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1、數(shù)字萬用表原理與組裝西 南 大 學(xué) 電 工 電 子 實 驗 教 學(xué) 中 心電 子 工 藝 實 習 講 座 之主 講 人 ： 黃 華 一、數(shù)字萬用表的基本構(gòu)成 普通數(shù)字萬用表的基本構(gòu)成 1、普通數(shù)字萬用表的基本構(gòu)成 儀表“心臟”是單片A/D轉(zhuǎn)換器 pA/D轉(zhuǎn)換器：模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換；p模擬量：幅度隨著時間連續(xù)變化的量；p數(shù)字量：幅度隨著時間離散變化的量；pLED： light emitting diode數(shù)碼顯示；pLCD： liquid crystal display液晶顯示；幾點說明： 電流/電壓（I/V）轉(zhuǎn)換器 平均值交流/直流（AC/DC）轉(zhuǎn)換器 電阻/電壓（/V）轉(zhuǎn)換器 二極管正向壓

2、降/電壓（VF/V）轉(zhuǎn)換器 晶體管電流放大系數(shù)/電壓（hEF/V）轉(zhuǎn)換器 電導(dǎo)/電壓（G/V）轉(zhuǎn)換器 電容量/電壓（C/V）轉(zhuǎn)換器 溫度/電壓（T/V）轉(zhuǎn)換器 頻率/電壓（f /V）轉(zhuǎn)換器 常見的功能轉(zhuǎn)換器 ： 、普通數(shù)字萬用表的基本構(gòu)成 見圖3-2 單片數(shù)字萬用表的基本構(gòu)成p70單片數(shù)字萬用表的基本構(gòu)成 見圖3-3 智能數(shù)字萬用表的內(nèi)部總線 p71 、分辨力 最低量程上末位1個字所對應(yīng)的數(shù)值稱作分辨力，它反映出儀表靈敏度的高低。分辨力隨顯示位數(shù)的增加而提高。、分辨率 儀表所能顯示的最小數(shù)字（零除外），與最大數(shù)字之比，通常用百分數(shù)表示。 、顯示位數(shù) 數(shù)字萬用表的顯示位數(shù)通常為3 8 1/2位

3、判斷原則：整數(shù)位表示能顯示從0 9中所有數(shù)字的位；分數(shù)位的分子表示最大顯示值中的最高位；分母表示滿量程時最高位數(shù)字。 見下表 顯示位數(shù)最大顯示值滿量程值最高分辨力最高分辨率%3 1/2位1999 2000 100V 0.053 2/3位2999 3000 100V 0.0333 3/4位3999 4000 100V 0.0254 1/2位19999 20000 10V 0.0054 3/4位39999 40000 10V 0.00255 1/2位199999 200000 1V 0.0005 6 1/2位1999999 2000000 100nV 0.000057 1/2位19999999 2

4、0000000 10nV 0.0000058 1/2位199999999 200000000 1nV 0.0000005 5、測量速率 每秒鐘對被測電量的測量次數(shù)叫測量速率；單位是“次/S” 、雙顯示及多重顯示 雙顯示儀表在數(shù)字顯示的基礎(chǔ)上加上夜晶條圖顯示功能 ；多重顯示儀表同時顯示被測量的多種數(shù)據(jù)（例如，瞬時值、最大值、最小值、平均值），有的儀表還帶有模擬條圖顯示，可設(shè)定上、下限。 、輸入阻抗 3 1/2、4 1/2位數(shù)字萬用表DCV檔的輸入電阻一般為10M 、頻率響應(yīng) 手持式數(shù)字萬用表ACV檔的頻率響應(yīng)一般為40400HZ，少數(shù)可達1kHZ。 三、ICL7106單片A/D轉(zhuǎn)換器 、ICL7

5、106的主要特點 采用單電源供電，電壓范圍7 15V。 直接驅(qū)動3 1/2位LCD 顯示器。 低功耗；芯片本身的電流僅1.8mA，功耗約16mW 。 輸入阻抗極高，典型值是10M，對輸入信號無衰減作用。 外圍電路簡單，整機組裝方便 。內(nèi)設(shè)時鐘電路，可采用低成本的阻容振蕩器，或采用頻率穩(wěn)定度很高的石英晶體振蕩器，也可外接時鐘信號。 能通過內(nèi)部模擬開關(guān)實現(xiàn)自動調(diào)零，能自動判斷被測電壓的極性，利用外部異或門（或異或非門），可顯示超量程符號及負極性符號。 p在芯片內(nèi)部的V+和COM之間，有一個穩(wěn)定性好、帶負載能力強的基準電壓源，典型值為2.8V。p可方便地對芯片進行功能檢查，判斷好壞p抗干擾能力強，噪

6、聲低，失調(diào)溫漂和增益溫漂低、可靠性好、使用壽命長。p A/D轉(zhuǎn)換速率低，規(guī)定范圍是0.1 15次/秒，一般選2 5次/秒。 p 工作溫度范圍是0 700C。 、 ICL7106管腳排列 、ICL7106的工作原理（一）模擬電路 （1）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器 A、內(nèi)部基準電壓源 （COM端電位比V+低2.8 V ） B、基準電壓源外部電路 外接穩(wěn)壓管 外接能隙基準電壓源 V+Vref+Vref-com RRPV+電阻分壓 （2）、模擬開關(guān) A-Z是自動調(diào)零開關(guān)，INT是正向積分開關(guān)，DE+和DE-是反向積分開關(guān) （3）、雙積分A/D轉(zhuǎn)換器工作原理 A/D轉(zhuǎn)換器的每個測量周期分成三個階段：自動調(diào)零（

7、AZ）、正向積分（INT）、反向積分（DE）。 A-Z閉合、INT、DE斷開 A、輸入電壓Vin= 0V B、自動調(diào)零電容CAZ充電，以補償緩中器、積分器和比較器本身的失調(diào)電壓 C、基準電壓VREF向基準電容CREF充電，使之被充到VREF+，為反向積分作準備 第一階段，自動調(diào)零A-Z(Auto-Zero) 第二階段，正向積分（亦稱信號積分或采樣）INT（integral） INT閉合，A-Z和DE斷開 積分器在固定時間T1內(nèi)，以VIN(RINT*CINT)的速率對VIN進行定時積分 INTINT ININTOINTINTO CR VKTdtVCR KV 11 K是緩沖放大器的電壓放大系數(shù)，T

8、1也叫采樣時間。在正向積分結(jié)束時，VIN的極性即被判定。 （T1=1000TCP ） 第三階段，反向積分，亦稱解積分DE(Decompose Integral) A-Z、INT斷開，DE+、DE- 閉合 注意正負+ 第三階段，反向積分，亦稱解積分DE(Decompose Integral) 控制邏輯在對VIN進行極性判斷之后，接通相應(yīng)極性的模擬開關(guān)，將CREF上已充好的基準電壓按相反極性代替VIN，進行反向積分，斜率變成VREF / (RINF*CINF)。經(jīng)過時間T2，積分器的輸出又回到零電平 02 20 INTINT REF T REFINTNTCR VKTOV dtVCIR KOVOV

9、INREF VVTT 12 INREFCP VVT TN 1 CPCP TTTNT 1000; 12 結(jié)論： 幾點說明 ：（1）自動調(diào)零時間是可變的 ：1000Tcp3000Tcp （2）T1是固定不變的，T2 則隨VIN 的大小而變化。 （見圖3-9 A/D轉(zhuǎn)換器時序波形） 當T1/ Tcp = 1000 ，VREF =100.0mV 則 INININREF VVVVN 100.10010001000 NVIN 1.0滿量程時N=2000, VM、當 VREF=100.0mV時，VIN=VM = 200mV；VREF =1000mV時，VM = 2V REFM VV 2 （3）上述定時關(guān)系由

10、7106本身特性所決定，外界無法改變。 （4）為提高雙積分數(shù)字儀表抑制工頻干擾的能力，所選采樣時間T1 應(yīng)為工頻周期的整倍數(shù)。 msnT 20 1 例如可取時鐘頻率f0=40KHZ，即 T1=1000Tcp=100ms,，恰是20ms的5倍。 二、數(shù)字電路（1）時鐘振蕩器 R、C振蕩器 晶體振蕩器和外輸入時鐘 RCf /455.0/455.00 （2）分頻器 對時鐘脈沖進行逐級分頻，即可分別得到所需計數(shù)頻率fCP、液晶顯示器背電極方信號fBP。分頻器由一級4分頻，一級2分頻和兩級10分頻構(gòu)成。整個分頻電路完成800分頻。（81頁） （3）計數(shù)器 采用二一十進制(BCD碼)計數(shù)器，仍符合“逢十進

11、一”的規(guī)律。 (4）譯碼器 譯碼器的作用是將BCD碼譯成七段碼，供顯示用。 （5）異或門相位驅(qū)動器 液晶顯示器的一個重要特點就是必須采用交流驅(qū)動方式。因為若用直流驅(qū)動會使液晶材料發(fā)生電解、產(chǎn)生氣泡而變質(zhì)，大大縮短使用壽命。 （6）鎖存器 每完成一次A/D轉(zhuǎn)換后顯示值改變一次。利用鎖存器可避免在計數(shù)過程中顯示器不斷跳數(shù)，減少視覺疲勞，便于觀察和記錄。 三、ICL7106的典型應(yīng)用 二、DT830B型3 1/2位數(shù)字萬用表 1、性能特點 電路簡單，體積小 ；共設(shè)置19個量程，適合測量DCV、ACV、DCA、二極管和晶體管，測量速率為2.5次/秒。 準確度高。200mV擋的基本準確度達到0.25%。

12、 具有自動極性顯示，超量程顯示、電池低電壓指示功能 標準環(huán)境溫度為235 ； 9V疊層電池 供電、重量約為170g ；有較完善的保護電路，使用中不易損壞。 2、技術(shù)指標 測量項目量 程分辯力準確度235滿度壓降或開路電壓輸入電阻過載保護DCV 200mV 100v(0.25%RDG+2字)(0.5%RDG+2字) 1M 1000VDC或AC峰值2000mV 1mV20V 10mV200V 100mV1000V 1V ACV(RMS)(45450HZ) 200V 100MV(1.2%RDG+2字) 550K 750V有效值750V 1VDCA 200A 0.1A (1%RDG+2字) 200MV

13、 2A/250V熔絲管2000A 1A20mA 10A200mA 100A(1.2%RDG+2字)10A 100mA(2%RDG+2字)末加保護 200 0.1(0.8%RDG+2字) 2.8V 250V有效值(部分產(chǎn)品電阻未加保護)2000 120K 10200K 1002000K 1K(1%RDG+2字) （1）基本功能 A/D轉(zhuǎn)換電路；小數(shù)點及低電壓指示電路； 直流電壓測量電路； 直流電流測量電路； 交流電壓測量電路； 電阻測量電路； 晶體管hFE測量電路；二極管測量電路 3、電路原理 HV 3 1/2 LCD21 2-25 ICL 7106 1 27 28 29 30 31 32 33

14、 34 35 36 26 38 40 39 uA/D轉(zhuǎn)換電路29mv-119mv A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換器；IC（TC7106）；時鐘振蕩器阻容元件:R13，C1；積分電阻：R12；積分電容：C5；（CCB）自動調(diào)零電容：C4；基準電容：C2；基準電壓源分壓器：R17，R18，R14，RP（調(diào)整用，使VREF=100.0MV）模擬輸入端高頻濾波器：R15，C3；限流電阻：R16 直流電壓測量電路 直流電壓測量電路分壓器：R1，R2，R3，R4，R5，R6（誤差為0.5%的金屬膜電阻）電阻R1-R6為精密電阻,又作電阻檔的標準電阻 900k電阻由兩只電阻串聯(lián)R1(548)+R2(352) 直流

15、電流測量電路 直流電流測量電路分流器：R5、R6、R7、 R8 、 RW ； R8（誤差為0.5%的精密金屬膜電阻）； RW（1.6X62mm錳銅絲）；熔絲管：FU（0.2A/250V，5X20mm） R6帶來誤差（理想90） 交流電壓測量電路C64.7uF 交流電壓測量電路半波整流二極管：D（IN4007，1A/1000V）；分壓器：R2 R6（說明：為簡化電路，ACV檔的AC/DC轉(zhuǎn)換器中未加濾波電容，因此輸出為脈動直流電壓，只能借助于A/D轉(zhuǎn)換器的正向積分過程取其平均值電壓V0）； 450K電阻由R2，R3，R4，串聯(lián)構(gòu)成； u電阻測量電路 電阻測量電路標準電阻：R1 R6；測試電壓分壓

16、器：E0（+2.8V），D（VF0.6V）、降低測試電壓，減小測試電流；保護電路：R19（PTC），JE9014（利用PN結(jié)反向擊穿）軟擊穿；限流保護電阻：R15，R16； 比例法測電阻 OXREFIN RRVV OXREFIN RRVVN 10001000當RX=RO時，N=1000；當RX=2R0時，N=2000滿量程 u晶體管hFE測量電路 晶體管HFE測量電路8芯HFE插口；基極偏置電阻R21（NPN擋），R20（PNP擋）；取樣電阻：R7； NPN 220K R21 10 R7 2.8V 220K R20 10 R7 2.8V PN NPN測量電路PNP測量電路VIN VIN VIN

17、=IERO=IC RO=HFE IB RO IB=（VCC-UBE）/220K=10UA RO=10，VIN=0.1HFE N=10VIN,N=HFE NPN 220K R21 10 R7 2.8V u二極管測量電路 二極管測試電路測試電壓供給電路： E0（+2.8V），R17，R19（PTC）；分壓器：R5、R6；保護電路：R19； u小數(shù)點及低電壓指示電路 小數(shù)點及低電壓指示電路晶體管：T（JE9014）；電阻：R9 R11；量程開關(guān)：S；液晶顯示器：JH220 4、DT830B三用表安裝（1）檢查及清潔裝配所用工具，烙鐵需接地良好，不能有漏電，否則可能損壞IC，剪元件腳所用的斜口鉗須良好

18、，否則將損壞線路板。（2）熟悉線路板上元件圖標的位置、規(guī)格。（3）注意配套清單中備注欄中的詳細說明，特別是高精度電阻與普精電阻的代號，在安裝時不得混裝，否則會出現(xiàn)精度超差現(xiàn)象。 （4）安裝三極管座時，先將三極管座的安裝方向確定好，然后插入線路板中，連同線路板放入殼體中，確定三極管座的高度（三極管座面與機殼面水平），先焊上一只腳使其固定，最后全部焊上即可。 （5）在安裝電位器VR1和安裝三極管時，每個焊點焊接時間不得過長（不超過一分鐘），否則可能損壞元件。（6）安裝錳銅絲時，注意錳銅絲的高度，太高或太低將帶來調(diào)節(jié)上的不方便。（7）安裝二極管、三極管、電解電容及保險絲時，注意方向不能錯。（8）輸入金屬插孔安裝須垂直線路板，不得歪斜。 （9）液晶片安裝注意方向，“凸”邊朝右平放殼體相應(yīng)槽中，然后將液晶壓條框（“井”字形）的光滑面朝液晶片鑲放在液晶片上，最后將兩條導(dǎo)電膠條鑲?cè)肟蛑邢鄳?yīng)位置，放平整即可。（10）安裝接觸簧片時注意，旋鈕上的6條梗上卡入“V”形簧片，用手反復(fù)按壓，沒有卡滯現(xiàn)象即可。