電氣測量8章課件

1、第八章 數(shù)字電壓表第一節(jié) 數(shù)字電壓表性能指標第二節(jié) 數(shù)字電壓表結(jié)構(gòu)類型第三節(jié) 數(shù)字電壓表實例第四節(jié) 數(shù)字萬用表實例 Electrical Measure 本章要點 數(shù)字測量使用數(shù)字顯示，從而消除因儀表指針的可動部件引發(fā)的機械誤差，而且數(shù)字電路容易集成化、數(shù)碼信號在傳送過程不易受到干擾，存儲能力強，便于傳送，可以跟計算機或自動控制系統(tǒng)相結(jié)合，成為電氣測量的發(fā)展方向， 數(shù)字電壓表是數(shù)字測量的基礎(chǔ)。本章主要介紹數(shù)字式電壓表的技術(shù)性能指標、結(jié)構(gòu)類型，不同類型的A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)碼轉(zhuǎn)換原理，以及顯示器件的電路結(jié)構(gòu)，并以CL系列數(shù)字式交流電壓表為實例 ，具體介紹現(xiàn)有產(chǎn)品中AD轉(zhuǎn)換電路和輸入電路的結(jié)構(gòu)。 數(shù)字萬

2、用表也是體現(xiàn)了數(shù)字電表的特色，第四節(jié)以DT-830數(shù)字萬用表做為實例，進一步了解對數(shù)字儀表的電路分析方法，以提高學(xué)生閱讀數(shù)字電路的能力。第一節(jié) 數(shù)字電壓表的性能指標一、顯示位數(shù) 數(shù)字式電壓表的顯示位數(shù)通常用一個整數(shù)和一個分數(shù)表示，例如 3位、3 位、4位、4 位等等，其中整數(shù)部分表示能顯示09全部 數(shù)字的位數(shù)有幾位，分數(shù)部分用于表示最高位的顯示性能，其中分子表示最高位數(shù)字可能顯示的最大數(shù)值，分母表示滿程時應(yīng)該顯示的數(shù)值。二、靈敏度 用分辨力或分辨率表示，分辨力是指最低量程時末位1個字所對應(yīng)的電壓，分辨率指能測出的電壓最小變化量與最大數(shù)字之比的百分數(shù)表示。例如3 位的數(shù)字電壓表，如果最低量程末位

3、為1微伏，代 表其分辨力為1微伏，或者說靈敏度為1微伏。測出的電壓最小變化量為1，最大數(shù)字為1999,則分辨率為=0.05%。返回本章首頁三、量程范圍 量程范圍指電壓表測量電壓時，從0到滿度的顯示值。例如019999V，若有正負號，則表示從0到滿度的顯示值，例如019999V。 四、準確度 數(shù)字儀表可以達到0.05%，有些數(shù)字儀表可以達到0.01%。 五、輸入阻抗 輸入電阻達到2000025000，輸入電容小于40pF。 六、頻率范圍 多數(shù)用于直流與低頻，可擴大到高頻。 七、測量速度 測量速度指單位時間，以規(guī)定的準確度完成的最大測量次數(shù)。 返回本章首頁第二節(jié)、數(shù)字電壓表的結(jié)構(gòu)類型 一、 電壓-

4、時間變換型 又稱斜波型，它將不同被測電壓值轉(zhuǎn)換為不同的時間間隔，用這個時間間隔的起止點，控制進入計數(shù)器的脈沖個數(shù)，使顯示器能顯示出不同數(shù)值返回本章首頁 二、電壓-頻率變換型 將不同被測電壓值轉(zhuǎn)換為不同頻率的信號，再通過整形轉(zhuǎn)換為同頻率的脈沖，進入頻率計數(shù)器進行計數(shù)顯示，所顯示的頻率值就代表電壓值。返回本章首頁 三、 逐次逼近比較型 將被測電壓與數(shù)碼開關(guān)送出的基準電壓進行比較，如果基準電壓小于被測電壓，則將基準電壓逐次遞加，直至基準電壓逼近被測電壓并等于被測電壓為止，這時顯示器所顯示的數(shù)碼寄存器基準電壓就是被測電壓。返回本章首頁第三節(jié) 數(shù)字電壓表實例一、CL系列數(shù)字式交流電壓表基本結(jié)構(gòu) 整個電路

5、是由輸入通道、時鐘電路、A/D轉(zhuǎn)換、驅(qū)動顯示四大部分組成 返回本章首頁 CL系列數(shù)字式交流電壓表電路圖返回本章首頁 二、CL系列數(shù)字式交流電壓表的輸入通道R1、R2、R3、R5、C1組成取樣電路，被測電壓轉(zhuǎn)換為小電壓，送IC1檢波并放大，三端可調(diào)分流基準源芯片IC6(TL431)使2、3兩點產(chǎn)生較穩(wěn)定的基準電壓，若有波動通過IC6分流，改變R21、R23上的壓降，保證輸出不變零點穩(wěn)定。 RP1作為調(diào)零。當輸入為零時，調(diào)節(jié)RP1使顯示為0。IC1B組成直流放大器，RP2為調(diào)節(jié)滿度電位器。從輸入端加入100V電壓，調(diào)節(jié)RP2使顯示100.0IC1A、VD1、VD2組成具有負反饋的檢波電路返回本章首

6、頁三、CL系列數(shù)字式交流電壓表所用的 A/D轉(zhuǎn)換芯片 采用四位半的A/D轉(zhuǎn)換芯片ICL7135，內(nèi)包括模擬和數(shù)字電路兩部分。模擬電路將被測電壓轉(zhuǎn)換為時間間隔，屬于電壓時間變換型。模擬電路變換器由運放單元組成緩沖器、積分器、比較器以及四組模擬開關(guān)組成，外圍（虛線之外）接有基準電容、積分電容、積分電阻和自動調(diào)零補償電容。 返回本章首頁 ICL7135 A/D轉(zhuǎn)換芯片的工作過程 第一階段：自動調(diào)零階段 上電時內(nèi)部控制邏輯令所有帶AZ下標的開關(guān)閉合,其余斷開，輸入端IN+、IN-亦開斷，這時無外部電壓輸入，若輸出端出現(xiàn)不為零的電壓，說明電路失調(diào)，所出現(xiàn)電壓就稱為失調(diào)電壓。利用失調(diào)電壓對自動調(diào)零補償電容

7、 充電，測量時利用調(diào)零電容上的電壓與外部被測電壓相抵消，以補償測量時電路失調(diào)造成的誤差。 第一階段基準電壓源還通過模擬開關(guān)向 充電，充到等于 為止，以供第三階段使用。 返回本章首頁 第二階段：正向積分階段或稱為取樣階段 在這個階段，由控制器發(fā)出的取樣命令，讓所有帶INT下標的開關(guān)閉合，其余斷開。被測電壓通過緩沖器、積分電阻對積分電容進行充電，經(jīng)一定時間間隔后斷開，這時積分電容上所充的電壓為 返回本章首頁第三階段：反向放電階段返回本章首頁第四階段：零積分階段 如果超量程，經(jīng)過以上三個階段之后，積分電容上電壓可能尚未回零，為保證積分電容的快速回零，控制器令 將IN-與COM短接，IN+與輸出端短接

8、保證積分電路迅速回零。自動調(diào)零積分電容正向充電積分電容反向放電零積分保證積分電容回零將模擬電壓轉(zhuǎn)換為時間間隔返回本章首頁 四、時鐘電路 ICL7135型轉(zhuǎn)換芯片需要外接時鐘信號，圖中選用74HC4060（IC3）作為時鐘振蕩器，振蕩器部分通過外接4MHz的晶振，產(chǎn)生4MHz的時鐘脈沖，經(jīng)64分頻，從IC3的Q6接到A/D轉(zhuǎn)換芯片ICL7135的引腳CLK。 返回本章首頁 五、顯示電路 返回本章首頁 顯示電路的主要部件 電壓表選用四位數(shù)碼管,分別顯示個、十、百和千位。另一單位的數(shù)碼管顯示萬位。采用動態(tài)顯示方式，由ICL7135的B1、B2、B3、B4四引腳輸出被測電壓的BCD碼。經(jīng)CD4543譯

9、碼后接數(shù)碼管。 其中萬位只需顯示數(shù)碼1或符號，所以只接數(shù)碼管的b、c兩個引腳。 從D1、D2、D3、D4、D5依次輸出位碼。當D1=1時，BCD碼對應(yīng)于個位。D2=1時對應(yīng)于十位，以此類推。 考慮到公共端的電流較大，所以用達林頓晶體管陣列ULN2003作為公共端的驅(qū)動返回本章首頁第四節(jié) 數(shù)字萬用表實例數(shù)字萬用表的性能指標1.準確度：置于直流電壓檔，可達 0.5% 1字 其他檔位略低2.工作頻率：一般不超過1kHz。3.測量范圍：可測量電壓、電流、頻率和電路參數(shù)R、L、C。4.分辨力：可達到微伏級。5.測量速度：每秒2 5次。6.輸入阻抗：輸入電阻10M，電容150pF。7.保護：一般都有過載與

10、過電壓保護。8.顯示位數(shù)：有3 、4 等幾種，整數(shù)部分表示能顯示0 9的位數(shù)，分數(shù)部分表示最高位性能，分子表示最高位所能顯示的最大數(shù)值，分母表示滿程時所表示的數(shù)值。返回本章首頁UT830數(shù)字萬用表外形返回本章首頁UT830數(shù)字萬用表電路返回本章首頁一、ICL7106內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1. ICL7106模擬電路部分：使用雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換為時間間隔，取參考電壓=100mV， T1=1000T0，送到計數(shù)器的脈沖個數(shù)N剛好等于被測電壓 。返回本章首頁 2、 ICL7106數(shù)字電路部分：包括時鐘振蕩器、計數(shù)器、鎖存器譯碼器、相位驅(qū)動器控制邏輯液晶顯示器等部分。返回本章首頁3. ICL

11、7106管腳設(shè)置返回本章首頁二TCL7106的外圍元件 TCL7106時鐘振蕩器所需要的阻容元件、和A/D轉(zhuǎn)換器所用的積分電容、積分電阻和自動調(diào)零電容 ，都是TCL7106內(nèi)部電路所需要，但又接在時TCL7106芯片之外的元件，所以稱為外圍元件。返回本章首頁三、顯示電路 返回本章首頁四、DT8301的使用 1、測量直流電壓被測電流輸入量程調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換成200mV輸入返回本章首頁2、測量直流電流10A輸入被測電流輸入量程調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換成200mV輸入返回本章首頁3.測量交流電壓量程調(diào)節(jié)過壓保護運算放大器轉(zhuǎn)換成200mV輸入返回本章首頁4.測量交流電流 測量交流電流需要先將被測交流電流值轉(zhuǎn)換為交流電壓，即I

12、/U轉(zhuǎn)換，然后再將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，即AC/DC轉(zhuǎn)換，I/U轉(zhuǎn)換過程和測量直流電壓轉(zhuǎn)換過程相同，AC/DC轉(zhuǎn)換過程和也和測量交流電壓的轉(zhuǎn)換過程相同。 返回本章首頁5、測量電阻 電阻測量電路實際上是測量被測電阻上的壓降，并使顯示出來的電壓值等于電阻值。在測量中，參考電壓取自量程調(diào)節(jié)中的比較電阻，因此該量程的滿度值就等于標準比較電阻值。返回本章首頁 式中電壓單位為伏，但基準電壓為100mV時，TCL7106的IN+端相當于一個0200mV的電壓表，顯示的讀數(shù)單位為mV，所以讀數(shù)只需乘10，即可直接讀出HFE值， 返回本章首頁6測量三極管HFE 7、檢查二極管在檢查二極管的檔位，表筆按正負接二極管正負極，