万用表电压表的使用

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 电子电压表,电气测量技术,南京信息工程大学,第七章 电子电压表,第一节 电子电压表的结构与特点,第二节 电子电压表的检波电路,第三节 模拟式电子电压表实例,第四节,模拟式电子电压表的使用,第五节 数字电压表实例,第六节 数字万用表实例,Electrical Measure,1,本章要点,本章主要介绍,模拟式和数字式电子电压表。前者是在传统的,磁电系电压表,基础上，增加了,检波、放大,等电子电路，提高它的,频率范围、灵敏度和输入阻抗,。后者则是从根本上改变传统仪表的读数方式，采用模数转换和数字显示技术，完全消除了因可动部件引发的误差，改变了制造仪表的生产工艺。,本章第三节和第六节介,绍几种,电压表的实例，希望通过实例能进一步掌握仪表电路的分析方法，提高阅读电子仪器电路的能力。这两节内容,自学,。,2,第一节 电,子电压表的结构与特点,一、,电,子电压表,特点,1.利用,检波电路,提高测量的,频率范围,传统的,磁电系电压表只能测量直流或低频,。电子电压表则通过检波将被测电压转换为直流，使得本来只能测直流的磁电系电压表、也可以测量高频交流。,2.利用,放大电路,提高仪表,灵敏度和量程范围,虽然,磁电系电压表,的灵敏度可达到,毫伏级,，但通过仪表的放大电路之后，,可扩展到微伏级,。,3.利用,放大电路,提高仪表的,输入阻抗,提高输入阻抗可降低表耗，减少测量仪表对被测电路的影响，电子电压表可以利用电子输入电路提高输入阻抗。,4.利用各种补偿电路提高仪表的线性,3,1. 放大-检波式,这种方式采取放大在前，检波在后，,可以提高仪表的灵敏度，测量微弱电压,。但频率范围受放大器限制，,一般用于,低频电压表。,2.检波-放大式,这种方式采取检波在前，放大在后，由于被测电压一开始就转换为直流，所以频率范围不受放大器限制，,可用于测量,视频、超高频电压,。,二、,电,子电压表的,结构,4,3.调制式,检波在前的电压表，,检波后已将信号转换为直流，只能使用,直流放大器，,而,直流放大器的放大倍数因漂移会受到很大限制,，为此,利用,斩波器,先将它转换为低频交流，然后用低频交流放大器进行放大,，放大后再通过解调恢复为直流，这种方式,既能采用检波在前,，又能,避免使用,直流放大器,。,二、,电,子电压表的,结构,5,4.外差式,这种方法先,通过混频,，将被测频率转换为固定的,中频,，经中频放大后再通过检波恢复为直流。,既能解决放大在前,频率范围,受到限制的缺点，又能解决检波在前仪表的,灵敏度,不足的问题,。,多用于高频和超高频的测量。,返回本章首页,二、,电,子电压表的,结构,6,三、数字电压表的结构类型,电子数字电压表有以下几种类型:,1、,电压-时间,变换型,又,称,斜坡型,，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。,7,2、,电压-频率,变换型,将不同被测电压值转换为不同频率的信号,，再转换为同频率的脉冲进入计数器并显示，所显示的频率值就代表电压值。,三、数字电压表的结构类型,8,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。,返回本章首页,3,、逐次逼近比较型,三、数字电压表的结构类型,9,第二节 电,子电压表的检波电路,电子电压表是利用,检波电路,把被测电压的,峰值,或,平均值,或,有效值转,换为直流电压,，然后,用磁电系进行测量,，所以,检波电路是电子电压表的核心,，它有以下几种形式。,一、 峰值检波,1.开路式峰值检波,开路式检波电路是利用二极管将电容器充电至峰值，它必须满足以下条件：,RC,T,满足该条件，其指示仪表的,指针偏转角将与被测电压峰值,成正比,。,开路式,峰值检波电路,R,i,二极管的正向电阻,R,i,10,2.,闭路式（并联式）峰值检波,闭路式检波电路如果满足以下条件：,RC,RC,则其指示仪表指针的,偏转角将与被测电压交流峰值成正比,。,闭路式峰值检波电路,第二节 电子电压表的检波电路,11,3.峰-峰值检波,峰- 峰值检波电路利用被测电压的正半波对 充电充至电压正半波的最大值为止，然后在负半波期间，被测电压与,电压串接后对 充电，因此,电压可充至峰 - 峰值。指示仪表指针偏转角将与被测电压的峰 - 峰值成正比。,峰-峰值检波电路,第二节 电子电压表的检波电路,12,二、平均值检波,1.半波平均值检波,特点：由于仪表可动部分的惯性，指针偏转角将正比于交流电压正半波平均值。,特点：由于交流电压正半波由二极管形成闭路，指针的偏转角将正比于交流电压负半波平均值。,第二节 电子电压表的检波电路,13,2.全波平均值检波,电路特点：正、负半波的电压所产生的电流，以同一方向流过电流表P，P的指针偏转角,正比于交 流电压全波平均值。（全波平均值一般是指一个周期内，取电压瞬时值的绝对值平均所得。）,第二节 电子电压表的检波电路,14,3.具有负反馈的线性平均值检波,也就是输出电流平均值，与输入电压平均值成线性的正比关系。,2,2,2,2,1,1,1,R,U,I,R,u,R,u,R,u,i,u,u,K,K,u,K,，,icp,ocp,i,o,f,o,i,i,o,=,=,=,=,-,=-,换成平均值,即,当开环放大倍数足够大,b,b,b,b,2,0,2,1,2,1,2,R,u,i,i,R,R,R,，,i,R,，,i,R,，,，,。,f,f,o,f,=,=,+,=,b,b,可求得,的输出电流,并等于通过,的电流为,电阻,通过反馈,设反馈系数为,如图所示,负反馈线性放大器电路,成,与均值检波电路组,波由负反馈线性放大器,负反馈的线性平均值检,15,负反馈的线性平均值检波电路连接,在线性放大器的基础上将 换成接有指示仪表的全波均值检波，即组成具有负反馈的线性平均值检波电路。在该电路中通过指示仪表的电流等于输出电流的一半，若将它化为平均值。可得,可见，若开环放大倍数足够大，反馈电阻又比较准确，,输出到指示仪表的电流将正比于输入电压,。,2,2,9,.,0,5,.,0,5,.,0,5,.,0,R,U,I,R,U,I,I,i,C,icp,ocp,ccp,*,*,=,=,=,换成电流有效值,16,三、有效值检波,真正的有效值检波，,需要采用能直接反映有效值的传感器,，例如热电偶等，才能用来测量任意波形的有效值。而利用正弦波有效值与平均值或峰值的关系，按有效值刻度的,平均值或峰值电压表，只能用于测量正弦波。,返回本章首页,第二节 电子电压表的检波电路,17,第三节 模拟式电子电压表实例,一、JFX晶体管万用表的组成,JFX晶体管万用表由10mV直流电压表单元、10mV交流电压表单元、振荡器单元、量程转换开关和用途选择按键等部分组成。,用途选择按键,R键：,用于测量电阻，带动内部三开关1.将指示电表正接；2.将电阻测量电路接入电源；3.接通电压表单元电源。,LC键：,用于测量电感或电容，带动内部三个开关1.将指示电表接检波器；2.将振荡器输出接入；3.接通放大器电源。,停机：,用于关机，带动内部三个开关作用是1.(空)；2.(空)；3.断开放大器电源。,量程转换开关:,共23 档，其作用是通过转换开关电路将被测量转换为10mV直流电压或10mV交流电压，然后由电压表单元进行测量。,晶体管测量键：,用于测量晶体管放大倍数，带动内部三开关1.使用负电压将指示电表反接2.(空)3.接通电压表单元电源,18,2.JFX晶体管万用表电路,19,3. 10mV直流电压表单元,10mV直流电压表单元是整个万用表的基础，由场效应晶体管作前置放大，与运算放大器BG305组成负反馈放大器，开环放大倍数可达5万倍以上，因此按以上证明,输入电压近似等于反馈电压。,场效应管前级+运算放大器,20,以 10mV 直流电压表单元为基础，加上均值检波电路。即可组成 10mV 交流电压表。但电路中通过检波二极管的电流只有一半，按第二节有负反馈的线性平均值检波实际电路计算公式，通过指示电表的电流为,4. 10mV交流电压表单元,21,振荡器单元输出1120Hz的低频信号，作为测量电感、电容的交流信号源。,返回本章首页,5. 振荡器单元,22,二、 JB-1B晶体管电压表,JB-1B型电压表的频率范围2Hz 500kHz，最小量程50,V。,电源部分,全波均,值检波,主放大器,前置放大,第二级衰减电阻,第一级衰减电阻,23,三、HFJ-8超高频毫伏计,采用检波在前的方式，以提高频率特性，频率范围为5kHz 300MHz，通过斩波器将检波后直流，转换为交流，避免使用直流放大器，量程范围可达3mV 300V。,HFJ-8超高频毫伏计方框图,返回本章首页,24,第四节 电,子电压表的使用,使用电子电压表应注意以下几点:,一、,按峰值刻度的,开路,峰值检波电压表,，读数与波形无关。,二、,按峰值刻度的,闭路,峰值检波电压表,，读数与波形是否有直流分量有关，,读出的是交流分量峰值,。,三、,按峰-峰值刻度的,闭路,峰值检波电压表,，,读数与波形以及是否有直流分量无关。,四、,按有效值刻度的各种类型电压表,，,只适用于测量正弦波有效值,，如果被测电压不是正弦波或含有直流分量，首先要按检波电路型式，从读数求得驱动电压值。然后按照被测电压波形，求得驱动电压值与有效值关系，将驱动电压转换为真正的有效值。（使用有效值传感器的电压表除外）,返回本章首页,25,第五节 数字电压表实例,一、CL系列数字式交流电压表基本结构,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,26,CL系列数字式交流电压表电路图,27,二、CL系列数字式交流电压表的输入通道,。,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，,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。,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,IC1A、VD1、VD2组成具有负反馈的检波电路,28,三、A/D转换芯片ICL7135,图中包括由运放单元组成的缓冲器、积分器、比较器以及四组模拟开关，在外围（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。,29,A/D转换芯片ICL7135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带AZ下标的开关闭合,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 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。,30,第二阶段：正向积分阶段或称为取样阶段,在取样阶段，由控制器发出的取样命令，让所有带INT下标的开关闭合，其余断开。 被测电压通过缓冲器、积分电阻对积分电容进行充电，经一定时间间隔后断开，这时积分电容上所充的电压为,31,第三阶段：反向放电阶段,32,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,33,四、时钟电路,ICL7135型转换芯片需要外接时钟信号，图7-37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,。,34,五、显示电路,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,35,第六节 数字,万用,表实例,数字电压表有各种类型，数字万用表则是一种集成化的数字电压表，它的结构简单又具备数字电压表的基本功能，故以它为实例作简要介绍。,一、数字万用表的性能指标,一般的数字万用表其性能指标有：,1.准确度：,置于直流电压档，可达, 0.5% 1,字 其他档位略低,2.工作频率：,一般不超过1kHz。,3.测量范围：,可测量电压、电流、频率和电路参数R、L、C。,4.分辨力：,可显示的最小数字与最大数字比为0.5%。,5.测量速度：,每秒2 5次。,6.输入阻抗：,输入电阻10M,，电容150pF。,7.保护：,一般都有过载与过电压保护。,8.显示位数,：,有3 、4 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。,36,二、数字万用表的A/D转换器,数字万用表中通常使用双积分式的A/D转换器，这种转换器接通时，被测电压对积分电容充电，充电后积分电容向参考电压放电，积分电容放电时间与被测电压成正比，即,在放电期间，比较器输出一个宽度等于放电时间的负脉冲，它的下降沿打开闸门对时钟脉冲进行计数，上升沿关闭闸门。所计的数就是被测电压值。所以这种转换器属于,电压时间型,。,37,三、A/D转换器中的数字电路,A/D 转换器中的数字电路包括时钟、计数器、计数锁存译码、相位驱动和控制逻辑电路等电路。通常它跟积分转换电路一起集成在同一芯片内，图为 ICL7106的数字电路，其中虚线框内表示集成在芯片内部的电路，虚线框外为外围电路。显示器也在框外，所以也属于是外围器件。,38,四、DT-830数字万用表,DT-830 型数字万用表是一种简易型的万用表，它具备电子数字电压表的全部特征，通过它可以了解电子数字电压表的构成。,DT-830 型数字万用表采用专用芯片 ICL7106，芯片内部包含,A/D转换器和有关的数字电路,，外围配上具有负反馈的线性平均值检波电路、显示模块、蜂鸣器电路以及分流器和附加电阻等组成。,39,1.DT-830的直流电压测量电路,被测电压输入,量程调节,转换成200mV输入,40,2、DT-830的直流电流测量电路,10A输入,被测电流输入,量程调节,转换成200mV输入,41,3.DT-830的交流电压测量电路,量程调节,过压保护,运算放大器,转换成200mV输入,42,4. DT-830的电阻测量电路,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。,43,5. DT-830的蜂鸣器电路,当被测电阻通路时（ 70,),A点及为低电位，N1b反相输入端为低电位，蜂鸣器发出音响，作为测量电路已通的声音信号。,返回本章首页,44,