数字万用表由数字电压表(dvm)配上各种变换器所构成的,因而具有交直流电压、交直流电流、电阻和电容等多种测量功能。
下图是数字万用表的结构框图,它分为输入与变换部分、a/d转换器部分、显示部分。输入与变换部分,主要通过电流一电压转换器(w)、交一直流转换器(ac/dc)、电阻一电压转换器(r/v);电容一电压转换器(cn)将各测量转换成直流电压量,再通过量程旋转开关,经放大或衰减电路送入a/d转换器后进行测量。
a/d转换器电路与显示部分由icl7106和lcd构成。
我们可以看出数字万用表是以直流200mv作基本量程,配接与之成线性变换的直流电压、电流;交流电压、电流,欧姆、电容变换器即能将各自对应的电参量用数字显示出来。
功能电路及工作原理
1.电阻测量电路及小数点显示电路(见下图)
①采用比例法测量电阻,被测电阻rx和基准电阻串联起来接在v+和com之间,uin=v+rx/(r+rx)。测量档位确定后,r确定,则rx越大,uin也越大;档位从200ω~20mω变化时,相应的r也增大,通过计算可以看出能保证rx上的分压不会超出一定值,使各个量程保持平衡。
②icl7106只有液晶笔端和背电极驱动端,为了显示小数点,利用运放op1构成反相放大器形成小数点显示电路,使得icl7106去lcd的背电极bp点的脉冲信号(50hz的方波,占空比位50%,保证交流电压有效值为0,延长lcd的使用时间)和相应去每个小数点bp2、bp20、bp200的脉冲信号反向,根据液晶的显示原理,此时正好点亮相应的小数点。
2.直流电压测量电路及交流电压测量电路(见下图)
①直流电压测量采用电阻分压器法测量电压,输入的直流电压通过分压和转换开关将各个量程电压均变成为0~200mv直流电压,最后送入a/d转换电路去显示。
测量值越大,则分压送入icl7106的输入端的电压越大;档位从200mv~1000v变化时,相应的档位电阻减少,通过计算可以看出能保证去7106的输入端电压不会超出一定值200mv,这样可以使各个量程保持平衡(如下表所示)。而整个电路的核心部分就是icl7106组成的一个量程为200mv的电压表。出于电气安全考虑,1000v量程的后半段(1001~1999v)不推荐使用。
②交流电压测量输入端的测量原理同直流电压测量电路,只是它相应的开关组合变为8-1~8-4,输出要经h点送入ac/dc转换电路(见下图),经过二极管整流后变成直流电压后再经g点进入7106的输入端in+.去lcd显示。可见g输出是交流电压的平均值。
数字万用表测量原理与直流电压测量电路
同其他数字万用表一样,dt830型数字万用表的核心也是直流数字电压表dvm(基本表)。它主要由外围电路、双积分a/d转换器及显示器组成。其中,a/d转换、计数、译码等电路都是由大规模集成电路芯片icl7106构成的。
(1)直流电压测量电路
图1为数字万用表直流电压测量电路原理图,该电路是由电阻分压器所组成的外围电路和基本表构成。把基本量程为200mv的量程扩展为五量程的直流电压挡。图中斜线区是导电橡胶,起连接作用。
图1数字万用表直流电压测量电路原理图
(2)直流电流测量电路
图2为数字万用表直流电流测量电路原理图,图中vd1、vd2为保护二极管,当基本表in+、in一两端电压大于zoomv时,vd1导通,当被测量电位端接入in一时,vd2导通,从而保护了基本表的正常工作,起到“守门”的作用。
r2~r5、rc.分别为各挡的取样电阻,它们共同组成了电流-电压转换器(i/u),即测量时,被测电流△在取样电阻上产生电压,该电压输人至in+、in—两端,从而得到了被测电流的量值。若合理地选配各电流量程的取样电阻,就能使基本表直接显示被测电流量的大小。
图2数字万用表直流电流测量电路原理图
(3)交流电压测量电路
图3为数字万用表交流电压测量电路原理图。由图可见,它主要由输入通道、降压电阻、量程选择开关、耦合电路、放大器输入保护电路、运算放大器输人保护电路、运算放大器、交-直流(ac/dc)转换电路、环形滤波电路及icl7l06芯片组成。
图中,c1为输入电容。vd11、vd12是c)的阻尼二极管,它可以防止c1两端出现过电压而影响放大器的输入端。
r21是为防止放大器输入端出现直流分量而设计的直流通道。vd5、vd6互为反向连接,称为钳位二极管,起“守门”作用,防止输入至运算放大器062的信号超过规定值。
运算放大器062完成对交流信号的放大,放大后的信号经c5加到二极管vd7、vd8上,信号的负半周通过vd7,正半周通过vd8,完成对交流信号进行全波整流。
经整流后的脉动直流电压经电阻r26、r31和电容c6、c10组成的滤波电路滤波后,在r27、rp4上提取部分信号输人至基本表的输人端in+。
同时输入至基本表的部分信号经c3反馈到运算放大器062的反相输人端,以改善检波器的整流特性。
电容器cz经r22接地,c2、c3的电容量及质量直接影响着放大器的频率响应。c2对高频部分影响较大,c3对低频部分影响较大。c4、r23承担抑制或消除电路自励的任务。若使基本表所获得的直流电压与交流输入电压的平均值成比例变化,可通过rp4进行调节。r6~r10为分压电阻,与直流电压挡的分压电阻共用。
(4)交流电流测量电路
交流电流测量电路与图3所示出的交流电压测量电路基本相同。只需将图中的分压器改成图2中的分流器即可。故其分流电阻与直流电流挡共用,耦合电路及其后的电路与交流电压测量电路共用。
图3数字万用表交流电压测量电路原理图
(5)直流电阻测量电路
图4(a)为数字万用表直流电阻测量原理图,图中标准电阻ro与待测电阻rx串联后接在基本表的v十和com之间。v+和vref+、vref和in+、in一和com两两接通,用基本表的2.8v基准电压向ro和rx供电。
其中ur。为基准电压,urx为输入电压。根据设计,当rx=r0时显示读数为1000,当rx=2r0时溢出显示[因为2000>1999(最大显示数)]。一般情况下有
图4数字万用表直流电阻测量电路
因此,只要固定若干个标准电阻ro,就可实现多量程电阻测量。图4(b)为实际电阻测量电路。其中,r7~r12均为标准电阻,且与交流电压挡分压电阻共用。
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