数字万用表原理第六讲ppt

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1、数字万用表原理与组装,西南大学电工电子实验教学中心,电子工艺实习讲座之,主讲人：黄 华,一、数字万用表的基本构成,普通数字万用表的基本构成,1、普通数字万用表的基本构成,仪表“心脏”是单片A/D转换器,A/D转换器：模拟量与数字量的转换； 模拟量：幅度随着时间连续变化的量； 数字量：幅度随着时间离散变化的量； LED： light emitting diode数码显示； LCD： liquid crystal display液晶显示；,几点说明：,电流/电压（I/V）转换器 平均值交流/直流（AC/DC）转换器 电阻/电压（/V）转换器 二极管正向压降/电压（VF/V）转换器 晶体管电流放大系

2、数/电压（hEF/V）转换器 电导/电压（G/V）转换器 电容量/电压（C/V）转换器 温度/电压（T/V）转换器 频率/电压（f /V）转换器,常见的功能转换器 ：,、普通数字万用表的基本构成 见图3-2 单片数字万用表的基本构成p70 单片数字万用表的基本构成 见图3-3 智能数字万用表的内部总线 p71,、分辨力 最低量程上末位1个字所对应的数值称作分辨力，它反映出仪表灵敏度的高低。分辨力随显示位数的增加而提高。 、分辨率 仪表所能显示的最小数字（零除外），与最大数字之比，通常用百分数表示。,、显示位数 数字万用表的显示位数通常为3 8 1/2位 判断原则：整数位表示能显示从09中所有数

3、字的位；分数位的分子表示最大显示值中的最高位；分母表示满量程时最高位数字。 见下表,5、测量速率 每秒钟对被测电量的测量次数叫测量速率；单位是“次/S” 、双显示及多重显示 双显示仪表在数字显示的基础上加上夜晶条图显示功能 ； 多重显示仪表同时显示被测量的多种数据（例如，瞬时值、最大值、最小值、平均值），有的仪表还带有模拟条图显示，可设定上、下限。,、输入阻抗 3 1/2、4 1/2位数字万用表DCV档的输入电阻一般为10M 、频率响应 手持式数字万用表ACV档的频率响应一般为40400HZ，少数可达1kHZ。,三、ICL7106单片A/D转换器,、ICL7106的主要特点 采用单电源供电，电

4、压范围715V。 直接驱动3 1/2位LCD 显示器。 低功耗；芯片本身的电流仅1.8mA，功耗约16mW 。 输入阻抗极高，典型值是10M，对输入信号无衰减作用。 外围电路简单，整机组装方便 。 内设时钟电路，可采用低成本的阻容振荡器，或采用频率稳定度很高的石英晶体振荡器，也可外接时钟信号。 能通过内部模拟开关实现自动调零，能自动判断被测电压的极性，利用外部异或门（或异或非门），可显示超量程符号及负极性符号。,在芯片内部的V+和COM之间，有一个稳定性好、带负载能力强的基准电压源，典型值为2.8V。 可方便地对芯片进行功能检查，判断好坏 抗干扰能力强，噪声低，失调温漂和增益温漂低、可靠性好、

5、使用寿命长。 A/D转换速率低，规定范围是0.115次/秒，一般选25次/秒。 工作温度范围是0700C。,、 ICL7106管脚排列,、ICL7106的工作原理 （一）模拟电路 （1）双积分式A/D转换器,A、内部基准电压源 （COM端电位比V+低2.8 V ）,B、基准电压源外部电路,外接稳压管,外接能隙基准电压源,电阻分压,（2）、模拟开关 A-Z是自动调零开关，INT是正向积分开关，DE+和DE-是反向积分开关 （3）、双积分A/D转换器工作原理 A/D转换器的每个测量周期分成三个阶段：自动调零（AZ）、正向积分（INT）、反向积分（DE）。,A-Z闭合、INT、DE断开 A、输入电压

6、Vin= 0V B、自动调零电容CAZ充电，以补偿缓中器、积分器和比较器本身的失调电压 C、基准电压VREF向基准电容CREF充电，使之被充到VREF+，为反向积分作准备,第一阶段，自动调零A-Z(Auto-Zero),第二阶段，正向积分（亦称信号积分或采样）INT（integral） INT闭合，A-Z和DE断开 积分器在固定时间T1内，以VIN(RINT*CINT)的速率对VIN进行定时积分,K是缓冲放大器的电压放大系数，T1也叫采样时间。在正向积分结束时，VIN的极性即被判定。,（T1=1000TCP ）,第三阶段，反向积分，亦称解积分DE(Decompose Integral) A-Z

7、、INT断开，DE+、DE- 闭合,注意正负,+,第三阶段，反向积分，亦称解积分DE(Decompose Integral) 控制逻辑在对VIN进行极性判断之后，接通相应极性的模拟开关，将CREF上已充好的基准电压按相反极性代替VIN，进行反向积分，斜率变成VREF / (RINF*CINF)。经过时间T2，积分器的输出又回到零电平,结论：,几点说明 ： （1）自动调零时间是可变的 ：1000Tcp3000Tcp （2）T1是固定不变的，T2 则随VIN 的大小而变化。 （见图3-9 A/D转换器时序波形） 当T1/ Tcp = 1000 ，VREF =100.0mV 则,满量程时N=2000

8、, VM、当 VREF=100.0mV时，VIN=VM = 200mV； VREF =1000mV时，VM = 2V,（3）上述定时关系由7106本身特性所决定，外界无法改变。 （4）为提高双积分数字仪表抑制工频干扰的能力，所选采样时间T1 应为工频周期的整倍数。,例如可取时钟频率f0=40KHZ，即 T1=1000Tcp=100ms,， 恰是20ms的5倍。,二、数字电路,（1）时钟振荡器,R、C振荡器,晶体振荡器和外输入时钟,（2）分频器 对时钟脉冲进行逐级分频，即可分别得到所需计数频率fCP、液晶显示器背电极方信号fBP。分频器由一级4分频，一级2分频和两级10分频构成。整个分频电路完成

9、800分频。（81页） （3）计数器 采用二一十进制(BCD码)计数器，仍符合“逢十进一”的规律。,(4）译码器 译码器的作用是将BCD码译成七段码，供显示用。 （5）异或门相位驱动器 液晶显示器的一个重要特点就是必须采用交流驱动方式。因为若用直流驱动会使液晶材料发生电解、产生气泡而变质，大大缩短使用寿命。,（6）锁存器 每完成一次A/D转换后显示值改变一次。利用锁存器可避免在计数过程中显示器不断跳数，减少视觉疲劳，便于观察和记录。,三、ICL7106的典型应用,二、DT830B型3 1/2位数字万用表,1、性能特点 电路简单，体积小 ； 共设置19个量程，适合测量DCV、ACV、DCA、二极

10、管和晶体管，测量速率为2.5次/秒。 准确度高。200mV挡的基本准确度达到0.25%。 具有自动极性显示，超量程显示、电池低电压指示功能 标准环境温度为235 ； 9V叠层电池 供电、重量约为170g ； 有较完善的保护电路，使用中不易损坏。,2、技术指标,（1）基本功能 A/D转换电路； 小数点及低电压指示电路； 直流电压测量电路； 直流电流测量电路； 交流电压测量电路； 电阻测量电路； 晶体管hFE测量电路； 二极管测量电路,3、电路原理,A/D转换电路,29mv-119mv,A/D转换电路A/D转换器；IC（TC7106）； 时钟振荡器阻容元件:R13，C1； 积分电阻：R12；积分电

11、容：C5；（CCB） 自动调零电容：C4；基准电容：C2； 基准电压源分压器：R17，R18，R14，RP（调整用，使VREF=100.0MV） 模拟输入端高频滤波器：R15，C3； 限流电阻：R16,直流电压测量电路,直流电压测量电路分压器：R1，R2，R3，R4，R5，R6（误差为0.5%的金属膜电阻） 电阻R1-R6为精密电阻,又作电阻档的标准电阻 900k电阻由两只电阻串联R1(548)+R2(352),直流电流测量电路,直流电流测量电路分流器：R5、R6、R7、 R8 、 RW ； R8（误差为0.5%的精密金属膜电阻）； RW（1.6X62mm锰铜丝）； 熔丝管：FU（0.2A/2

12、50V，5X20mm） R6带来误差（理想90）,交流电压测量电路,C6 4.7uF,交流电压测量电路半波整流二极管：D（IN4007，1A/1000V）； 分压器：R2R6（说明：为简化电路，ACV档的AC/DC转换器中未加滤波电容，因此输出为脉动直流电压，只能借助于A/D转换器的正向积分过程取其平均值电压V0）； 450K电阻由R2，R3，R4，串联构成；,电阻测量电路,电阻测量电路标准电阻：R1R6； 测试电压分压器：E0（+2.8V），D（VF0.6V）、降低测试电压，减小测试电流； 保护电路：R19（PTC），JE9014（利用PN结反向击穿）软击穿； 限流保护电阻：R15，R16；

13、,比例法测电阻,当RX=RO时，N=1000；当RX=2R0时，N=2000满量程,晶体管hFE测量电路,晶体管HFE测量电路8芯HFE插口； 基极偏置电阻R21（NPN挡），R20（PNP挡）； 取样电阻：R7；,NPN测量电路,PNP测量电路,VIN=IERO=IC RO=HFE IB RO IB=（VCC-UBE）/220K=10UA RO=10，VIN=0.1HFE N=10VIN,N=HFE,二极管测量电路,二极管测试电路测试电压供给电路： E0（+2.8V），R17，R19（PTC）； 分压器：R5、R6； 保护电路：R19；,小数点及低电压指示电路,小数点及低电压指示电路晶体管：

14、T（JE9014）； 电阻：R9R11； 量程开关：S； 液晶显示器：JH220,4、DT830B三用表安装,（1）检查及清洁装配所用工具，烙铁需接地良好，不能有漏电，否则可能损坏IC，剪元件脚所用的斜口钳须良好，否则将损坏线路板。 （2）熟悉线路板上元件图标的位置、规格。 （3）注意配套清单中备注栏中的详细说明，特别是高精度电阻与普精电阻的代号，在安装时不得混装，否则会出现精度超差现象。 （4）安装三极管座时，先将三极管座的安装方向确定好，然后插入线路板中，连同线路板放入壳体中，确定三极管座的高度（三极管座面与机壳面水平），先焊上一只脚使其固定，最后全部焊上即可。,（5）在安装电位器VR1和安装三极管时，每个焊点焊接时间不得过长（不超过一分钟），否则可能损坏元件。 （6）安装锰铜丝时，注意锰铜丝的高度，太高或太低将带来调节上的不方便。 （7）安装二极管、三极管、电解电容及保险丝时，注意方向不能错。 （8）输入金属插孔安装须垂直线路板，不得歪斜。,（9）液晶片安装注意方向，“凸”边朝右平放壳体相应槽中，然后将液晶压条框（“井”字形）的光滑面朝液晶片镶放在液晶片上，最后将两条导电胶条镶入框中相应位置，放平整即可。 （10）安装接触簧片时注意，旋钮上的6条梗上卡入“V”形簧片，用手反复按压，没有卡滞现象即可。,