第8章 数字电压表

第八章数字电压表第一节数字电压表的性能指标第二节数字电压表的结构类型第三节数字电压表实例第四节数字万用表实例第八章数字电压表第八章目录数字测量使用数字显示，从而消除因指针及仪表可动部件引发的机械误差。数字电路容易集成化、数字信号在传送过程不易受到干扰，存储能力强，便于传送，便于与计算机或自动控制系统相结合，是电气测量的发展方向，数字电压表是数字测量的基础。本章主要介绍数字式电压表的技术性能指标、结构类型，不同类型的A/D转换原理，以及显示器件的电路结构，并以CL系列数字式交流电压表为实例，具体介绍数字电压表的结构。

第八章数字电压表本章要点数字万用表体现了数字电表的特色，第四节以DT-830为实例，进一步了解数字仪表的电路分析方法，以提高学生阅读数字电路的能力。第八章数字电压表第一节数字电压表的性能指标第八章数字电压表数字式电压表的显示位数通常用一个整数和一个分数表示，例如3位、3位、4位、4位等等，其中整数部分表示能显示0～9全部数字的位数有几位，分数部分用于表示最高位的显示性能，其中分子表示最高位数字可能显示的最大数值，分母表示满程时应该显示的数值。一.显示位数二.灵敏度用分辨力或分辨率表示，分辨力是指最低量程时末位1个字所对应的电压，分辨率指能测出的电压最小变化量与最大数字之比的百分数表示。例如3位的数字电压表，如果最低量程末位为1微伏，代表其分辨力为1微伏，或者说灵敏度为1微伏。测出的电压最小变化量为1，最大数字为1999,则分辨率为=0.05%。第八章数字电压表量程范围指电压表测量电压时，从0到满度的显示值。例如0～19999V，若有正负号，则表示从0到±满度的显示值，例如0～±19999V。三.量程范围五.输入阻抗数字仪表可以达到0.05%，有些数字仪表可以达到0.01%。四.准确度输入电阻达到20000～25000MΩ，输入电容小于40pF。六.频率范围多数用于直流与低频，可扩大到高频。七.测量速度测量速度指单位时间，以规定的准确度完成的最大测量次数。第八章数字电压表第二节数字电压表的结构类型第八章数字电压表又称斜波型，它将不同被测电压值转换为不同的时间间隔，用这个时间间隔的起止点，控制进入计数器的脉冲个数，使显示器能显示出不同数值一.电压-时间变换型第八章数字电压表将不同被测电压值转换为不同频率的信号，再通过整形转换为同频率的脉冲，进入频率计数器进行计数显示，所显示的频率值就代表电压值。二.电压-频率变换型第八章数字电压表将被测电压与数码开关送出的基准电压进行比较，如果基准电压小于被测电压，则将基准电压逐次递加，直至基准电压逼近被测电压并等于被测电压为止，这时显示器所显示的数码寄存器基准电压就是被测电压。三.逐次逼近比较型第八章数字电压表第三节数字电压表实例第八章数字电压表整个电路是由输入通道、时钟电路、A/D转换、驱动显示四大部分组成一.CL系列数字式交流电压表的基本结构第八章数字电压表CL系列数字式交流电压表电路图一.CL系列数字式交流电压表的基本结构第八章数字电压表R1、R2、R3、R5、C1组成取样电路，被测电压转换为小电压，送IC1检波并放大二.输入通道三端可调分流基准源芯片IC6(TL431)使2、3两点产生较稳定的基准电压，若有波动通过IC6分流，改变R21、R23上的压降，保证输出不变零点稳定。RP1作为调零。当输入为零时，调节RP1使显示为0。IC1A、VD1、VD2组成具有负反馈的检波电路整个IC1B组成直流放大器，RP2为调节满度电位器。从输入端加入100V电压，调节RP2使显示100.0第八章数字电压表采用四位半的A/D转换芯片ICL7135，内包括模拟和数字电路两部分。模拟电路将被测电压转换为时间间隔，属于电压－时间变换型。模拟电路变换器由运放单元组成缓冲器、积分器、比较器以及四组模拟开关组成，外围（虚线之外）接有基准电容、积分电容、积分电阻和自动调零补偿电容。三.A/D转换芯片第八章数字电压表第一阶段基准电压源还通过模拟开关向充电，充到等于为止，以供第三阶段使用。三.A/D转换芯片ICL7135A/D转换芯片的工作过程第一阶段：自动调零阶段上电时内部控制逻辑令所有SAZ闭合,其余断开，输入端IN+、IN-亦开断，这时无外部电压输入，若输出端出现不为零的电压，说明电路失调，所出现电压就称为失调电压。利用失调电压对自动调零补偿电容CAZ充电，测量时利用调零电容上的电压与外部被测电压相抵消，以补偿测量时电路失调造成的误差。第八章数字电压表三.A/D转换芯片ICL7135A/D转换芯片的工作过程第二阶段：正向积分阶段或称为取样阶段在这个阶段，由控制器发出的取样命令，让所有SINT闭合，其余断开。被测电压通过缓冲器、积分电阻对积分电容CINT进行充电，经一定时间间隔后断开，这时积分电容上所充的电压为第八章数字电压表三.A/D转换芯片ICL7135A/D转换芯片的工作过程第三阶段：反向放电阶段

第八章数字电压表三.A/D转换芯片ICL7135A/D转换芯片的工作过程第四阶段：零积分阶段如果超量程，经过以上三个阶段之后，积分电容上电压可能尚未回零，为保证积分电容的快速回零，控制器令将IN-与COM短接，IN+与输出端短接保证积分电路迅速回零。自动调零积分电容正向充电积分电容反向放电零积分保证积分电容回零将模拟电压转换为时间间隔第八章数字电压表四.时钟电路ICL7135型转换芯片需要外接时钟信号，图中选用74HC4060（IC3）作为时钟振荡器，振荡器部分通过外接4MHz的晶振，产生4MHz的时钟脉冲，经64分频，从IC3的Q6接到A/D转换芯片ICL7135的引脚CLK。第八章数字电压表五.显示电路第八章数字电压表五.显示电路显示电路的主要部件电压表选用四位数码管,分别显示个、十、百和千位。另一单位的数码管显示万位。采用动态显示方式，由ICL7135的B1、B2、B3、B4四引脚输出被测电压的BCD码。经CD4543译码后接数码管。其中万位只需显示数码1或符号，所以只接数码管的b、c两个引脚。从D1、D2、D3、D4、D5依次输出位码。当D1=1时，BCD码对应于个位。D2=1时对应于十位，以此类推。考虑到公共端的电流较大，所以用达林顿晶体管阵列ULN2003作为公共端的驱动第八章数字电压表第四节数字万用表实例第八章数字电压表数字万用表的性能指标准确度：置于直流电压档，可达±0.5%±1字其他档位略低工作频率：一般不超过1kHz。测量范围：可测量电压、电流、频率和电路参数R、L、C。分辨力：可达到微伏级。测量速度：每秒2~5次。输入阻抗：输入电阻10MΩ，电容150pF。保护：一般都有过载与过电压保护。显示位数：有3½、4¾等几种，整数部分表示能显示0~9的位数，分数部分表示最高位性能，分子表示最高位所能显示的最大数值，分母表示满程时所表示的数值。第八章数字电压表DT830数字万用表外形第八章数字电压表DT830数字万用表电路第八章数字电压表1.模拟电路部分：使用双积分A/D转换器，将输入的模拟电压转换为时间间隔，取UREF=100mV，T1=1000T0，送到计数器的脉冲个数N刚好等于被测电压。一.ICL7106的内部结构第八章数字电压表2.数字电路部分：包括时钟振荡器、计数器、锁存器译码器、相位驱动器控制逻辑液晶显示器等部分。一.ICL7106的内部结构第八章数字电压表3.引脚设置一.ICL7106的内部结构第八章数字电压表TCL7106时钟振荡器所需要的阻容元件、和A/D转换器所用的积分电容、积分电阻和自动调零电容，都是TCL7106内部电路所需要，但又接在时TCL7106芯片之外的元件，所以称为外围元件。二.TCL7106的外围元件第八章数字电压表三.显示电路第八章数字电压表1.测量直流电压四.DT-830型数字万用表的使用被测电流输入量程调节转换成200mV输入第八章数字电压表2.测量直流电流四.DT-830型数字万用表的使用10A输入被测电流输入量程调节转换成200mV输入第八章数字电压表3.测量交流电压四.DT-830型数字万用表的使用量程调节过压保护运算放大器转换成200mV输入第八章数字电压表测量交流电流需要先将被测交流电流值转换为交流电压，即I/U转换，然后再将交流电压转换为直流电压，即AC/DC转换，I/U转换过程和测量直流电压转换过程相同，AC/DC转换过程和也和测量交流电压的转换过程相同。四.DT-830型数字万用表的使用4.测量交流电流第八章数字电压表电阻测量电路实际上是测量被测电阻上的压降，并使显示出来的电压值等于电阻值。在测量中，参考电压取自量程调节中的比较电阻，因此该量程的满度值就等于标准比较电阻值。四.DT-830型数字万用表的使用5.测量电阻第八章数字电压表四.DT-830型数字万用表的使用6.测量三极管HFE式中电压单位为伏，但基准电压为100mV时，TCL7106的IN+端相当于一个0～200mV的电压表，显示的读数单位为mV，所以读数只需乘10，即可直接读出HFE值第八章数字电压表四.DT-830型数字万用表的使用7.检查二极管在检查二极管的档位，表笔按正负接二