9205數(shù)字萬用表工作原理電路及其測量電路 - 全文

數(shù)字萬用表由數(shù)字電壓表（DVM）配上各種變換器所構(gòu)成的，因而具有交直流電壓、交直流電流、電阻和電容等多種測量功能。

下圖是數(shù)字萬用表的結(jié)構(gòu)框圖，它分為輸入與變換部分、A/D轉(zhuǎn)換器部分、顯示部分。輸入與變換部分，主要通過電流一電壓轉(zhuǎn)換器（w）、交一直流轉(zhuǎn)換器（AC/DC）、電阻一電壓轉(zhuǎn)換器（R/V）；電容一電壓轉(zhuǎn)換器（CN）將各測量轉(zhuǎn)換成直流電壓量，再通過量程旋轉(zhuǎn)開關(guān)，經(jīng)放大或衰減電路送入A/D轉(zhuǎn)換器后進(jìn)行測量。

A/D轉(zhuǎn)換器電路與顯示部分由ICL7106和LCD構(gòu)成。

我們可以看出數(shù)字萬用表是以直流200mV作基本量程，配接與之成線性變換的直流電壓、電流；交流電壓、電流，歐姆、電容變換器即能將各自對應(yīng)的電參量用數(shù)字顯示出來。

功能電路及工作原理

1．電阻測量電路及小數(shù)點(diǎn)顯示電路（見下圖）

①采用比例法測量電阻，被測電阻Rx和基準(zhǔn)電阻串聯(lián)起來接在V+和COM之間，Uin=V+RX/（R+RX）。測量檔位確定后，R確定，則Rx越大，Uin也越大；檔位從200Ω~20MΩ變化時(shí)，相應(yīng)的R也增大，通過計(jì)算可以看出能保證Rx上的分壓不會超出一定值，使各個(gè)量程保持平衡。

②ICL7106只有液晶筆端和背電極驅(qū)動端，為了顯示小數(shù)點(diǎn)，利用運(yùn)放OP1構(gòu)成反相放大器形成小數(shù)點(diǎn)顯示電路，使得ICL7106去LCD的背電極BP點(diǎn)的脈沖信號（50Hz的方波，占空比位50%，保證交流電壓有效值為0，延長LCD的使用時(shí)間）和相應(yīng)去每個(gè)小數(shù)點(diǎn)BP2、BP20、BP200的脈沖信號反向，根據(jù)液晶的顯示原理，此時(shí)正好點(diǎn)亮相應(yīng)的小數(shù)點(diǎn)。

2．直流電壓測量電路及交流電壓測量電路（見下圖）

①直流電壓測量采用電阻分壓器法測量電壓，輸入的直流電壓通過分壓和轉(zhuǎn)換開關(guān)將各個(gè)量程電壓均變成為0～200mV直流電壓，最后送入A/D轉(zhuǎn)換電路去顯示。

測量值越大，則分壓送入ICL7106的輸入端的電壓越大；檔位從200mV～1000V變化時(shí)，相應(yīng)的檔位電阻減少，通過計(jì)算可以看出能保證去7106的輸入端電壓不會超出一定值200mV，這樣可以使各個(gè)量程保持平衡（如下表所示）。而整個(gè)電路的核心部分就是ICL7106組成的一個(gè)量程為200mV的電壓表。出于電氣安全考慮，1000V量程的后半段（1001~1999V）不推薦使用。

②交流電壓測量輸入端的測量原理同直流電壓測量電路，只是它相應(yīng)的開關(guān)組合變?yōu)?-1～8-4，輸出要經(jīng)H點(diǎn)送入AC/DC轉(zhuǎn)換電路（見下圖），經(jīng)過二極管整流后變成直流電壓后再經(jīng)G點(diǎn)進(jìn)入7106的輸入端IN+．去LCD顯示?？梢奊輸出是交流電壓的平均值。

數(shù)字萬用表測量原理與直流電壓測量電路

同其他數(shù)字萬用表一樣，DT830型數(shù)字萬用表的核心也是直流數(shù)字電壓表DVM（基本表）。它主要由外圍電路、雙積分A／D轉(zhuǎn)換器及顯示器組成。其中，A／D轉(zhuǎn)換、計(jì)數(shù)、譯碼等電路都是由大規(guī)模集成電路芯片ICL7106構(gòu)成的。

（1）直流電壓測量電路

圖1為數(shù)字萬用表直流電壓測量電路原理圖，該電路是由電阻分壓器所組成的外圍電路和基本表構(gòu)成。把基本量程為200mV的量程擴(kuò)展為五量程的直流電壓擋。圖中斜線區(qū)是導(dǎo)電橡膠，起連接作用。

圖1數(shù)字萬用表直流電壓測量電路原理圖

（2）直流電流測量電路

圖2為數(shù)字萬用表直流電流測量電路原理圖，圖中VD1、VD2為保護(hù)二極管，當(dāng)基本表IN＋、IN一兩端電壓大于ZOOmV時(shí)，VD1導(dǎo)通，當(dāng)被測量電位端接入IN一時(shí)，VD2導(dǎo)通，從而保護(hù)了基本表的正常工作，起到“守門”的作用。

R2～R5、RC．分別為各擋的取樣電阻，它們共同組成了電流－電壓轉(zhuǎn)換器（I／U），即測量時(shí)，被測電流△在取樣電阻上產(chǎn)生電壓，該電壓輸人至IN＋、IN—兩端，從而得到了被測電流的量值。若合理地選配各電流量程的取樣電阻，就能使基本表直接顯示被測電流量的大小。

圖2數(shù)字萬用表直流電流測量電路原理圖

（3）交流電壓測量電路

圖3為數(shù)字萬用表交流電壓測量電路原理圖。由圖可見，它主要由輸入通道、降壓電阻、量程選擇開關(guān)、耦合電路、放大器輸入保護(hù)電路、運(yùn)算放大器輸人保護(hù)電路、運(yùn)算放大器、交－直流（AC／DC）轉(zhuǎn)換電路、環(huán)形濾波電路及ICL7l06芯片組成。

圖中，C1為輸入電容。VD11、VD12是C）的阻尼二極管，它可以防止C1兩端出現(xiàn)過電壓而影響放大器的輸入端。

R21是為防止放大器輸入端出現(xiàn)直流分量而設(shè)計(jì)的直流通道。VD5、VD6互為反向連接，稱為鉗位二極管，起“守門”作用，防止輸入至運(yùn)算放大器062的信號超過規(guī)定值。

運(yùn)算放大器062完成對交流信號的放大，放大后的信號經(jīng)C5加到二極管VD7、VD8上，信號的負(fù)半周通過VD7，正半周通過VD8，完成對交流信號進(jìn)行全波整流。

經(jīng)整流后的脈動直流電壓經(jīng)電阻R26、R31和電容C6、C10組成的濾波電路濾波后，在R27、RP4上提取部分信號輸人至基本表的輸人端IN＋。

同時(shí)輸入至基本表的部分信號經(jīng)C3反饋到運(yùn)算放大器062的反相輸人端，以改善檢波器的整流特性。

電容器CZ經(jīng)R22接地，C2、C3的電容量及質(zhì)量直接影響著放大器的頻率響應(yīng)。C2對高頻部分影響較大，C3對低頻部分影響較大。C4、R23承擔(dān)抑制或消除電路自勵的任務(wù)。若使基本表所獲得的直流電壓與交流輸入電壓的平均值成比例變化，可通過RP4進(jìn)行調(diào)節(jié)。R6～R10為分壓電阻，與直流電壓擋的分壓電阻共用。

（4）交流電流測量電路

交流電流測量電路與圖3所示出的交流電壓測量電路基本相同。只需將圖中的分壓器改成圖2中的分流器即可。故其分流電阻與直流電流擋共用，耦合電路及其后的電路與交流電壓測量電路共用。

圖3數(shù)字萬用表交流電壓測量電路原理圖

（5）直流電阻測量電路

圖4（a）為數(shù)字萬用表直流電阻測量原理圖，圖中標(biāo)準(zhǔn)電阻Ro與待測電阻Rx串聯(lián)后接在基本表的V十和COM之間。V＋和vREF＋、vREF和IN＋、IN一和COM兩兩接通，用基本表的2.8V基準(zhǔn)電壓向Ro和Rx供電。

其中UR。為基準(zhǔn)電壓，URx為輸入電壓。根據(jù)設(shè)計(jì)，當(dāng)Rx＝R0時(shí)顯示讀數(shù)為1000，當(dāng)Rx＝2R0時(shí)溢出顯示［因?yàn)?000＞1999（最大顯示數(shù)）］。一般情況下有

圖4數(shù)字萬用表直流電阻測量電路

因此，只要固定若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻Ro，就可實(shí)現(xiàn)多量程電阻測量。圖4（b）為實(shí)際電阻測量電路。其中，R7～R12均為標(biāo)準(zhǔn)電阻，且與交流電壓擋分壓電阻共用。