数字的类型多达上百种,按量程转换方式分类,可分为手动量程式数字万用表、自动量程式数字万用表和自动/手动量程数字万用表;按用途和功能分类,可分为低档普及型(如dt830型数字万用表)数字万用表、中档数字万用表、智能数字万用表、多重显示数字万用表和专用数字仪表等;按形状大小分,可分为袖珍式和台式两种。数字万用表的类型虽多,但测量原理基本相同。下面以袖珍式dt830数字万用表为例,介绍数字万用表的测量原理。dt830属于袖珍式数字万用表,采用9v叠层电池供电,整机功耗约20mw;采用lcd液晶显示数字,最大显示数字为±1999,因而属于3z位万用表。
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,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。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。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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