830B型数字万用表的安装与调试指南

830B型数字万用表的安装与调试指南一．实验目的1.了解830B数字王永标的基本结构原理。2.认识并测量元器件，了解元器件标识的意义。3.对照原理图和印制电路板图，理解电路组装工艺。4.调试并检测各部分电路功能和质量，提高综合安装测试技能。二．实验基本原理1、双积分A／D转换器模数转换器(A/DC)是将模拟量电压转换成相应的数字量的集成电路，是对模拟量电信号进行数字化输入和处理(如计算机数据采集与处理)的关键器件。双积分(双斜率)型A／D是集成电路A/DC产品中的一大系列。它虽有转换时间长的缺点，却有其它类型产品所不具备的抗扰性强、精度高的优点。尤其当选择积分时间恰为工频电压周期(20mS)整数倍的时候，它所表现出来的对工频电网电压的电磁干扰的强大抑制能力是任何它种A/DC所无法与之媲美的。因而，双积分A/DC最适合应用于各类直读式数字仪表。7106是该系列产品中一种适用于袖珍型、便携型仪表的产品。它专门设计的输出电路可直接驱动LCD(液晶显示器)，耗电极省。7106的主要特点还有：单电源供电，且电压范围较宽。规定为7~15V，故可使用9V叠层电池供电，以实现仪表的袖珍化；输入阻抗高，典型值为109Ω；利用内部模拟开关实现自动调零与极性转换。7106的转换速度为1~15次/秒，通常选用2.5～5次/秒。7106各引出脚的名称及在典型应用中的电路接线，如图1示。其中，A1～G1；A2～G2，A3～G3，分别输出个位(Unit)，十位(Ten)，百位(Hundred)数码段的笔划段驱动信号，接于LCD显示器（LED亦同)。AB4输出千位的笔划驱动信号，接千位的b，c两笔划。其余各引脚简介如下（以MQFP封装为例）：POL（27）——负极性指示输出端，接千位的g段，POL输出为低电位时显示负号。BP（26）——液晶显示器背面公共电极的驱动端，简称“背电极”。OSC1、OSC2、OSC3（7,6,4）——时钟振荡器引出端（外接时钟或者RC元件）。COM（40）——模拟信号公共端，简称“摸拟地”，使用时它与IN-、VREF-相连接。REFHI（VREF+）、REFLO（VREF-）（44,43）——分别为基准电压的正端与负端，简称“基准+”和“基准-”。CREF+,CREF-（42,41）——外接基准电容（C2）。INHI(IN+)、INLO(IN-)（39,38）-——模拟量输入的正端和负端。AZ（37）——外接自动调零电容C4。BUF（36）——外接积分电阻R12。INT（35）——积分器输出端，接积分电容C5。数字电路包括时钟脉冲发生器、分频器、计数器、译码器、异或门相位驱动器、控制器和LCD显示器。时钟发生器由7106内部的两个反相器和外部R13，C1组成。设振荡器的振荡输出频率为f0，近似公式为：将参数R13=120kΩ,C1=100PF代入上式得：f0≈40kHz。40kHz时钟脉冲在7106内部进行四分频，得到10kHz的计数脉冲，再经200分期得到50Hz方波加到LCD显示器的背电极（BP）上。为提高LCD寿命，LCD显示器须采用交流方波供电方式。通常把相位相反的两个方波分别加到笔划的两个电极，利用二者的电位差驱动该笔划发光显示。每个笔划的一个电极分别接各自驱动器的输出端，另一极均接背电极。基本原理参见《数字电子技术基础》教材。驱动电压为：4~6V。基准电压由外部R19，R18，R17和VR1组成的分压器提供。调整VR1使VREF=100.0mV。通过VR1调整的范围是95~107mV。R16,C3是输入端阻容滤波电路，可提高仪表的抗干扰能力。三、M830B型数字万用表原理M83OB型数字万用表是以应用双积分A／D7106为核心的袖珍型位直读式测量仪表。该表具有体积小、耗电省、多用途、数码显示清晰等优点。该仪表的结构简单、原理筒明，其原理图如图2示。1.直流电压测量原理DMM工作于直流电压测量档位时的等效电路如图3示。由于7106的基本工作原理是将31脚输入的恒定电压信号Vin(共地)，经两次积分而量化。且有-199.9mV≤Vin≤+199.9mV模拟量电压输入对应于量化后的-1999到+1999的数宇输出。因此，直流电压测量电路的工作原理亦将是其它各挡位测量功能的原理电器的基础。从图3不难看出；由于R16与7106的输入电阻串接，故A/D电路的输入电阻极大，可近似视为开路。不妨认为输入端口开路时输入电压与输入电压相等。于是有(1)在200mV档位，式中，VX为被测直流电压。显然，被测电压的实际值将以0.1mV的分辩力在DMM显示器上数字显示(值为-199.9~199.9)。(2)在2V档位，由电阻与组成的分压器电路，如图4示。可以推知，，故当-2V≤Vx≤2V时，满足-200mV≤≤200mV，DMM的显示值在-1999到1999范围内变化时，恰对应着模拟输入电压Vx以lmV为分辩力的量化值。(3)其余各档位：不难分析，当DMM处于20V，200V，1000V各档位时，分别为，和。故对于输入电压Vx而言，应出现的显示值只不过是分辨力分别为10mV,100mV和1V情况下的被测电压的量化值而已。当然，显示数字分别为-19.99~19.99，-199.9~199.9和-1000~1000间的数值。可见，只要在转换档位的同时，设定LCD显示器上小数点的显示位置即可逼真地显示数字化的被测电流电压值，从而实现数显测量直流电压的功能。2．小数点显示位置的控制电路数点的显示与数码某段显示的控制原理相同，即：LCD的背电极BP上交变方波与拟显示的数点段上所加的方波相位恰相反时，数点显示，反之不显示。LCD显示器有三个数点(段)，它们均有一个电极与BP相联结，另一个电极分别由第8，12，16引脚引出（本设计实例不必确认LCD引脚，因为已经制成模块，本文指出相应的引脚号仅为说明方便）。这几个引脚分别对应着高位数点，中位数点及末前位数点。为简化设计，DMM830B设定其数字显示仅有三种情况：无小数点显示(全部为整数)，显示两位小数(中位小数点显示)和显示一位小数(末前位小数点显示)。其原理如图5示。容易看出：(1)第8脚始终与BP同相位。故高位数点永不显示，(2)若K1，K2断开，使A、B两端悬空，于是第12引脚与第16引脚的相位亦均与BP相位相同。则此时将无小数点显示。这种情况对应着2V和l000V（为安全起见，档档标称600V）挡位的选择。(3)DMM在200mV和200V裆位时，B接于+9V电源而A悬空。当然，对于上述两种情况，将有相应的引脚(16或12)电压相位不再与BP相位相同，故相应的数点发光显示。3.交流电压测量电路原理如图6所示，交流电压测量电路除附加二极管半波整流电路外与直流电压测量电路基本相同，故其工作原理可仿之推理。4.直流电流测量电路原理如图7所示等效电路，对于不同数量级的被测电流Ix，选择不同的挡位或输入端钮，则对应着选定不同的分流器。不妨分别称+,，，和为R11，R12，R13，R14和R15。它们分别对应于200µA，2mA，20mA，200mA和10A量程档位的分流器电阻。图中可见，R11=1000Ω，R12=100Ω，R13=10Ω，R14=1Ω，R15=0.01Ω。于是对前四个档位选择，输入7106的被测电压=Ix∙R1i，式中i=1,2,3,4不难计算，在Ix分别为-200~200µA范围、-2mA~2mA范围，-20mA到20mA范围以及-200mA到200mA范围内变化时，均在-200mV到200mV范围内变化，当然显示值也就是在-1999到1999范围内变化。只要适当设置小数点的位置，就可以形象地显示被测电流的数值，只是在相应档位上数值的单位分别是µA，mA和mA。当选择红表笔的插孔为10A插孔时，即选择了10安培量程档位。可以计箅出，在R15=0.01Ω的情况下，-10A到10A范围内变化的电流Ix将产生-100mV到100mV之间变化的测量电压，经7106A/D转换后输出的数码显示将是在-1000到1000间变化。此时，恰当地选择小数点显示的位置为高位显示，则测示值显示就变成了-10.00到10综上，测量直流电流的原理为：被测电流Ix流过Rf，产生压降；DMM测量该压降值并A／D转换后数显输出。对于DMM的其它功能的实现，读者可借助上述分析的结果，通过分析清楚某测量档位下的等效电路，即可搞清其工作原理．不过做到这一步是需要付出仔细、认真地劳动的。四、M830B型数宇万用表的安装与凋试通过安装调试，应该学会良好的人工焊接技术，熟知元器件种类、型号、参数等知识。同时应该学习踏实、严谨的工作态度，并了解电子仪器工业生产的常规工艺。本项设计拟分如下步骤完成：1.焊接技术的实习。通过现场教学，认真练习、摸索，掌握焊接技术的基本功。2．清理认识全部元器件，有可能的情况下，(在本例中指有高精度电桥的情况下)测量每个元器件的质量与参数及其精度，做到对未来制成品的质量心中有数。3.按照套件所附的装配说明，在指导教师的指导下实施整机安装。（逐一安装每一元器件。）4.实测制成品的功能。图1ICL7106的封装及其典型应用图2830BDMM电原理图图3直流电压测量原理电路图42000mV档分压器图5数点显示控制