數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀表原理和維修

1、數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀表原理及維修華東化工學(xué)院出版社目 錄1 概述-（1）1.1 數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀表的特點(diǎn)和組成-（1）1.2 數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀表的分類(lèi)和命名-（4）1.3 主要技術(shù)指標(biāo)-（6）2 電路基礎(chǔ)-（8）2.1 運(yùn)算放大器-（8）2.2 A/D轉(zhuǎn)換器-（19）3 模塊電路原理-（38）3.1 DVM模塊-（38）3.2 熱電偶信號(hào)變換和放大模塊-（44）3.3 非線性補(bǔ)償模塊-（51）3.4 折線法開(kāi)方模塊-（57）3.5 RV轉(zhuǎn)換及熱電阻的非線性補(bǔ)償模塊-（59）3.6 六端電橋RV轉(zhuǎn)換模塊-（66）3.7 IV和VV交流電平轉(zhuǎn)換模塊-（70）3.8 VI轉(zhuǎn)換模塊-（72）3.9 LED電平顯

2、示模塊-（78）3.10 巡檢模塊-（81）3.11 位式調(diào)節(jié)模塊-（86）3.12 時(shí)間比例調(diào)節(jié)模塊-（89）3.13 比例積分微分連續(xù)調(diào)節(jié)模塊-（97）4 整機(jī)電路及儀表的調(diào)校與維修-（107）4.1 XMB型數(shù)字顯示報(bào)警儀-（107）4.2 XMZA 105K型數(shù)字顯示儀-（116）4.3 XMT 131型數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀-（120）4.4 XMT 192型數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀-（129）4.5 XMD 12型數(shù)字顯示巡檢儀-（135）4.6 無(wú)觸點(diǎn)數(shù)字顯示巡檢儀-（141）5 數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀表應(yīng)用實(shí)例-（149）5.1 XMZA 105K型儀表的應(yīng)用實(shí)例-（149）5.2 帶外供電源的XMZB

3、 105型儀表的應(yīng)用實(shí)例-（151）5.3 XMTA 122型儀表的應(yīng)用實(shí)例-（151）5.4 XMT 141型儀表的應(yīng)用實(shí)例-（152）5.5 位式調(diào)節(jié)儀表的應(yīng)用-（153）附錄 思考題與習(xí)題-（158）附錄 數(shù)字溫度指示儀檢定規(guī)程-（164）附錄 常用元器件技術(shù)數(shù)據(jù)-（177）附錄 典型儀表的外形-（202）1 概 述數(shù)字顯示儀是一種具有模數(shù)轉(zhuǎn)換器并以十進(jìn)制數(shù)碼形式顯示被測(cè)量值的儀表，儀表內(nèi)部再配置某種調(diào)節(jié)電路或控制機(jī)構(gòu)就成為數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀。人們習(xí)慣上將各種不同功能的數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀通稱(chēng)為數(shù)顯儀表。數(shù)顯儀表的發(fā)展已有數(shù)十年的歷史。自從英特希爾（INTER-SIL）公司率先推出單片集成電路 位

4、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以來(lái)，儀表的結(jié)構(gòu)和性能有了新的突破：線路得以簡(jiǎn)化，精度顯著提高，儀表的可靠性也大大增強(qiáng)。微電子技術(shù)的迅速進(jìn)展和新型半導(dǎo)體器件的不斷出現(xiàn)，更使其功能日臻完善。數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀正以其明顯的優(yōu)越性沖擊著傳統(tǒng)的模擬儀表，并逐漸取而代之。數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀表能與多種傳感器配合，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的溫度、壓力、流量、液位等各種工藝參數(shù)及電流、電壓等電工量進(jìn)行數(shù)字顯示，并可進(jìn)行巡回檢測(cè)、越限報(bào)警和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。它能廣泛地取代指針式電流電壓表、動(dòng)圈式指示調(diào)節(jié)儀及各種簡(jiǎn)易調(diào)節(jié)器，應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、輕工、紡織、醫(yī)藥、食品等工業(yè)部門(mén)。數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀按其結(jié)構(gòu)可分為帶微處理器和不帶微處理器的兩種類(lèi)

5、型，本書(shū)主要闡述不帶微處理器的簡(jiǎn)易型數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀表。1.1 數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀表的特點(diǎn)和組成1.1.1 數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀表的特點(diǎn)數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀表得到如此廣泛的應(yīng)用，主要由于它具有以下特點(diǎn)：（1） 用數(shù)碼管和光柱顯示測(cè)量值或偏差值，直觀明了，讀數(shù)方便，無(wú)視差；（2） 表內(nèi)普遍采用中、大規(guī)模集成電路，線路簡(jiǎn)單，可靠性好，耐振性強(qiáng)。由于采用先進(jìn)的CMOS 模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器、線性集成電路和半導(dǎo)體發(fā)光器件（LED），所以電路穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)、耗電省，使用、維修方便；（3） 儀表采用模塊化設(shè)計(jì)方法，即不同品種的數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀，都是由為數(shù)不多的、功能分離的模塊化電路組合而成。這不僅有利于制造廠實(shí)現(xiàn)流水線生產(chǎn)，降

6、低生產(chǎn)成本，而且便于調(diào)試和維修；（4） 儀表品種繁多，配接靈活。儀表內(nèi)設(shè)置不同的變換電路，即可輸入不同類(lèi)型的測(cè)量信號(hào)，而配置不同的調(diào)節(jié)電路，則可輸出多種控制動(dòng)作和報(bào)警信號(hào)；（5） 與熱電偶配套或與熱電阻溫度計(jì)配套的儀表均具有線性化電路。前者還具有冷端溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?，后者考慮了外線電阻的補(bǔ)償，因而儀表的測(cè)量精度較高。在與差壓變送器連用的儀表中配置了開(kāi)方運(yùn)算電路，從而使儀表可直接顯示流量值；（6） 儀表除具有顯示、調(diào)節(jié)和報(bào)警功能外，還可用作變送器，輸出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)（010mADC或420mADC）；（7） 船用型儀表能耐受振動(dòng)、鹽霧等惡劣環(huán)境。耐大氣腐蝕型儀表允許在環(huán)境污染嚴(yán)重的場(chǎng)所使用；（

7、8） 儀表外形尺寸和開(kāi)孔尺寸均按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)際IEC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。1.1.2 數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀表的組成數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀表包括信號(hào)變換電路、放大電路、非線性校正或開(kāi)方運(yùn)算電路、A/D轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)器、標(biāo)度變換電路、光柱電平驅(qū)動(dòng)電路、電壓電流（V/I）轉(zhuǎn)換器以及各種調(diào)節(jié)電路。其構(gòu)成原理如圖1.1.1所示。 信號(hào)變換電路是將來(lái)自各種檢測(cè)元件或變送器（例如熱電偶、熱電阻、霍爾壓力變送器、差壓變送器等）及電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成一定范圍的電壓值。儀表具有多種信號(hào)變換模塊，以便與不同類(lèi)型的輸入信號(hào)相配接。放大電路是將熱電偶的熱電勢(shì)或其它毫伏信號(hào)放大到伏級(jí)的幅度，以便使線性化電路或A/D 轉(zhuǎn)換器能正常工作。非線性校正（即線

8、性化）電路的作用是克服測(cè)溫元件（熱電偶、熱電阻）的非線性特性，以提高儀表的測(cè)量精度；開(kāi)方運(yùn)算電路的作用是將差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成流量值。A/D轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)器的任務(wù)是使連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的數(shù)字量，再加以驅(qū)動(dòng)，以便直接點(diǎn)燃數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)宇顯示。數(shù)顯儀表通常采用位或位的CMOS A/D轉(zhuǎn)換芯片。 圖1.1.1 數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀表構(gòu)成原理標(biāo)度變換電路的作用是對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行量綱運(yùn)算，從而使儀表能以絕對(duì)值形式真實(shí)地顯示被測(cè)參數(shù)的大小。標(biāo)度變換的功能可由模數(shù)轉(zhuǎn)換的模塊來(lái)完成，也可以另設(shè)電路。光柱電平驅(qū)動(dòng)電路是將信號(hào)與一組基準(zhǔn)值比較，驅(qū)動(dòng)一列半導(dǎo)體發(fā)光管，使被測(cè)值以光柱形式進(jìn)行顯示。V/I轉(zhuǎn)換器的作用是將電壓信

9、號(hào)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的直流電流信號(hào)010mA DC或420mA DC，從而使該系列儀表能同電動(dòng)單元組合儀表、可編程調(diào)節(jié)器以及其它可接受標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)的儀表或計(jì)算機(jī)控制裝置連用。調(diào)節(jié)電路接受偏差信號(hào)，并按一定規(guī)律運(yùn)算后，輸出斷續(xù)的（繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作）或連續(xù)的（直流電流）控制信號(hào)。其調(diào)節(jié)方式有位式、時(shí)間比例和比例微分積分（PID）等幾種。以上這些電路是儀表功能部件的基本單元，即由其中的一個(gè)或幾個(gè)電路構(gòu)成儀表的模塊，將幾個(gè)模塊組裝起來(lái)便成為一臺(tái)完整的數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀。1.2 數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀表的分類(lèi)和命名1.2.1 數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀表分類(lèi)我國(guó)數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀表的生產(chǎn)經(jīng)過(guò)近十年的努力，品種規(guī)格已趨于齊全。按儀表功能可

10、分為顯示型、顯示報(bào)警型、顯示調(diào)節(jié)型和巡回檢測(cè)型四種，其外形圖見(jiàn)附錄4。顯示型儀表常與熱電偶、熱電阻和輻射感溫器配合，用來(lái)測(cè)量、顯示溫度；若與霍爾效應(yīng)式壓力變送器或電阻應(yīng)變壓力傳感器配合，可用來(lái)顯示壓力；若與差壓變送器配合，可用來(lái)顯示差壓或流量。顯示報(bào)警型儀表與變送器配合，除可顯示各種參數(shù)外，也用作有關(guān)參數(shù)的越限報(bào)警。顯示調(diào)節(jié)型儀表除具有測(cè)量、顯示功能外，還可將工藝參數(shù)控制在規(guī)定范圍之內(nèi)。這類(lèi)儀表的調(diào)節(jié)方式有以下幾種：繼電器接點(diǎn)輸出的二位調(diào)節(jié)、三位（狹中間帶和寬中間帶）調(diào)節(jié)，時(shí)間比例調(diào)節(jié)，連續(xù)PID調(diào)節(jié)。巡回檢測(cè)型儀表定時(shí)地對(duì)各路信號(hào)進(jìn)行巡回檢測(cè)和顯示。1.2.2 數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀表型號(hào)命名法數(shù)字

11、顯示調(diào)節(jié)儀表的型號(hào)一般有三節(jié)：第一節(jié)有三位，以大寫(xiě)漢語(yǔ)拼音字母表示儀表的名稱(chēng)和類(lèi)型。第二節(jié)由若干位拼音字母組成，表示儀表的某些附加功能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。第三節(jié)由三位阿拉伯?dāng)?shù)字和一位拼音字母組成，其中，第一位通常為1，表示一個(gè)被測(cè)量；第二位表示調(diào)節(jié)方式；第三位表示配接的檢測(cè)元件或傳感器、變送器的類(lèi)型；拼音字母表示儀表的適用場(chǎng)合。儀表型號(hào)及其所表示的意義見(jiàn)表121 所示。型號(hào)示例：XMTAJ122表示數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀，帶變送輸出，面板尺寸為96mm X 96mm，三位調(diào)節(jié)，配接熱電阻。表1.2.1 數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀型號(hào)命名第一節(jié)第一位代號(hào)X意義顯示儀表第二位代號(hào)M意義模擬輸入數(shù)字式第三位代號(hào)ZTBD意義顯示

12、儀顯示調(diào)節(jié)儀顯示報(bào)警儀巡回檢測(cè)儀第二節(jié)若干位代號(hào)ABGJH意義帶變送輸出外供24V電源72×72()面板尺寸96×96()面板尺寸豎式面板(80×160)第三節(jié)第一位代號(hào)12意義顯示一個(gè)被測(cè)變量顯示二個(gè)被測(cè)變量第二位代號(hào)0123469意義對(duì)XMZ無(wú)意義對(duì)XMT為二位調(diào)節(jié)三位調(diào)節(jié)（狹中間帶）三位調(diào)節(jié)（寬中間帶）時(shí)間比例調(diào)節(jié)時(shí)間比例調(diào)節(jié)加二位調(diào)節(jié)連續(xù)PID加二位調(diào)節(jié)連續(xù)PID調(diào)節(jié)第三位代號(hào)123456意義配接熱電偶或輻射感溫器配接熱電阻配接霍爾壓力變送器配接電阻遠(yuǎn)傳壓力計(jì)輸入電流電壓信號(hào)配接半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器第四位代號(hào)CFK意義船 用耐 大 氣 腐 蝕開(kāi) 方1.3

13、主要技術(shù)指標(biāo)(1) 顯示方式 位或位LED數(shù)碼管顯示，最大讀數(shù)范圍為-1999+1999或-19999+19999（計(jì)量單位任選）；(2) 分辨率 末位1個(gè)字；(3) 精度等級(jí) 0.5級(jí)或0.2級(jí)；(4) 采樣速度 3次/s；(5) 輸入信號(hào) 熱電偶有E、K、S、B、T型等；熱電阻有Pt10、Pt100、Cu50、Cu100型；輻射感溫器為F2型；霍爾壓力變送器為020mV；電阻遠(yuǎn)傳壓力計(jì)有YTZ150、YCD150、YTWR150型；電流、電壓輸入信號(hào)有010mA DC、420Ma DC、05V DC、15V DC等；(6) 外接和外線電阻 熱電偶型表外接電阻不大于100；熱電阻型表外線電阻

14、允許05（兩根導(dǎo)線電阻之差不大于基本誤差的110）；(7) 輸出方式 變送輸出：010mA DC（負(fù)載電阻1k）或420mA DC（負(fù)載電阻500），當(dāng)負(fù)載電阻在01k（010mA信號(hào)制）和0500（420mA信號(hào)制）范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出變化不大于量程的0.5；繼電器接點(diǎn)輸出：容量，交流3A、220V（無(wú)感負(fù)載）；(8) 巡檢儀自動(dòng)切換周期 10±2s；(9) 控制點(diǎn)偏差 ±0.5；(10) 設(shè)定范圍 上、下限設(shè)定范圍均為量程的0100，但下限設(shè)定值不得大于上限設(shè)定值；(11) 時(shí)間比例調(diào)節(jié) 比例帶范圍為220，連續(xù)可調(diào)；調(diào)節(jié)周期為40±10s；(12) 連續(xù)PID

15、調(diào)節(jié) 比例度（帶）約2.5%；積分時(shí)間約4min；微分時(shí)間的lmin；輸出電流信號(hào)為010mA DC或420mA DC；(13) 正常工作條件 溫度-10+50；相對(duì)濕度90（耐大氣腐蝕型為95）；大氣壓力86106kPa；(14) 電源電壓 ，50±2Hz；(15) 功耗 顯示型；調(diào)節(jié)型；(16) 外界對(duì)儀表技術(shù)指標(biāo)的影響 電源電壓變化+10、-15時(shí)，示值變化不大于量程的0.25；共模干擾電壓為250V時(shí)，示值變化不大于量程的0.5；串模干擾電壓為50mV時(shí)，示值變化不大于量程的O.5；交流外磁場(chǎng)為400A/m時(shí)，示值變化不大于量程的0.25；外線電阻變化時(shí)，示值變化不大于量程的

16、0.25；環(huán)境溫度在 -10+50范圍內(nèi)，每變化10，示值變化不大于量程的0.25。2 電 路 基 礎(chǔ)一臺(tái)完整的數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀包括多種模擬電路和數(shù)字電路，其中運(yùn)算放大器和A/D轉(zhuǎn)換器是完成信號(hào)處理、模數(shù)轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)報(bào)警等功能的主要器件。運(yùn)算放大器擔(dān)負(fù)著放大、運(yùn)算、比較和驅(qū)動(dòng)等任務(wù)，A/D轉(zhuǎn)換器則將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。本章著重闡述這兩種器件的特性、原理、參數(shù)及使用。2.1 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器實(shí)質(zhì)上是一種高性能的直接耦合放大器，它在測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)控制、儀器儀表等領(lǐng)域均有十分廣泛的應(yīng)用。運(yùn)算放大器按結(jié)構(gòu)形式可分為分立型和集成型兩種。集成型器件發(fā)展極為迅速，儀表中現(xiàn)大多使用集成運(yùn)算放大器。2.1

17、.1 運(yùn)算放大器符號(hào)及主要參數(shù)運(yùn)算放大器的符號(hào)如圖2.1.1所示。它有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。在兩個(gè)輸入端中，一個(gè)稱(chēng)為同相輸入端，用符號(hào)（）表示；另一個(gè)為反相輸入端，用符號(hào)（）表示。信號(hào)從同相端輸入時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相位差為零，即同相位；信號(hào)從反相端輸入時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相差180°，即反相位。如果在同相端和反相端均輸入信號(hào)，則輸出與輸滿足以下關(guān)系式：V0=A0(Vp-Vn ) （2.1.1） 圖2.1.1 運(yùn)算放大器符號(hào)其中，A0是放大器的電壓增益。集成運(yùn)算放大器（簡(jiǎn)稱(chēng)集成運(yùn)放）性能的好壞，可用一系列的參數(shù)來(lái)衡量。這些參數(shù)是選擇集成運(yùn)放的依據(jù)。下面僅對(duì)集成運(yùn)放的一些主

18、要參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。A 開(kāi)環(huán)電壓增益A0運(yùn)算放大器在不加反饋時(shí)的輸出電壓增量(V0)與輸入差值電壓增量（Vi）之比稱(chēng)為開(kāi)環(huán)電壓增益，用A0表示： （2.l.2）如果用分貝表示，則開(kāi)環(huán)電壓增益是集成運(yùn)放的重要參數(shù)之一。開(kāi)環(huán)增益越大越好，其值一般為70120dB。B 輸入失調(diào)電壓VOS對(duì)于實(shí)際的運(yùn)算放大器，當(dāng)輸入信號(hào)為零（兩個(gè)輸入端都接地）時(shí)，輸出端電壓不一定為零。我們稱(chēng)輸入為零時(shí)的輸出電壓為輸出失調(diào)電壓。把輸出失調(diào)電壓換算到輸入端，即除以開(kāi)環(huán)電壓增益，就是輸入失調(diào)電壓，用VOS表示。輸入失調(diào)電壓也可以這樣定義：即在運(yùn)算放大器輸入端外加一直流補(bǔ)償電壓使放大器輸出電壓為零，此時(shí)外加的直流補(bǔ)償電壓就

19、是輸入失調(diào)電壓。C 輸入偏置電流IIb在零輸入（兩個(gè)輸入端都接地）時(shí)，運(yùn)算放大器兩個(gè)輸入端的靜態(tài)偏置電流（IB1、IB2）的平均值稱(chēng)為輸入偏置電流，以符號(hào)IiB表示：IiB（IB1+IB2） (2.1.3) 輸入偏置電流是集成運(yùn)放的重要參數(shù)之一，它能反映放大器動(dòng)態(tài)輸入電阻的大小。IiB越小，輸入電阻越大。D 輸入失調(diào)電流IOS對(duì)于實(shí)際的運(yùn)算放大器，由于輸入級(jí)不可能完全匹配，因而兩個(gè)偏置電流也不相等。定義零輸入時(shí)兩個(gè)輸入偏置電流之差為輸入失調(diào)電流，即IOS=|IB1-IB2| （2.1.4）E 輸入失調(diào)電壓溫漂和電流溫漂對(duì)于實(shí)際的運(yùn)算放大器，即使將輸入端接地，輸出電位也會(huì)隨時(shí)間而變，這種現(xiàn)象稱(chēng)零

20、點(diǎn)漂移。零點(diǎn)漂移可分為溫度漂移和時(shí)間漂移。由于前者與放大器本身特性有關(guān)，而后者主要取決于外界條件，所以一般只給出溫度漂移。在規(guī)定的環(huán)境溫度范圍內(nèi)，單位溫度變化所引起的輸入失調(diào)電壓變化量稱(chēng)為輸入失調(diào)電壓溫漂，以符號(hào) 表示；把單位溫度變化所引起的輸入失調(diào)電流的變化量稱(chēng)為輸入失調(diào)電流溫漂，以符號(hào)表示。F 共模抑制比CMRR定義兩個(gè)輸入信號(hào)的平均值為共模輸入信號(hào)，以Vcm表示：其差（Vn-Vp）稱(chēng)為差模信號(hào)。一個(gè)實(shí)際的運(yùn)算放大器，當(dāng)加以共模信號(hào)時(shí)，輸出端也有被“放大”了的共模信號(hào)輸出。共模信號(hào)的電壓增益稱(chēng)為共模增益Acm，差模信號(hào)的電壓增益稱(chēng)為差模增益（即開(kāi)環(huán)增益A0)。差模增益與共模增益之比稱(chēng)為共模

21、抑制比，以CMRR表示：CMRR （2.1.5）如果用分貝表示，則CMRR（dB）=20log集成運(yùn)放的共模抑制比越大越好，通用型集成運(yùn)放的CMRR約為70100dB。G 共模輸入電壓范圍 Vicm當(dāng)輸入的共模電壓過(guò)大，破壞了放大器的正常工作狀態(tài)，使之飽和或截止，那么放大器就不再具有共模抑制能力了。我們稱(chēng)運(yùn)算放大器的正常工作狀態(tài)不被破壞，而在其兩個(gè)輸入端所允許加的最大共模電壓值為最大共模輸入電壓范圍。也可把共模抑制比（在規(guī)定的共模電壓下測(cè)得CMRR）下陣6dB時(shí)所加的共模電壓稱(chēng)為運(yùn)算放大器的最大共模輸入電壓。H 最大差模流入電壓Vidm運(yùn)算放大器兩個(gè)輸入端所允許加的最大電壓差稱(chēng)為最大差模輸入電

22、壓。Vidm比較小的運(yùn)算放大器，有時(shí)需要外加差模保護(hù)電路。I 輸入阻抗Zi由于運(yùn)算放大器有共模輸入與差模輸入兩種輸入方式，所以輸入阻抗也分差模輸入阻抗Zid與共模輸入阻抗Zicm兩種。前者是指兩個(gè)輸入端之間的阻抗，它等于運(yùn)放的差模輸入電壓變化量與差模輸入電流變化量之比；后者則是兩個(gè)輸入端對(duì)地的阻抗。輸入阻抗包括輸入電阻和輸入電容，但在一般參數(shù)表中所給的只是輸入電阻，而且在不特別注明的情況下，所說(shuō)的輸入阻抗均指差模輸入電阻Rid。J 輸出阻抗Z0在不加反饋時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比稱(chēng)為輸出阻抗Z0。輸出阻抗的大小反映了放大器的負(fù)載能力，輸出阻抗越小越好。參數(shù)表中一般給出了

23、集成運(yùn)放的輸出電阻R0值。K 開(kāi)環(huán)帶寬fBW和單位增益帶寬GB運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)電壓增益是頻率的函數(shù)。在直流或低頻下，開(kāi)環(huán)增益是常數(shù)，隨著頻率的升高，開(kāi)環(huán)增益下降。當(dāng)開(kāi)環(huán)增益下降到直流增益的0.707倍（-3dB）時(shí)的信號(hào)頻率，稱(chēng)為運(yùn)放的開(kāi)環(huán)帶寬，或-3dB帶寬，以符號(hào)fBW表示。而開(kāi)環(huán)增益降到1倍（0dB）時(shí)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)頻率稱(chēng)為單位增益帶寬，或零分貝帶寬，以符號(hào)GB表示。L 最大輸出幅度Vp-p在額定電壓下，運(yùn)算放大器所能輸出的最大峰 - 峰電壓，稱(chēng)為最大輸出幅度，以Vp-p表示。M 靜態(tài)功耗PW在不接負(fù)載且輸入信號(hào)為零時(shí)，運(yùn)算放大器本身所消耗的正、負(fù)電源的總功率稱(chēng)為靜態(tài)功耗PW。一般通用型集

24、成運(yùn)放的靜態(tài)功耗為幾十到上百毫瓦。N 電源抑制比PSRR當(dāng)運(yùn)算放大器的電源電壓變化時(shí)，其輸出電壓也發(fā)生變化。把輸出的變化換算到輸入端（即除以開(kāi)環(huán)電壓增益）之后，就相當(dāng)于輸入失調(diào)電壓的變化。定義運(yùn)放供電電源的單位電壓變化所引起的輸入失調(diào)電壓的變化稱(chēng)為電源抑制比，用PSRR表示：PSRR （2.1.6）電源抑制比表征著運(yùn)放對(duì)電源變化的抑制能力，PSRR越小越好。2.1.2 理想運(yùn)算放大器及其運(yùn)算電路2.1.2.1 理想運(yùn)算放大器具有理想?yún)?shù)的運(yùn)算放大器稱(chēng)為理想運(yùn)算放大器，它的主要特點(diǎn)是：(1) 開(kāi)環(huán)電壓增益A0；(2) 輸入阻抗Zi；(3) 輸出阻抗Z00；(4) 輸入失調(diào)電壓、輸入偏置電流、輸入

25、失調(diào)電流為零；(5) 共模抑制比CMRR；(6) 開(kāi)環(huán)帶寬fBW。由于理想運(yùn)算放大器的輸入阻抗為，所以它的靜態(tài)輸入偏置電流和從信號(hào)源汲取的電流都是零,又由于它的開(kāi)環(huán)增益為，所以兩個(gè)輸入端的電壓差（VpVn）0。利用這兩點(diǎn)，可使運(yùn)算放大器的電路分析變得非常簡(jiǎn)便。事實(shí)上，在電路設(shè)計(jì)時(shí)只要選擇合適參數(shù)的集成運(yùn)放，用理想運(yùn)放來(lái)分析各種運(yùn)算電路，所得的結(jié)果與實(shí)際情況是很接近的。2.1.2.2 運(yùn)算電路在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，除了少數(shù)情況（如作比較器）之外，運(yùn)算放大器都要接負(fù)反饋。這是因?yàn)?，運(yùn)算放大器的閉環(huán)特性，如閉環(huán)增益，主要取決于外接反饋網(wǎng)絡(luò)。因此，加接不同的反饋網(wǎng)絡(luò)，可使輸出與輸入成為不同的運(yùn)算關(guān)系，例如比例

26、、加法、減法、微分、積分等，以獲得不同的運(yùn)算功能。下面給出幾種常用的運(yùn)算電路以及它們的輸入輸出關(guān)系（為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，電路中運(yùn)算放大器的供電電源等未畫(huà)出）。A 比例運(yùn)算電路（比例放大器）比例運(yùn)算電路是運(yùn)算放大器最為重要的應(yīng)用之一。它有反相輸入的比例運(yùn)算電路和同相輸入的比例運(yùn)算電路兩種。如果信號(hào)從反相端輸入，放大器外接由Rr、Rf組成的反饋網(wǎng)絡(luò)，就構(gòu)成了反相輸入比例運(yùn)算電路如圖2.1.2所示。由于VnVp=0，即N點(diǎn)的電位近于地，而不能接地（如果接地，則輸入信號(hào)被短路），稱(chēng)為“虛地”。所以有， 又因IBO；故Ii=If 可求得V0 = （2.1.7）由上式可知，電路的輸出與輸入之間成比例關(guān)系，兩者的相

27、位相反。 圖2.1.2 反相輸入比例運(yùn)算電路 圖2.1.3 同相輸入比例運(yùn)算電路若信號(hào)從同相端輸入，再將圖2.1.2中Rr的一端接地，就成了同相輸入的比例運(yùn)算電路，如圖2.1.3所示。因?yàn)閂p = Vi 而 VnVp 故 又 , 且IiIf可求得 （2.1.8）式（2.1.8）表明，電路的輸出與輸入之間同樣成比例關(guān)系，但兩者的相位相同。反相輸入和同相輸入運(yùn)算電路的比例系數(shù)相差無(wú)幾，特別是在高放大倍數(shù)時(shí)，兩者更為接近，只不過(guò)它們的相位差為180°。從上面的電路分析可知，運(yùn)算放大器加接反饋網(wǎng)絡(luò)后，電路特性只取決于反饋網(wǎng)絡(luò)的特性，而與放大器本身無(wú)關(guān)。B 加法運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路是比例放大器

28、的延伸，圖2.1.4為反相輸入的三路加法電路。它的基本原理是電流求和。由于N點(diǎn)可看作為“虛地”，所以， 又 I1I2I3= If 所以 若取 R1R2R3R 則 （2.1.9）上式表明，圖2.1.4電路的輸出與它的各路輸入的代數(shù)和成比例關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)了加法運(yùn)算功能。圖214加法運(yùn)算電路 圖215 減法運(yùn)算電路C 減法運(yùn)算電路差動(dòng)放大器具有減法運(yùn)算功能。如圖2.1.5所示，兩個(gè)信號(hào)分別從運(yùn)放反相端和同相端輸入，再加接反饋網(wǎng)絡(luò)，就構(gòu)成了減法運(yùn)算電路。由圖可知： 由Ii=If,可得 又 Vn Vp從以上三式可求得 若取， 則 （2.1.10）從式（2.1.10）可看出，圖2.1.5的電路輸出與兩輸入

29、信號(hào)的差成比例關(guān)系。D 積分運(yùn)算電路在加法或減法運(yùn)算電路中，放大器的反饋網(wǎng)絡(luò)是純電阻。如用電容、電感之類(lèi)的元件代替電阻作反饋元件，就能構(gòu)成微、積分等運(yùn)算電路。圖2.1.6是一個(gè)輸出與輸入呈積分關(guān)系的運(yùn)算電路。由于N點(diǎn)可看作為“虛地”，所以 ， 又 IR = IC所以 （2.1.11）這表明，圖2.1.6的電路能完成積分運(yùn)算的功能。圖2.1.6 積分運(yùn)算電路 圖2.1.7 微分運(yùn)算電路E 微分運(yùn)算電路將圖2.1.6電路中的電阻R和電容C的位置互換，就構(gòu)成了如圖2.1.7所示的微分運(yùn)算電路。由圖2.1.7可知： ， 又IC = IR所以 顯然，圖2.1.7電路的輸出與輸入信號(hào)的微分成比例關(guān)系。通過(guò)

30、對(duì)上述幾個(gè)電路的分析可以看出，每一種運(yùn)算電路，均是由運(yùn)算放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)兩部分組成，而電路的運(yùn)算關(guān)系則由反饋網(wǎng)絡(luò)決定。因此，適當(dāng)交換反饋網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，就可構(gòu)成不同運(yùn)算功能的實(shí)用電路。2.1.3 集成運(yùn)算放大器接法和使用要點(diǎn)集成運(yùn)放分為通用型（例如A741）和專(zhuān)用型兩類(lèi)。專(zhuān)用型又有低漂移（例如ICL7650）、高阻型（例如CA3140）、高速型（例如LM318）、低功耗型（例如 LM4250）等。使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要來(lái)選擇集成運(yùn)放的類(lèi)型。集成運(yùn)放的型號(hào)和參數(shù)可在有關(guān)手冊(cè)中查得。不管哪一種集成運(yùn)放，在用作運(yùn)算電路（或信號(hào)放大器）時(shí)，除了需外接反饋網(wǎng)絡(luò)外，還應(yīng)接上正、負(fù)工作電源、調(diào)零電路，有時(shí)還要加

31、接校正網(wǎng)絡(luò)，電路才能正常工作。現(xiàn)例舉兩種電路的接法。圖2.1.8和圖2.1.9分別為反相輸入比例放大器和同相輸入比例放大器的實(shí)際電路。集成運(yùn)放分別采用A725（DG725）和A741（F007），電源電壓約為±15V。圖中100k和10k電位器用來(lái)調(diào)零，以消除失調(diào)電壓影響。470電阻和0.01F電容的作用是防止電路自激振蕩。 圖2.1.8 反相輸入比例放大器 圖2.1.9 同相輸入比例放大器運(yùn)放A741內(nèi)部己有校正網(wǎng)絡(luò)，故無(wú)需外接。R*為輸入端平衡電阻，其阻值分別為 Rr/Rf和Rfl/Rf2。使用集成運(yùn)放應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1) 按產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)連接引腳，接上合適的工作電壓 不同型號(hào)的集

32、成運(yùn)放，其引腳及工作電壓可能各不相同，因此，使用前必須搞清各引腳的意義，按規(guī)定連接，以免造成集成運(yùn)放不應(yīng)有的損壞。有些集成運(yùn)放的工作電壓有一定范圍，例如±5V和±20V，這時(shí)要注意選擇合適的工作電壓，并配用適宜的外接電阻及電位器。(2) 調(diào)整零位，克服失凋電壓的影響 使運(yùn)放的輸入為零，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，將集成運(yùn)放的輸出電壓調(diào)至零。然后鎖緊電位器或換上固定電阻。如果失調(diào)電壓過(guò)大，以致按上述方法不能將輸出電壓調(diào)到零，這時(shí)最好另行挑選運(yùn)放。如無(wú)備件，也可采用改變外接平衡電阻的阻值或加大調(diào)零電位器的阻值等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)零位調(diào)整。但是，若運(yùn)放輸出電壓為兩個(gè)極限狀態(tài)（接近正、負(fù)電源電壓），或

33、輸出雖不為極限值，但調(diào)節(jié)調(diào)零電位器卻不起作用，則可能接線有錯(cuò)誤，或有虛焊點(diǎn)，也可能器件內(nèi)部損壞。(3) 接上校正網(wǎng)絡(luò)，消除自激振蕩 如不能消除，則可試用小電容并聯(lián)于反饋電阻，或在兩個(gè)輸入端間試加小電容或RC支路。如仍不能消除振蕩現(xiàn)象，則應(yīng)查找其它原因，如外界干擾等。除此之外，為了避免損壞集成運(yùn)放，可在輸入端并上兩個(gè)反向并接的二級(jí)管，在輸出端并上兩個(gè)反向串接的穩(wěn)壓管，以限制輸入、輸出電壓的幅度；在電源端串接二極管，防止電源極性接反而造成的損壞。2.2 AD轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器的品種很多，常用的有以下幾種：雙積分型（VT轉(zhuǎn)換型）、脈沖寬度調(diào)制型、電壓頻率轉(zhuǎn)換型（V/F轉(zhuǎn)換型）和逐次逼近比較型前三者屬

34、于間接型，即模擬量（電壓）首先轉(zhuǎn)換成某一個(gè)中間量（時(shí)間間隔T或頻率F），再由中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。后一種為直接型。即將模擬量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。數(shù)字顯示儀表大多使用間接型的器件，本節(jié)主要討論雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器。2.2.1 AD轉(zhuǎn)換器工作原理和主要參數(shù)2.2.1.1 工作原理雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換原理框圖如圖2.2.1所示。它先將輸入模擬電壓變換成與其平均值成正比的時(shí)間間隔，然后在此時(shí)間間隔內(nèi)，計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，所計(jì)得的數(shù)便是模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果。A/D轉(zhuǎn)換的工作過(guò)程分為采樣和測(cè)量?jī)蓚€(gè)階段。開(kāi)始工作前，控制電路使開(kāi)關(guān)K接地，積分器輸出為零，電路處于休止?fàn)顟B(tài)。圖 2.2.1 雙積分A/D轉(zhuǎn)換器原理圖

35、(1) 采樣階段 控制電路將開(kāi)關(guān)K與被測(cè)電壓Vx接通， 圖2.2.2 雙積分轉(zhuǎn)換器積分器對(duì)Vx積分，同時(shí)使計(jì)數(shù)門(mén)打開(kāi)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。在被測(cè)電 的主要波形壓為直流電壓或變化緩慢的電壓時(shí)，積分器將輸出一斜變電壓，其方向取決于Vx的極性，例如Vx為負(fù)，則輸出波形向上斜變（見(jiàn)圖2.2.2）。經(jīng)過(guò)一固定時(shí)間T1后，計(jì)數(shù)器達(dá)到滿量限N1值，復(fù)零而送出一個(gè)溢出脈沖。此溢出脈沖使控制電路發(fā)出信號(hào)將K接向與被測(cè)電壓極性相反的基準(zhǔn)電壓+VR，至此采樣階段結(jié)束。此階段的特點(diǎn)是采樣時(shí)間T1是固定的，而積分器最后輸出的電壓V0值取決于被測(cè)電壓Vx的平均值。(2) 測(cè)量階段 當(dāng)K接向+VE后，積分器開(kāi)始反方向積分（第二次積

36、分），使其輸出電壓從原來(lái)的V0值向零電平方向斜變。與此同時(shí)，計(jì)數(shù)器又從零開(kāi)始計(jì)數(shù)。當(dāng)積分器輸出電壓達(dá)到零時(shí)，檢零器動(dòng)作，發(fā)出關(guān)門(mén)信號(hào)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，所計(jì)得的數(shù)為N2，N2就代表了輸入電壓的數(shù)值。這個(gè)階段的特點(diǎn)是被積分的電壓是固定的基準(zhǔn)電壓VR，因此積分器輸出電壓的斜率固定，而計(jì)數(shù)值N2所對(duì)應(yīng)的積分時(shí)間T2則取決于VO之值。如果V0的幅值小，則積分時(shí)間就短。如波形圖中的T2（見(jiàn)圖2.2.2）。由上分析可知，輸入電壓Vx決定了定時(shí)積分的最后輸出值V。，而V0又決定了第二次積分時(shí)間T2，從而也就決定了輸出數(shù)字值N2。N2與Vx的關(guān)系推導(dǎo)如下：在采樣階段，積分器從零開(kāi)始積分，經(jīng)T1時(shí)間，其輸出為：

37、Vx在T1期間的平均值為 則 （2.2.1）在測(cè)量階段，積分器最終輸出為 由于VR為常數(shù)，所以 （2.2.2）這說(shuō)明在T1和VR均為常數(shù)的情況下，測(cè)量階段的時(shí)間間隔T2正比于輸入電壓的平均值。設(shè)計(jì)數(shù)器輸入的時(shí)鐘脈沖周期為T(mén)c，則 T1 = N1TC， T2 = N2TC所以 (2.2.3)上式表明，計(jì)數(shù)器輸出的數(shù)字值N2（即A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果）與輸入電壓的平均值Vx成比例關(guān)系。2.2.1.2 主要參數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器的特性參數(shù)有很多，這里僅對(duì)幾個(gè)主要參數(shù)作一簡(jiǎn)要的說(shuō)明。轉(zhuǎn)換誤差（或精度）：是指A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的實(shí)際值與真實(shí)值之間的偏差。用偏差的絕對(duì)值或滿量程的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。轉(zhuǎn)換誤差包括量化誤差（因量化單

38、位有限所造成的誤差）、偏移誤差（零輸入信號(hào)時(shí)輸出信號(hào)的數(shù)值）、量程誤差（轉(zhuǎn)換器在滿度值時(shí)的誤差）、非線性誤差（轉(zhuǎn)換特性偏離直線的程度）等。轉(zhuǎn)換時(shí)間（或轉(zhuǎn)換速率）：A/D轉(zhuǎn)換器從啟動(dòng)工作到轉(zhuǎn)換結(jié)束（即完成一次模數(shù)轉(zhuǎn)換）所需的時(shí)間稱(chēng)為轉(zhuǎn)換時(shí)間。這個(gè)指標(biāo)也可表述為轉(zhuǎn)換速率，即A/D轉(zhuǎn)換器在每秒鐘內(nèi)所能完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)。雙積分型A/D芯片的轉(zhuǎn)換速率通常為每秒幾次到幾十次。分辨率（或位數(shù)）：是指AD轉(zhuǎn)換器所能分辨的被測(cè)量的最小值，它等于模擬輸入量的滿度值除以輸出數(shù)字的最大值?？梢?jiàn)，分辨率與輸出數(shù)字位數(shù)有直接關(guān)系，因此也可用輸出位數(shù)的多少來(lái)反映分辨率的大小。雙積分型A/D芯片的位數(shù)(BCD碼)通常有位和位，

39、其分辨率分別為輸入量的1/2000和1/20000。上述指標(biāo)是選擇A/D轉(zhuǎn)換器的主要依據(jù)，因?yàn)檫@些指標(biāo)直接影響儀表的測(cè)量、控制精度和響應(yīng)速度。2.2.2 7107 A/D轉(zhuǎn)換器2.2.2.1 7107的特點(diǎn)和引線功能7107是CMOS單片位（BCD碼）AD轉(zhuǎn)換器，該芯片具有以下特點(diǎn)：(1) 集成度高 電路內(nèi)部包括雙積分A/D轉(zhuǎn)換器所必須的全部有源器件，即運(yùn)算放大器、模擬開(kāi)關(guān)和數(shù)字電路，設(shè)有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換電路，并且內(nèi)含時(shí)鐘振蕩器、基準(zhǔn)電壓、7段譯碼器和LED驅(qū)動(dòng)器，可直接與數(shù)碼管連接，使用方便；(2) 轉(zhuǎn)換誤差小 總誤差小于±1個(gè)字；(3) 輸入阻抗高 約為1010，故信號(hào)損耗

40、??；(4) 轉(zhuǎn)換速率13次/s 該速率能滿足一般數(shù)字顯示儀表的需要；(5) 功耗低 在±5V電源條件下，芯片功耗小于15mW（不包括LED）；(6) 整機(jī)組裝方便 無(wú)需外接有源器件，且所用無(wú)源元件在市場(chǎng)上極易購(gòu)得。 圖2.2.3 7107的典型應(yīng)用線路7107采用40引腳雙列直插式封裝，其引線端子排列見(jiàn)圖2.2.3。該芯片各端子功能說(shuō)明如下:文檔可自由編輯打印V+電源（正）V-電源（負(fù)）POL極性顯示BP公共電極INT外接積分電容BUFF一外接積分電阻A/Z外接校零電容IN+輸入電壓（正）IN-輸入電壓（負(fù)）OSC1、2、3時(shí)鐘振蕩器外接元件A1G1個(gè)位數(shù)段驅(qū)動(dòng)信號(hào)A2G2十位數(shù)段驅(qū)

41、動(dòng)信號(hào)A3G3百位數(shù)段驅(qū)動(dòng)信號(hào)AB4千位數(shù)段驅(qū)動(dòng)信號(hào)COM一模擬公共端C-REF基準(zhǔn)電壓寄存電容（負(fù)）C+REF基準(zhǔn)電壓寄存電容（正）VREF-基準(zhǔn)電壓（負(fù)）VREF+基準(zhǔn)電壓（正）TEST數(shù)字地設(shè)置及測(cè)試（接+5V時(shí)，所有段被點(diǎn)亮，顯示1888）2.2.2.2 7107的工作原理7107的原理如圖2.2.4(a)、(b)所示。該芯片包括了AD轉(zhuǎn)換所需的模擬電路和數(shù)字電路兩大部分。模擬電路有跟隨器、積分器、模擬開(kāi)關(guān)、基準(zhǔn)（參考）電壓源等，如圖2.2.4(a)所示，數(shù)字電路有內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器、邏輯控制電路、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、鎖存器、譯碼器及LED驅(qū)動(dòng)器，如圖2.2.4(b)所示。 圖2.2.4 710

42、7 A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖(a)7107完成一次轉(zhuǎn)換需要三個(gè)階段，即：（1）自動(dòng)校零；（2）被測(cè)電壓積分I（3）基準(zhǔn)電壓積分。(1) 自動(dòng)校零階段 在此階段AZ（自動(dòng)校零）開(kāi)關(guān)接通，INT（被測(cè)電壓積分）和DE（基準(zhǔn)電壓積分）開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。此時(shí)內(nèi)部電路與被測(cè)電壓脫開(kāi)，跟隨器和積分器的同相端（即7107的兩個(gè)輸入端）與模擬公共端COM短接；積分器和比較器構(gòu)成全閉環(huán)，它們的失調(diào)電壓和跟隨器的失調(diào)電壓寄存在校零電容CAZ上；同時(shí)基準(zhǔn)電壓寄存電容CREF充電，其電平充到基準(zhǔn)電壓的大小。(2) 被測(cè)電壓積分階段在此階段DE和A/Z開(kāi)關(guān)斷開(kāi)， 圖2.2.4 7107 A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖(b)而INT開(kāi)關(guān)接通。

43、電路開(kāi)始對(duì)轉(zhuǎn)換器兩輸入端IN+和IN-之間的模擬電壓進(jìn)行積分。輸入電在的共模范圍很寬，但是如果輸入電壓與電源之間沒(méi)有回路，IN-端可接到COM端，以建立正確的共模電壓。本階段最后要判別出被測(cè)電壓的極性。(3) 基準(zhǔn)電壓積分階段本階段一開(kāi)始，根據(jù)前一階段對(duì)被測(cè)電壓極性的判斷，接通DE（+）或DE（-）開(kāi)關(guān)。若輸入電壓為正，則接通DE（+）開(kāi)關(guān)，反之，則接通DE（-）開(kāi)關(guān)，以保證積分器輸出回到零。積分器回到零電平所需要的時(shí)間與被測(cè)電壓大小成比例，而輸出讀數(shù)的大小則由該段時(shí)間所決定，其值為l000VINVREF。三個(gè)階段的時(shí)間分配如圖2.2.5所示。時(shí)鐘信號(hào)先經(jīng)4分頻再送入十進(jìn)制計(jì)數(shù)器， 圖2.2.

44、5 7107一個(gè)轉(zhuǎn)換周期時(shí)間分配示意圖即每計(jì)一個(gè)數(shù)需要4個(gè)時(shí)鐘脈沖。被測(cè)電壓積分階段需要4000個(gè)時(shí)鐘周期（1000個(gè)計(jì)數(shù)）?；鶞?zhǔn)電壓積分階段需要 08000個(gè)時(shí)鐘周期（02000個(gè)計(jì)數(shù)）之間。自動(dòng)校零階段最少需4000個(gè)時(shí)鐘周期（1000個(gè)計(jì)數(shù)），最長(zhǎng)可達(dá) 12000個(gè)時(shí)鐘周期。在對(duì)基準(zhǔn)電壓反向積分時(shí)，只要積分器輸出一過(guò)零，就開(kāi)始校零階段。每個(gè)轉(zhuǎn)換周期總共16000個(gè)時(shí)鐘周期（4000個(gè)計(jì)數(shù)）。本電路的時(shí)鐘頻率可在1648kHz之間選擇，其轉(zhuǎn)換速率為13次s。2.2.2.3 7107的工作條件和元件選擇7107的典型應(yīng)用線路如圖2.2.3所示。A 時(shí)鐘信號(hào)和振蕩元件7107的時(shí)鐘信號(hào)有三種形

45、式，即外部時(shí)鐘（信號(hào)從OSC1輸入）；外接晶體；外接RC相移網(wǎng)絡(luò)。見(jiàn)圖 2.2.6。在用外部時(shí)鐘時(shí)，輸入信號(hào)加在TEST和OSC1之間，振蕩幅度約5V。如果用RC振蕩，一般電容 C取50pF，電阻值R可由下式估算： 圖2.2.6 7107的振蕩線路時(shí)鐘頻率在1648kHZ范圍內(nèi)選擇，為了抑制工頻干擾，時(shí)鐘頻率應(yīng)取50Hz的整數(shù)倍。對(duì)于48 kHz的時(shí)鐘頻率（每3次/s讀數(shù)），R = 180k。16kHz時(shí)，R = 560k。B 基準(zhǔn)電壓及其寄存電容基準(zhǔn)電壓值VREF應(yīng)根據(jù)下式選擇：要得到滿量程輸出1999，應(yīng)取。對(duì)于200mV和2V的基本量程來(lái)說(shuō)，基準(zhǔn)電壓分別取100mV和lV。對(duì)于其它的量程

46、，只要傳感器的滿度輸出在200mV2V 圖2.2.7 基準(zhǔn)電壓電路圖之間，取其電壓的一半作為基準(zhǔn)電 (a)利用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源；(b)外接齊納穩(wěn)壓管作基準(zhǔn)電壓源壓，就能取得2000個(gè)刻度的對(duì)應(yīng) (c)外接能隙基準(zhǔn)電壓源值。例如某電子秤系統(tǒng)，希望在傳感器的輸出電壓為0.682V時(shí)出現(xiàn)1999的讀數(shù)，只要取0.341V的基準(zhǔn)電壓就可以了。如果對(duì)溫度漂移要求不十分嚴(yán)格，可利用電路內(nèi)部的基準(zhǔn)，用外接電位器調(diào)節(jié)，如圖2.2.7(a)所示。但為避免溫度漂移所造成的誤差，通常采用具有溫度補(bǔ)償?shù)耐饨踊鶞?zhǔn)穩(wěn)壓源，如圖2.2.7(b)、(c)所示。圖(b)使用齊納穩(wěn)壓管。圖(c)由高精度低漂移能隙基準(zhǔn)穩(wěn)壓源（例如MC1403）供電，可獲得精密的電壓基準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)電壓的寄存電容一般取CREF = 0.