數(shù)字萬用表原理及詳細(xì)介紹

1、精品文檔數(shù)字萬用表姓名：XXX學(xué)號(hào)：XXXXXX專業(yè)：08電子信息工程X班數(shù)字萬用表DMM(DitalMultiMeter)采用大規(guī)模集成電路和液晶數(shù)字顯示技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、輸入阻抗高、顯示直觀、過載能力強(qiáng)、功能全、耗電省、自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換等優(yōu)點(diǎn)，許多數(shù)字萬用表還帶有測(cè)電容、頻率、溫度等功能。本課題的主要內(nèi)容是理解DT-830型數(shù)字萬用表的基本結(jié)構(gòu)和原理，通過數(shù)宇萬用表的組裝與調(diào)試，培養(yǎng)電子產(chǎn)品安裝測(cè)試技能。萬用表的概述數(shù)字萬用表是采用集成電路模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和液晶顯示器，將被測(cè)量的數(shù)值直接以數(shù)字形式顯示出來的一種電子測(cè)量?jī)x表。1 .數(shù)字萬用表的組成數(shù)字萬用表是在直流數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上擴(kuò)

2、展而成的。為了能測(cè)量交流電壓、電流、電阻、電容、二極管正向壓降、晶體管放大系數(shù)等電量，必須增加相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器，將被測(cè)電量轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)，再由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并以數(shù)字形式顯示出來。它由功能轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、LCD顯示器、電源和功能/量程轉(zhuǎn)換開關(guān)等構(gòu)成。常用的數(shù)字萬用表顯示數(shù)字位數(shù)有三位半、四位半和五位半之分。對(duì)應(yīng)的數(shù)字顯示最大值分別為1999,19999和199999,并由此構(gòu)成不同型號(hào)的數(shù)字萬用表。2 .數(shù)字萬用表的面板(1)液晶顯示器：顯示位數(shù)為四位，最大顯示數(shù)為±1999,若超過此數(shù)值，則顯示1或-1。(2)量程開關(guān)：用來轉(zhuǎn)換測(cè)量種類和量程。(3)電源開關(guān)：開關(guān)撥

3、至"ON”時(shí)，表內(nèi)電源接通，可以正常工作；"OFF"時(shí)則關(guān)閉電源。(4)輸入插座：黑表筆始終插在"COM”孔內(nèi)。紅表筆可以根據(jù)測(cè)量種類和測(cè)量范圍分別插入"VQ"、"mA"、"10A"插孔中。1模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)字顯示電路常見的物理量都是幅值連續(xù)變化的所謂模擬量。指針式儀表可以直接對(duì)模擬電壓、電流進(jìn)行顯示，而對(duì)數(shù)字式儀表，需要把模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再進(jìn)行顯示和處理。數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)不同，其幅值是不連續(xù)的。就是說數(shù)字信號(hào)的大小只能是某些分立的數(shù)值。若最小量化單位為A,則數(shù)字信號(hào)的大小一定是A的整數(shù)

4、倍，該整數(shù)可以用二進(jìn)制數(shù)碼表示，但為了能直觀地讀出信號(hào)大小的數(shù)值，需經(jīng)過數(shù)碼變換后由數(shù)碼管或液晶屏顯示出來。例如，設(shè)A=0.1mV,把被測(cè)電壓U與A比較，看U是A的多少倍，并把結(jié)果四舍五入取為整數(shù)N。然后，把N變換成顯示碼顯示出來。能準(zhǔn)確得到并被顯示出來的N是有限的，一般情況下，N>1000即可滿足測(cè)量精度要求。所以，最常見的數(shù)字表頭的最大示數(shù)為1999,被稱為三位半數(shù)字表。對(duì)上述情況，把小數(shù)點(diǎn)定在最末位之前，顯示出來的就是以mV為單位的被測(cè)電壓U的大小。如：U是A(0.1mV)的1234倍，即N=1234,顯示2$果為123.4(mV。這樣的數(shù)字表頭，再加上電壓極性判別顯示電路，就可以

5、測(cè)量顯示一199.9199.9mV的電壓，顯示精度為0.1mM由上可見，數(shù)字測(cè)量?jī)x表的核心是模/數(shù)轉(zhuǎn)換、譯碼顯示電路。A/D轉(zhuǎn)換一般又可分為量化、編碼兩個(gè)步驟。A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)字顯示已是很成熟的電子技術(shù)，且已經(jīng)制成大規(guī)模集成電路。2直流電壓測(cè)量電路在數(shù)字電壓表頭前面加一級(jí)分壓電路，可以擴(kuò)展直流電壓測(cè)量的量程。如圖2-1所示，U0為數(shù)字電壓表頭的量程(如200mV,r為其內(nèi)阻(如10MQ),一、2為分壓電阻，U0為擴(kuò)展后的量程由于r>>r2,所以分壓比為擴(kuò)展后的量程為。Uq2(2-1)12U i02(2-2)1精品文檔精品文檔圖2-2多量程分壓器原理圖2-1分壓電路原理多量程分壓器原理

6、電路見圖2-2,53直流電流測(cè)量電路測(cè)量電流的原理是：根據(jù)歐姆定律，用合適的取樣電阻把待測(cè)電流轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓，再進(jìn)行測(cè)量。如圖2-3,由于r>>R,取樣電阻R上的電壓降為U=RIi,即被測(cè)電流Ii=U/R若數(shù)字表頭的電壓量程為U0,欲使電流檔量程為I0,則該檔的取樣電阻為R=U0/100如U0=200mV則Io=200mA當(dāng)?shù)姆至麟娮铻镽=1Q。Ii圖2-3電流測(cè)量原理圖2-4多量程分流器電路多量程分流器原理電路見圖2-4 所示。實(shí)際數(shù)字萬用表的直流電流檔電路為圖2-5圖2-5中各檔分流電阻的阻值是這樣計(jì)算的:0.2=0.1)先計(jì)算最大電流檔的分流電阻R,(2-3)(2-4)R.

7、英15Im5再計(jì)算下一檔的R4,R4=也R5="一0.1=0.9()Im40.2依次可計(jì)算出R、R和R分別為9建、90建、900。圖中的FUSE®2A保險(xiǎn)絲管，電流過大時(shí)會(huì)快速熔斷，起過流保護(hù)作用。兩只反向連接且與分流電阻并聯(lián)的二極管D、D2為塑封硅整流二極管，它們起雙向限幅過壓保護(hù)作用。正常測(cè)量時(shí)，輸入電壓小于硅二極管的正向?qū)▔航担O管截止，對(duì)測(cè)量毫無影響。一旦輸入電壓大于0.7V,二極管立即導(dǎo)通，兩端電壓被限制住，保護(hù)儀表不被損壞。用2A檔測(cè)量時(shí)，若發(fā)現(xiàn)電流大于1A時(shí)，應(yīng)不使測(cè)量時(shí)間超過20秒，以避免大電流引起的較高溫升影響測(cè)量精度甚至損壞儀表。4交流電壓、電流測(cè)量

8、電路數(shù)字萬用表中交流電壓、電流測(cè)量電路是在直流電壓、電流測(cè)量電路的基礎(chǔ)上，在分壓器或分流器之后加入了一級(jí)交流-直流變換器，圖2-6為其原理簡(jiǎn)圖。圖2-6AC-DC變換器原理該AC-DC變換器主要由集成運(yùn)算放大器、整流二極管、RC濾波器等組成，還包含一個(gè)能調(diào)整輸出電壓高低的電位器，用來對(duì)交流電壓檔進(jìn)行校準(zhǔn)之用。調(diào)整該電位器可使數(shù)字表頭的顯示值等于被測(cè)交流電壓的有效值。同直流電壓檔類似，出于對(duì)耐壓、安全方面的考慮，交流電壓最高檔的量限通常限定為750M數(shù)字萬用表交流電壓、電流檔適用的頻率范圍通常為40400H乙有些型號(hào)的交流檔測(cè)量頻率可達(dá)1000HZ5電阻測(cè)量電路數(shù)字萬用表中的電阻檔采用的是比例測(cè)

9、量法，具原理電路見圖2-7oZd圖2-7電阻測(cè)量精品文檔穩(wěn)壓管Zd提供測(cè)量基準(zhǔn)電壓，流過標(biāo)準(zhǔn)電阻R和被測(cè)電阻R的電流基本相等。所以A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓Uef和輸入電壓Un有如下關(guān)系：(2-5)UREFR0UINRx即Rx=獸Ro（2-6）UREF根據(jù)所用A/D轉(zhuǎn)換器的特性可知，數(shù)字表顯示的是Un與Uef的比值，當(dāng)Un=URefW顯示“1000”，Un=0.5URef時(shí)顯示“500”，以此類推。所以，當(dāng)R=R時(shí),表頭將顯示“1000”，當(dāng)R=0.5R時(shí)顯示“500”，這稱為比例讀數(shù)特性。因此，我們只要選取不同的標(biāo)準(zhǔn)電阻并適當(dāng)?shù)貙?duì)小數(shù)點(diǎn)進(jìn)行定位，就能得到不同的電阻測(cè)量檔。如對(duì)200。檔，取Ri=

10、100Q,小數(shù)點(diǎn)定在千位上。當(dāng)R變化時(shí)，顯示值相應(yīng)變化，可以從0.001kQ測(cè)到1.999kQ。數(shù)字萬用表多量程電阻檔電路見圖2-8。由上分析可知，Ri=Roi=100QR2=R02R01=1000100=900。R3=R03R02=10k1k=9k圖2-8中由正溫度系數(shù)熱敏電阻R與晶體管T組成了過壓保護(hù)電路，以防誤用電阻檔去測(cè)高電壓時(shí)損壞集成電路。當(dāng)誤測(cè)高電壓時(shí)，晶體管T發(fā)射極將擊穿從而限制了輸入電壓的升高。同時(shí)R隨著電流的增加而發(fā)熱，其阻值迅速增大，從而限制了電流的增加，使T的擊穿電流不超過允許范圍。即T只是處于軟擊穿狀態(tài)，不會(huì)損壞，一旦解除誤操作，R和T都能恢復(fù)正常。DT830B型數(shù)字萬

11、用表的設(shè)計(jì)原理1 DT830B型數(shù)字萬用表的特點(diǎn)主電路采用典型數(shù)字表集成電路ICL7106,性能穩(wěn)定可靠技術(shù)成熟。且具有精度高、輸入電阻大、讀數(shù)直觀、功能齊全、體積小巧等優(yōu)點(diǎn)。采用單板結(jié)構(gòu)，集成電路ICL7106采用COE4寸裝。結(jié)構(gòu)合理，只要有一般電子裝配技術(shù)即可成功組裝。2 DT830B型數(shù)字萬用表的設(shè)計(jì)與制作2.1 數(shù)字萬用表總體框圖數(shù)字萬用表是在直流數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上配上各種變換器所構(gòu)成的。數(shù)字萬用表原理框圖如圖3-1所示，它由量程選擇電路、各種變換器（R-V轉(zhuǎn)換、I-V轉(zhuǎn)換、V-V轉(zhuǎn)換）及直流數(shù)字電壓表所包含的各個(gè)環(huán)節(jié)（A/D轉(zhuǎn)換、顯示邏輯、顯-示電路）組成。圖3-1數(shù)字萬用表原理框

12、圖圖3-2直流數(shù)字電壓表的構(gòu)成2.2 數(shù)字萬用表的電路原理圖參見附錄。2.3 雙積分A/D轉(zhuǎn)換器集成電路ICL7106及附屬電路如圖3-3所示。dUbUaUfUdTfTdHHRfHeH0SIIQSC20SC1FESTRiHCrej-ICL7106COMINCazBUFINTBP310 心單改0 0弟士公0。22肝加 J 即。* -L COM28 6Skn刀 心0.皿2611圖3-3ICL7106及附屬電路芯片ICL7106每個(gè)轉(zhuǎn)換周期規(guī)定由4000個(gè)計(jì)數(shù)脈沖周期組成，這4000個(gè)計(jì)數(shù)脈沖的分配如下：1000個(gè)計(jì)數(shù)脈沖周期用于輸入信號(hào)；0-2000個(gè)計(jì)數(shù)脈沖周期用于基準(zhǔn)電壓積分；1000到的，自

13、動(dòng)校零的時(shí)間也是可變的，須等上一次反向積分結(jié)束后才能開始。飛、C10組成輸入端阻容濾波電路，以提高儀表抗干擾能力。R8、G與7106內(nèi)部的兩個(gè)反相器共同作用，產(chǎn)生約40kHz的時(shí)鐘脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)四分頻后，形成10kHz的計(jì)數(shù)脈沖，再經(jīng)過200分頻得到50Hz的方波，并從背電極BP作為液晶顯示器的公共電極電壓，時(shí)鐘振蕩頻率可按f0=1/2.2R8c計(jì)算。儀表的測(cè)量速率可按MR=0/16000計(jì)算，可算得f=40kHz,MR=2.5次/s。G為基準(zhǔn)電容。C1為自動(dòng)調(diào)零電容。R2、。2分別為積分電阻和積分電容。ICL7106的模擬公共端與面板上的表筆插孔COM!通，V+與COML間有2.72.9

14、V的穩(wěn)壓輸出。基準(zhǔn)電壓由R8、R19、RP3、R20和R8組成的分壓器供給。調(diào)整RP3可使E=100.0mV設(shè)7106內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓Eo=2.8V,則當(dāng)RP3的滑動(dòng)觸頭調(diào)到最下端時(shí)，有：3000個(gè)計(jì)數(shù)脈沖周期用于自動(dòng)校零。采樣時(shí)間 Ti是固定不變的，但比較時(shí)間即反向積 分時(shí)間T2是隨輸入電壓V的大小而改變。R20 R48(Rl8 |Rl9)+RP3 +出20網(wǎng)8)0 =91.5mV(3-1)當(dāng)RR的滑動(dòng)觸頭調(diào)到最上端時(shí)，RP3 (R20 R48)Vb - -,3E0 =107.3mV(R18 R19) RP3 (R20 R48)(3-2)所以，RP3的電壓調(diào)整范圍是95,1107.3mM從中可

15、調(diào)出VRE=100.0mM隹、R0、Q組成基準(zhǔn)電壓輸入端的高頻濾波器。2.4測(cè)量電路(1)直流電壓測(cè)量電路如圖3-4所示% 47UkQ 2OOmV9MQoooknC)722pF%廣所2 IkQCOM ©2OQV1000V2V O圖3-4直流電壓測(cè)量電路采用電阻分壓器把基本量程為200mV勺表擴(kuò)展成五量程的直流數(shù)字電壓表。圖中帶斜線的方框表示導(dǎo)電橡膠條，用來連通7106與LCD的對(duì)應(yīng)管腳。RR是分壓電阻，通過調(diào)整RP2使R+RP2=9MKR是限流保護(hù)電阻，C7是消除高頻噪聲干擾的電容。(2)直流電流測(cè)量電路如圖3-5所示小 FU mA0.5AVDtIN4DOIX210A ©C

16、OM©2mA200mAO%0.980曜Cu 0.Q2D技 11 470k 口0.022UF30COM段g20mA 的 （iOA）H9ono7106圖3-5直流電流測(cè)量電路RR、Ru組成了I-V轉(zhuǎn)換器。被測(cè)輸入電流流過分流電阻時(shí)產(chǎn)生壓降，作為基本表的輸入電壓，這就實(shí)現(xiàn)了I-V轉(zhuǎn)換，通過數(shù)字電壓表顯示出被測(cè)電流大小。10A檔分流器Ru是用黃銅絲制成，以便能通過較大的電流。R是線繞電阻，僅在測(cè)大電流時(shí)需使用“10A”插孔，并將&撥至“ZOmA/IOU位置，使小數(shù)點(diǎn)定在“百位上”。FU是快速熔絲管，用在輸入端，作過流保護(hù)，硅二極管D、D2接成雙向限幅電路，作為過壓保護(hù)元件。(3)交流

17、電壓測(cè)量電路如圖3-6所示。電路主要包括兩部分：電阻分壓器、AC/DC專換器。為降低成本，與DCV當(dāng)共用一套分壓電阻。AC/DC專換器具有平均值響應(yīng)，利用雙運(yùn)放TL062其中的一組運(yùn)放和二極管D7、D8構(gòu)成線性半波整流器。G是輸入耦合電容，D5、D6、d、D2作運(yùn)放輸入端過壓保護(hù)，G和G為隔直電容。R3是運(yùn)放的負(fù)反饋電阻，用以穩(wěn)定工作點(diǎn)。G為頻率補(bǔ)償電容。D8是半波整流二極管，D為保護(hù)二極管，給反向電流提供通路。其工作原理是：在輸入信號(hào)的正半周時(shí)，D8導(dǎo)通，D7截止，IC2a輸出電流流向?yàn)镮C2a-G-D8一R5一R7一RP4COM模擬地)；負(fù)半周時(shí)流向?yàn)镃OM一RR-RR7一R4一D-G-I

18、C2a。從原理上講，這屬于半波整流電路。由R5、R7、RP4構(gòu)成分壓電路，調(diào)整印4可改變輸出電壓，供校準(zhǔn)交流電壓檔用。R26和C6為平滑濾波器，獲得平均值電壓V0o該電路有三個(gè)特點(diǎn)：第一，當(dāng)輸入交流電壓為零時(shí)，V0亦等于零；第二，IC接成同相放大器使用，以提高其輸入阻抗；第三，由于IC2a的放大作用，即使輸入信號(hào)較弱，也能保證D8在較強(qiáng)信號(hào)下工作，從而避免了二極管在小信號(hào)檢波時(shí)引時(shí)的非線性失真。D小瓦小圖3-6交流電壓測(cè)量電路即VD,|力©T肥殳。門也1二的八-h-«0M .S)2V0口的“;1.C：0.22,1叫卜；l* ISI5SS>2&I470kO 11-MIxa(4)交流電流測(cè)量電路將圖3-6中的分壓器改成圖3-5中的分流器，則構(gòu)成五量程的交流數(shù)字電流(5)電阻測(cè)量電路利用選擇開關(guān)改變標(biāo)準(zhǔn)電阻R的采用比例法測(cè)電阻，其優(yōu)點(diǎn)是即使基準(zhǔn)電壓存在一定偏差或在測(cè)量過程中略有波動(dòng)，也不會(huì)增加誤差，因此可降低對(duì)基準(zhǔn)電壓的要求。原理圖見圖3-7a所示，電阻測(cè)量的實(shí)際電路如圖3-7b所示。利用選擇開關(guān)改變標(biāo)準(zhǔn)電阻R的數(shù)值，即可構(gòu)成多量程數(shù)字歐姆表。測(cè)電阻時(shí)，原來的基準(zhǔn)電壓分壓電路全部斷開，改由R3、和D4組成分壓器，并以標(biāo)準(zhǔn)電阻(即R、RR、RR2）上的壓降作為基準(zhǔn)電壓，以被測(cè)電阻RX上的壓降為輸入電壓VcR3是二極管D3、D4的限流電阻。