qū)動(dòng)液晶顯示器的顯示邏輯集成在一塊集成電路芯片上。這樣，只要把這塊集成電路芯片的周圍配上想關(guān)的電阻器和電容器，并配上一塊液晶顯示器，便組成了數(shù)字萬(wàn)用表頭。因此，a/d轉(zhuǎn)換器的性能從根本上決定了數(shù)字萬(wàn)用表的性能和所具有的特點(diǎn)。4.1雙積分式a/d轉(zhuǎn)換器的工作原理a/d轉(zhuǎn)換器的原理電路圖如圖4.1所示。在圖4.1中，除顯示器之外的電路功能可全部集成在一塊芯片上，具有這些功能的芯片就叫做a/d轉(zhuǎn)換器，較常見的有icl7106等。雙積分式a/d轉(zhuǎn)換器內(nèi)部電路雖然很復(fù)雜，但根

13、據(jù)圖xx的電路可以清楚地說明其工作原理。它在一個(gè)測(cè)量周期內(nèi)的工作過程如下：測(cè)試開始，計(jì)數(shù)器清零，積分電容c放電，然后控制邏輯是s2、s3斷開，s1接通，積分器對(duì)被測(cè)電壓vx進(jìn)行正向積分，正向積分也叫采樣，采樣期間積分輸出v01線性增加，經(jīng)過零比較器得到過零方波，通過控制邏輯打開門g，計(jì)數(shù)器開始對(duì)時(shí)鐘計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到最高位為1時(shí)，溢出脈沖通過控制邏輯使s1、s3斷開，s2接通，采樣結(jié)束，計(jì)數(shù)器復(fù)零。s2接通基準(zhǔn)電壓vref后，積分器開始第二次積分（反向積分），v01開始線性下降，計(jì)數(shù)器也重新計(jì)數(shù)。當(dāng)v01降至零時(shí)，比較器輸出的負(fù)方波結(jié)束，控制邏輯使s2斷開，s3接通，積分停止，同時(shí)關(guān)閉門g，計(jì)數(shù)停

14、止，一個(gè)測(cè)量周期結(jié)束。圖4.1 a/d轉(zhuǎn)換器工作原理電路圖4.2單片3 1/2位a/d轉(zhuǎn)換器icl7106如圖6.4所示是icl7106引腳排列。icl7106是把雙積分式ad轉(zhuǎn)換，七段譯碼，lcd顯示驅(qū)動(dòng)，基準(zhǔn)源和時(shí)鐘等所有必要的電路都集成在同一塊芯片上的cmos集成電路。icl7106有40個(gè)引腳，采用雙列直插式封裝，封裝方式有陶瓷和塑料兩種。icl7106用于直接驅(qū)動(dòng)lcd。因此，icl7106適于構(gòu)成袖珍式數(shù)字萬(wàn)用表。4.2.1引腳功能：（1） v+、v-：電源的正負(fù)極（2） a1-g1、a2-g2、a3-g3：分別為個(gè)位、十位和百位數(shù)碼的字段驅(qū)動(dòng)信號(hào)端（3） bc4:千位字段驅(qū)動(dòng)信號(hào)

15、端（4） pol：負(fù)極性指示輸出端（5） bp/gnd：液晶顯示器背面公共電極（簡(jiǎn)稱背電極）的驅(qū)動(dòng)端（6） int：積分器輸出端，此端接積分電容cint（7） buff:輸入緩沖放大器輸出端，此端接積分電阻rint（8） a/z：積分器和比較器的反相輸入端，此端接自動(dòng)調(diào)零電容caz（9） in+、in-：模擬量輸入端（10） common：模擬信號(hào)公共端，一般與基準(zhǔn)電壓的負(fù)端相連（11） cref+、cref-：外接基準(zhǔn)電容cerf的兩個(gè)端子（12） vref+、vref-：基準(zhǔn)電壓正負(fù)端（13） test：此引腳有兩個(gè)功能，其一，在芯片內(nèi)部test引腳通過500歐電阻與內(nèi)部數(shù)字電路電源的負(fù)極

16、相連，這種連接使得test引腳可以作為外部字段驅(qū)動(dòng)器的電源負(fù)極使用，比如用來(lái)驅(qū)動(dòng)液晶顯示器的小數(shù)點(diǎn)字段。其二，test引腳可用來(lái)做顯示器測(cè)試。當(dāng)把test引腳的電平上拉到v+時(shí)，顯示器的所有字段全部被點(diǎn)亮，顯示“-1888”。但此時(shí)應(yīng)注意，此引腳長(zhǎng)時(shí)間地加直流電壓，可能會(huì)造成液晶顯示器的損壞。（14） osc1-osc3：時(shí)鐘振蕩器的引出端，此端外接規(guī)定的阻容元件可組成產(chǎn)生特定頻率的多諧振蕩器，作為系統(tǒng)時(shí)鐘。5、液晶顯示器5.1液晶顯示器工作機(jī)理液晶是一種介于完全規(guī)則與不規(guī)則狀態(tài)之間的有機(jī)化合物，它既具有液體的流動(dòng)性和連續(xù)性，又呈現(xiàn)某些晶體的光學(xué)性質(zhì)。液晶用于顯示器件，主要是基于它的光學(xué)特性和

17、電光效應(yīng)。液晶可使入射光偏向分子軸方向，它還可使入射光的偏振光狀態(tài)和偏振光方向發(fā)生改變。對(duì)液晶施加電場(chǎng)時(shí)，由于它的折射率、介電常數(shù)等具有的各向異性特征，其光學(xué)特性會(huì)發(fā)生變化，即所謂液晶的電光效應(yīng)。液晶的電光效應(yīng)有數(shù)種，目前用于數(shù)字顯示的液晶顯示器大都利用液晶的扭曲效應(yīng)。反射式扭曲向列型液晶顯示器的工作機(jī)理如圖7.1所示。液晶是灌在液晶盒內(nèi)的，液晶盒由刻有透明電極的前后玻璃制成。透明電極材料有氧化錫、氧化銦或它們的混合物，通過噴鍍、蒸發(fā)或?yàn)R射等方法附著在玻璃片上。經(jīng)過表面處理的玻璃所形成的定向膜使液晶分子在盒內(nèi)的排列方向呈現(xiàn)90角扭曲。反射片檢偏振片后玻璃前玻璃起偏振片液晶盒明暗偏光軸外加電場(chǎng)偏

18、光軸在液晶盒前后放置有起振片和檢偏振片。由外界光源射來(lái)的光經(jīng)起振片變成垂直的線偏振光，進(jìn)入液晶盒內(nèi)以后其垂直的偏振面旋轉(zhuǎn)了90，呈水平方向。此光線再由水平光軸的檢偏振片透出，經(jīng)反射片反射，再按原光路折回，形成亮視場(chǎng)。當(dāng)兩玻璃片上的電極間施加一電場(chǎng)后，由于液晶是極性分子，其取向具有與電場(chǎng)方向一致的性質(zhì)，因而扭曲結(jié)構(gòu)消失，射入的垂直向的線偏振光通過液晶盒時(shí)其偏振面不被旋轉(zhuǎn)，這樣光線無(wú)法透過水平光軸的檢偏振片，形成暗視場(chǎng)。當(dāng)去掉電場(chǎng)時(shí)，液晶分子的排列恢復(fù)扭曲結(jié)構(gòu)，又產(chǎn)生旋光作用。在液晶盒前后放置的起、檢偏置片，實(shí)際上是一個(gè)“光過濾器”。按照起偏振片、檢偏振片的偏光軸相互位置的不同，顯示效果可為白底黑

19、字，也可為黑底白字。5.2液晶顯示器的段顯示方式驅(qū)動(dòng)段顯示中，顯示器的前電極根據(jù)字符的形狀被分割成幾部分，并從每一部分都引出一電極端子。顯示器背后的電極則不被分割，為前面的電極所共用，故稱公共電極（也稱背電極）。在某一些段與背電極之間加一電壓，這些段的組合即顯示出一特定的字符。段顯示方式的驅(qū)動(dòng)電路目前廣泛采用的是異或門組成的移相電路，其原理如圖5.2所示。根據(jù)液晶顯示器的特點(diǎn)，為了避免因直流電場(chǎng)使液晶發(fā)生電化學(xué)變化而縮短工作壽命，要求在液晶顯示器的筆段電極和背電極之間的電壓作交替變化。lcd的背電極接一方波電壓。此方波信號(hào)還作為電路中異或門a端的輸入信號(hào)，異或門的另一輸入端b接字型碼的控制電平

20、端。當(dāng)b端為低電平時(shí)，其輸出端s與a端同相位，這時(shí)lcd兩電極間的電位差為零，該筆段不顯示；當(dāng)b端為高電平時(shí)，s端與a端的信號(hào)總是反相位，該異或門控制的字段與背電極間便施加一對(duì)稱方波電壓，因此該筆段顯示。對(duì)于一個(gè)七段字形的lcd，相應(yīng)地需要七個(gè)異或門來(lái)組成驅(qū)動(dòng)電路，每個(gè)門的一個(gè)輸入端都與驅(qū)動(dòng)lcd背電極的方波電壓相連，另一輸入端分別與字形譯碼器的輸出電平相連。abs000011101110異或門真值表bp的方波電壓abs字段a-g控制電平電極seg背電極bp 圖5.2 lcd驅(qū)動(dòng)電路這種lcd前電極驅(qū)動(dòng)信號(hào)與字形碼的筆段電極單一直接對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)方式稱為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式。對(duì)于動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式，lcd的背電

21、極被分成幾部分。對(duì)這些背電極信號(hào)，可在時(shí)間上進(jìn)行分割，使之輪流地產(chǎn)生方波掃描脈沖和偏振信號(hào)，段電極信號(hào)同時(shí)與處于不同背電極信號(hào)下的多個(gè)段電極相連接。相應(yīng)地，段電極信號(hào)波形為一與顯示字形相對(duì)應(yīng)的方波脈沖，而不是像靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式那樣為一直流電平。與靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式相比，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式能大大減少驅(qū)動(dòng)電路芯片的引腳個(gè)數(shù)。6、自動(dòng)關(guān)機(jī)電路數(shù)字萬(wàn)用表普遍配用9v疊層電池，用于室外測(cè)量時(shí)，每節(jié)電池一般只能連續(xù)工作一百至幾百個(gè)小時(shí)。為避免因忘記關(guān)斷電源而長(zhǎng)時(shí)間空耗電池，新型萬(wàn)用表均有自動(dòng)關(guān)機(jī)功能。其特點(diǎn)是當(dāng)儀表停止使用的時(shí)間大約超過15分鐘時(shí)，能自動(dòng)切斷電源，使儀表進(jìn)入“休眠”狀態(tài)，整機(jī)靜態(tài)工作電流將至7ua左右，功

22、率約為60mw。重新開啟電源時(shí)，只需按動(dòng)兩次電源按鈕開關(guān)，即可恢復(fù)正常測(cè)量。數(shù)字萬(wàn)用表的自動(dòng)關(guān)機(jī)電路如圖6.0所示。電路由9v疊層電池e、電源開關(guān)s、電解電容器c1、電壓比較器、npn型晶體管vt1、pnp型晶體管vt2和電阻r1等所組成。其中，r1和c1在電路中起到定時(shí)作用，運(yùn)放tl061接成電壓比較器，vt1為推動(dòng)管，vt2起開關(guān)作用。圖6.0 自動(dòng)關(guān)機(jī)電路7、測(cè)量電路7.1直流電壓測(cè)量電路利用電阻分壓器可將基本量程為200mv 的表擴(kuò)展成五量程直流數(shù)字電壓表，五個(gè)電壓量程分別是200mv、2v、20v、200v、1000v.詳圖r21-r26 為分壓電阻，均采用誤差為0.5%的精密金屬膜

23、電阻.分壓器的總阻值為1m，各檔的分壓比由量程選擇開關(guān)s2 來(lái)控制.需要說明兩點(diǎn)：(1)為節(jié)省數(shù)字萬(wàn)用表中的元件，通常是借用多量程直流數(shù)字電壓表的分壓電阻作為數(shù)字歐姆表的標(biāo)準(zhǔn)電阻.對(duì)dt9205a 而言，直流電壓為5 檔，電阻卻為6 檔，因此至少需用6 只分壓電阻.鑒于200mv 檔分壓電阻達(dá)9.0m，選用配對(duì)電阻r21 和r22，二者串聯(lián)可獲得9.0m的高阻.1000v 檔分壓電阻值應(yīng)為1k（r26），該檔的分壓比為1k/10m=1/10000,r65 還兼作200檔的標(biāo)準(zhǔn)電阻.（2）各電壓檔的輸入電阻均為10m.這是考慮到icl7106 的輸入電阻rin=1010=10000m（典型值），

24、在設(shè)計(jì)多量程數(shù)字電壓表時(shí)，一般選儀表的輸入電阻rin=0.001rin=10m，使rinrin，故可完全忽略rin 對(duì)信號(hào)的分流作用. 7.2直流電流測(cè)量電路當(dāng)被測(cè)電流iin 流過分流電阻時(shí)可產(chǎn)生電壓降，以此作為200mv 基本表的輸入電壓vin，即可實(shí)現(xiàn)i/v 轉(zhuǎn)換，利用數(shù)字電壓表顯示出被測(cè)電流的大小.再通過量程選擇開關(guān)擴(kuò)展成多量程直流數(shù)字電流表.dt9205a 的4 個(gè)dca 量程依次是：2ma、20ma、200ma、和20a 檔單獨(dú)使用一個(gè)輸入插孔，不經(jīng)過選擇開關(guān).分流器由r60-r63 及rcu 組成，總阻值為1k.其中，r61-r63 選用精密金屬膜電阻（誤差為0.3%）.因20a

25、的工作電流很大，故分流電阻使用一根錳銅絲電阻，其冷態(tài)阻值用電橋校準(zhǔn)為0.01. 7.3交流電壓測(cè)量電路該表采用平均值響應(yīng)的ac/dc 轉(zhuǎn)換電路，5 個(gè)交流電壓量程依為200mv、2v、20v、200v、750v（有效值）.現(xiàn)將最高量程定為750v，是因?yàn)榱砍踢x擇開關(guān)（轉(zhuǎn)盤上的觸片開關(guān)）s2 的耐壓值為1000v，該檔的最大峰值電壓vp= 2 750=1060v，同1000v 已經(jīng)很接近.測(cè)量交流電壓時(shí)仍借用直流電壓檔的分壓器.利用低漂移雙運(yùn)放tc2904 中的一組運(yùn)放二極管d03，組成平均值響應(yīng)的線性半波整流電路.這種電路可避免二極管在小信號(hào)整流時(shí)引起的非線性誤差，使輸入電壓vin（rms）與

26、輸出電壓v0（平均值）成線性關(guān)系，適于測(cè)量0-200mv 的弱交流電壓.對(duì)半波整流而言，正弦波電壓有效值與平均值的關(guān)系為vrms=2.22v.這就要求電路的電壓放大倍數(shù)必須大于2.22倍，才有調(diào)整的余量.電路中的r29、r30 是負(fù)反饋電阻，可將ic3 偏置在線性放大區(qū)，同時(shí)控制運(yùn)放的增益.現(xiàn)取r29=r30=100k，ic3 同相端的輸入電阻r31=100k，故電壓放大倍數(shù)為kv=1+(r29+r30)/r31=1+(100k+100k)/100k=32.22(倍)（7.1）上式所得符合電路設(shè)計(jì)要求.需要注意的是ic3b 作同相放大器使用，目的在于提高其輸入阻抗，減小對(duì)輸入信號(hào)的衰減.盡管t

27、c2904 屬于低漂移運(yùn)放，但考慮到ac/dc 轉(zhuǎn)換器的輸入電壓很弱，即使漂移電壓很小，也可能造成測(cè)量誤差，因此，需通過c10 和c11 起隔直作用，不讓直流成分（包括ic3 的漂移電壓）進(jìn)入整流濾波電路.在正半周時(shí)d03 導(dǎo)通，d04 截止，ic3 的輸出電流途經(jīng)c10d03r29r40vr2地（com 端），并經(jīng)過r28 對(duì)c09 進(jìn)行充電.負(fù)半周時(shí)d05 導(dǎo)通，d03 截止，電流途經(jīng)地vr2r40d04c105ic3.此時(shí)c09 緩慢地放電，放電時(shí)間常數(shù)t=rinc6.rin是tsc7106 的輸入電阻，其阻值極高，典型值達(dá)1010，故可認(rèn)為c09 兩端電壓仍維持不變.由r28 和c09

28、 組成的平滑濾波器可濾掉交流紋波，高頻干擾信號(hào)則由r37、c12 構(gòu)成的高頻濾波除，從而獲得穩(wěn)定的平均值電壓v0.再由icl 7106 對(duì)v0 進(jìn)行a/d 轉(zhuǎn)換.vr2 是交流電壓檔的校準(zhǔn)電位器，調(diào)整vr2 可使整個(gè)ac/dc 轉(zhuǎn)換器的電壓放大倍數(shù)為2.22 倍，令儀表直接顯示出被測(cè)電壓的有效值.r6 在電路中起保護(hù)作用.負(fù)半周時(shí)，d04 為反向電流提供通路，c13 是運(yùn)放的頻率補(bǔ)償電容.r29和c13 還為d05 提供一個(gè)合適的偏置電壓，以減小ac/dc 轉(zhuǎn)換器對(duì)小信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)的波形失真.7.4交流電流測(cè)量電路在直流電流檔的基礎(chǔ)上再增加ac/dc 轉(zhuǎn)換電路，就構(gòu)成量程交流數(shù)字電流表，其原理

29、不贅述.7.5電阻測(cè)量電路采用比例法測(cè)量電阻.此時(shí)需將原來(lái)的基準(zhǔn)電壓電路斷開，icl7106 內(nèi)部的2.8v 基準(zhǔn)電壓源經(jīng)過r64、d15，提供測(cè)試電壓vtest=vd100.7v.標(biāo)準(zhǔn)電阻r0（即電路中的r21-r26）正溫度系數(shù)熱敏電阻ptc，與被測(cè)電阻rx 構(gòu)成串聯(lián)電路.以r0 上的壓降作為7106 的基準(zhǔn)電壓，rx 上的壓降則作為7106 的輸入電壓.因?yàn)関rx/vr0=rx/r0,所以，rx=r0/vr0*vrx=r0/vr0*vin (7. 2)式中，比值r0/vr0 為一定值，因此rx 僅與vrx（即vin）成正比，這就是比例法測(cè)量電阻的原理.電阻檔的保護(hù)電路由晶體管q3（901

30、3）和正溫度系數(shù)熱敏電阻ptc 以及限流電阻r08 所組成.這里是將q3 的集電結(jié)短接，利用其發(fā)射結(jié)反向電壓約為5.8-78v 的特性，代替穩(wěn)壓管作過壓保護(hù).ptc 則是過流保護(hù)元件.當(dāng)不慎誤用電阻檔測(cè)量220v 交流電壓時(shí)，電壓經(jīng)ptc 加到q3 上，使q3 反向擊穿（軟擊穿）.由于ptc 的初始電阻很低，常溫下僅550，所以它上面通過的電流很大，使ptc 迅速發(fā)熱，電阻值急劇增大，對(duì)q3 起到限流保護(hù)作用，使之不會(huì)轉(zhuǎn).從而擊穿而燒毀，進(jìn)而保護(hù)了icl7106不致?lián)p壞.具體講，在交流電壓的正半周，q3 反向擊穿，將vref-com 之間的電壓箝位于6v 左右.在負(fù)半周，q3 正向?qū)?，又把v

31、ref-com 之間的電壓箝制在0.6-0.7v 左右.需要說明的是，220v 電壓雖可通過r08，加至in+端，但由于r08 的阻值（im），能將輸入電流限制在220ua 以內(nèi)，加之icl7106 的模擬輸入端內(nèi)部設(shè)有過壓保護(hù)電路，可承受1000v 的瞬間電壓，因此只要保護(hù)電路正常動(dòng)作，就不會(huì)損壞芯片.綜上所述，ptc 和q3 的保護(hù)作用可歸納成兩條，一是為220v 交流電源的電流提供一條通路，使之不流入icl7106中；二是對(duì)vref-com 之間的電壓進(jìn)行箝位.in+端主要由r08 作限流保護(hù).為了抑制外界干擾信號(hào)，同時(shí)也降低q3 在反向擊穿時(shí)產(chǎn)生的器聲電壓。7.6二極管和蜂鳴器檔利用7

32、106 內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓源e.向被測(cè)二極管提供2.8v 的測(cè)試電壓，使正向接法的二極管導(dǎo)通，正向工作電流if1ma.導(dǎo)通壓降vf 經(jīng)過r21、r22 構(gòu)成的分壓器再衷減10 倍之后，就作為7106 的輸入電壓.此時(shí)基準(zhǔn)電壓vref 仍為100.0ma，但儀表量程已擴(kuò)展為2v，故可顯示出被測(cè)二極管的正向壓降vf 值.該檔還用來(lái)檢查線路的能斷，亦可稱之為蜂鳴器檔.9205a 的原理圖中的ic3作電壓比較器使用，其同相輸入端（腳3）加參考電壓v3，容易求出v3=r39/(r38+r39)*e=30k/(2m+30k)*28=0.064v(7.3)反相輸入編（腳2）則施以比較電壓v2，設(shè)二極管d3 的導(dǎo)

33、通壓降vd3=0.7v，未接rx 時(shí)v2=(r34+r372)/(r14+r35+r34+r37)*(e0*vd3)=(900k+100k)/(100+2k+900k+100k)*(2.8-0.3)2.1v (7.5)由于v3v2，故比較器在常態(tài)下輸出低電平.當(dāng)v/插口與com 插口之間接被測(cè)線路電阻rx 時(shí)，若rx70（例如設(shè)rx=60）時(shí)，腳2 的電壓變成（忽略r34 和r37 的并聯(lián)影響）v2=rx/(r14+r35+rx)*(e0-vd3)=60/(100+2k+60)*(2.8-0.7)=0.058v(7.6)因?yàn)関2v3，所以比較器翻轉(zhuǎn)，ic3a 輸出高電平.二極管檔的保護(hù)電路由d7、d8和r35 組成，q4、r14、r15、r16及陶瓷晶片組成的音頻振蕩電路，由ic3a 組成的電壓比較器翻轉(zhuǎn)輸出大于2.6v 的電壓時(shí)，陶瓷晶片發(fā)出聲響以表示被測(cè)線路接通.當(dāng)rx70時(shí)，蜂鳴器不發(fā)聲。需要說明兩點(diǎn)：