數(shù)字萬用表原理與檢修

1、數(shù)字萬用表原理與檢修數(shù)字萬用表原理與檢修 DT830B型 電子組裝實習(xí)講義電子組裝實習(xí)講義主要內(nèi)容一、萬用表的基本原理與功能二、萬用表的使用方法與器件檢測三、DT830B型萬用表原理分析四、數(shù)字萬用表的特殊電路與功能擴展五、DT830B型萬用表調(diào)試與故障檢測一、萬用表的基本原理與功能1、萬用表簡介2、指針萬用表3、數(shù)字萬用表4、數(shù)字萬用表和數(shù)字電壓表的特點5、指針表與數(shù)字表的比較返回1、萬用表簡介、萬用表簡介u萬用表又叫多用表、三用表、復(fù)用表，是一種多功萬用表又叫多用表、三用表、復(fù)用表，是一種多功能、多量程的測量儀表，一般萬用表可測量直流電流、能、多量程的測量儀表，一般萬用表可測量直流電流、直

2、流電壓、交流電壓、電阻和音頻電平等，有的還可直流電壓、交流電壓、電阻和音頻電平等，有的還可以測交流電流、電容量、電感量及半導(dǎo)體的一些參數(shù)以測交流電流、電容量、電感量及半導(dǎo)體的一些參數(shù)（如（如）。）。u萬用表分為指針萬用表和數(shù)字萬用表萬用表分為指針萬用表和數(shù)字萬用表返回2、指針萬用表、指針萬用表 結(jié)構(gòu)：（1）表頭（2）測量線路（3）轉(zhuǎn)換開關(guān)返回指針表盤符號含義指針表盤符號含義（1）、AC 表示交流，、表示交流，、DC表示直流表示直流（2） V2.5KV4000/V表示對于交流電壓表示對于交流電壓及及2.5KV的直流電壓擋，其靈敏度為的直流電壓擋，其靈敏度為4000/V（3）AV表示可測量電流、電

3、壓及電阻表示可測量電流、電壓及電阻（4）45651000Hz表示使用頻率范圍為表示使用頻率范圍為1000 Hz以下，標準工頻范圍為以下，標準工頻范圍為4565Hz（5）2000/VDC表示直流擋的靈敏度為表示直流擋的靈敏度為2000/V （6）100檔，表示：實際值測量值檔，表示：實際值測量值100返回指針萬用表測量的基本原理萬用表的基本原理是利用一只靈敏的磁電式直流電流表（微安表）做表頭。當(dāng)微小電流通過表頭，就會有電流指示。但表頭不能通過大電流，所以，必須在表頭上并聯(lián)與串聯(lián)一些電阻進行分流或降壓，從而測出電路中的電流、電壓和電阻。下面分別介紹。返回萬用表測量原理圖萬用表測量原理圖測交流電壓原

4、理測交流電壓原理 測電阻原理測電阻原理測直流電流原理測直流電流原理 測直流電壓原理測直流電壓原理返回指針萬用表的使用指針萬用表的使用（1）熟悉表盤上各符號的意義及各個旋鈕的主要作用。）熟悉表盤上各符號的意義及各個旋鈕的主要作用。（2）進行機械調(diào)零。）進行機械調(diào)零。（3）根據(jù)被測量的種類及大小，選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)的擋位及）根據(jù)被測量的種類及大小，選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)的擋位及 量程，找量程，找 出對應(yīng)的刻度線。出對應(yīng)的刻度線。（4）選擇表筆插孔的位置。）選擇表筆插孔的位置。（5）測量電壓）測量電壓（6）測電流）測電流（7）測電阻）測電阻返回3、數(shù)字萬用表、數(shù)字萬用表數(shù)字萬用表的結(jié)構(gòu)u由數(shù)字電壓表配上功能轉(zhuǎn)換電路

5、構(gòu)成，可直接測量多種參數(shù)。u它只測量直流電壓，其它參數(shù)都轉(zhuǎn)換成直流電壓測量。u功能轉(zhuǎn)換電路是數(shù)字萬用表實現(xiàn)多參數(shù)測量的必備電路。u功能、量程選擇可通過機械式開關(guān)的切換來實現(xiàn)。 返回面板符號直流電壓電阻頻率直流電流二極管溫度交流電壓三極管電容交流電流通斷測試數(shù)據(jù)鎖定電源開關(guān)液晶顯示器邏輯測試返回. 數(shù)字萬用表常用的測量電路數(shù)字萬用表常用的測量電路u平均響應(yīng)的交流電壓平均響應(yīng)的交流電壓/ / 直流電壓轉(zhuǎn)換電路直流電壓轉(zhuǎn)換電路 由于由于A/ D A/ D 轉(zhuǎn)換器只能對轉(zhuǎn)換器只能對DCV(DCV(直流電壓直流電壓) ) 信號進行信號進行 處理處理, ,那么要測量交流電壓那么要測量交流電壓(ACV ,A

6、CA ,(ACV ,ACA ,電容等電容等) )時時, , 就必須將交流電壓轉(zhuǎn)換為就必須將交流電壓轉(zhuǎn)換為DCVDCV信號。如下圖。信號。如下圖。返回交流電壓交流電壓/ 直流電壓轉(zhuǎn)換電路直流電壓轉(zhuǎn)換電路R1100KR2100KR3100KR4R53KR66.8kC147PC24.7uFC3C4C510uFD1IN4148D2IN4148D3IN4148W1200+VSSVCCACVDCV返回u電容測量電路電容測量電路通常采用容抗法電路, 電路工作原理是: 將電容的容量值轉(zhuǎn)換為頻率為400Hz 的交流電壓信號,再經(jīng)過AC/ DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成DCV 電壓信號, 最后通過儀表顯示出被測量的電容的容量值

7、。測量電路如下。返回實際電容測量電路實際電容測量電路+VSSVC C+R 1900kR 290kR 39kR 4900R 5168kR 611kR 776.8kR 8100C xD1IN4148D2IN4148D3IN4148D4IN4148AC V/DC VC 10.01uFC 20.01uF20u2u200n20n2nW 1200R 9100R 1010kR 114.11kR 121.91kR 1339.2kR 1439.2kC 40.01uFC 30.01uF返回u溫度測量電路C10.01uF7106V+Vref+Vref-IN+IN-COMW2200R833kR490kR133kR71

8、MR6380R51.3kR3100kR2660W110kD1IN4148測溫探頭溫度測量電路的核心是測溫電橋,利用A/ D 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部高穩(wěn)定度基準電壓作為橋路電源,從而保證測量的準確度。返回u頻率測量電路頻率測量電路+VSSVCCD2IN4148D1IN4148R1100kR31MR21MU2整形C110pR447kR547kR651kR710kR810kR91MC2100pC310uFW12kC40.33uFC50.33uFDCVQVCCDISIHRGNDRIRIGCVU1V(f)頻率測量電路的工作原理是將被測量的頻率信號轉(zhuǎn)換為DCV 信號,再輸入A/ D 轉(zhuǎn)換器進行處理,最后儀表顯示出頻率

9、值。返回A/DA/D轉(zhuǎn)換的原理轉(zhuǎn)換的原理101TRCAVdtVRCAVITIO02102TRCAVTRCAVdtVRCAVREFITREFO12TVVTREFI反向積分:積分器是A /D 轉(zhuǎn)換器的心臟, 在一個測量周期內(nèi), 積分器要先后對輸入信號電壓和基準電壓進行正向積分和反向積分, 然后送到比較器, 它將積分器輸出的信號與零電平進行比較, 比較的結(jié)果作為數(shù)字電路的控制信號。正向積分: 返回假設(shè)T2時間內(nèi)計數(shù)值為N，而計數(shù)脈沖周期為TCP，則T2=NTCP,有IREFCPVVTTN1式中T CP 為時鐘振蕩器的頻率經(jīng)過四分頻得到的它是固定不變。V REF為基準電壓, 也是固定不變, 這樣由上

10、式可知, 計數(shù)值N 就與被測電壓成正比。 tVT1T2A/DA/D轉(zhuǎn)換的原理（續(xù)）轉(zhuǎn)換的原理（續(xù)）返回數(shù)字顯示原理數(shù)字顯示原理數(shù)據(jù)鎖存數(shù)據(jù)鎖存相位驅(qū)動相位驅(qū)動分段譯碼分段譯碼LCD LCD 顯示顯示邏輯控制邏輯控制計數(shù)輸出u功能框圖功能框圖返回u數(shù)字電壓表的顯示位數(shù) 212218213214213顯示位數(shù)通常為 位 位。其中常用的有 位、 位等。 數(shù)字儀表顯示位數(shù)的定義有兩條含義：其一是整數(shù)部分，代表能顯示09中所有數(shù)字的位數(shù)。其二是分數(shù)部分，分母代表滿量程時最高位能顯示的數(shù)字，分子代表最高位可顯示的最大數(shù)字。根據(jù)定義， 位數(shù)字儀表應(yīng)有3+1=4個數(shù)據(jù)位，其中低三位可以顯示09，最高位只能顯示

11、兩個數(shù)字（0或1），而且這兩個數(shù)字中最大的數(shù)字是“1”。所以它的最大顯示值應(yīng)為1999。其余以此類推。返回4 4、數(shù)字萬用表和數(shù)字電壓表的特點、數(shù)字萬用表和數(shù)字電壓表的特點數(shù)字式萬用表是在數(shù)字式電壓表的基礎(chǔ)上加上擴展電路數(shù)字式萬用表是在數(shù)字式電壓表的基礎(chǔ)上加上擴展電路而得，采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸而得，采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。在入電壓）轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。在講解數(shù)字式萬用表之前，首先介紹數(shù)字式電壓表。講解數(shù)字式萬用表之前，首先介紹數(shù)字式電壓表。返回u數(shù)字電壓表具有下述特點：數(shù)字電壓表具有下述特點

12、： 顯示清晰直觀，讀數(shù)準確 準確度高 數(shù)字電壓表準確度的表達方式為 準確度=(a%RDG+n)式中RDG為讀數(shù)值(即顯示值),a代表A/D轉(zhuǎn)換器和功能轉(zhuǎn)換器（例如分壓器、有效值轉(zhuǎn)換器）的綜合誤差，n是量化誤差反映在末位數(shù)字上的變化量。 返回分辨率高分辨率是指所能顯示的最小數(shù)字與最大數(shù)字之比。通常用百分數(shù)表示。例如，3位半數(shù)字電壓表的分辨率為1/1999，約等于0.05%。用同樣的方法可計算出，4位半和5位半數(shù)字電壓表的分辨率依次為0.005%和0.0005%。 需要指出，分辨力和準確度屬于兩個不同的概念。前者反映儀表的“靈敏性”，即對微小電壓的識別能力；后者反映電壓測量的“準確性”，即測量結(jié)果

13、與真值的一致程度。二者無必然的聯(lián)系，因此不能混為一談。返回測量范圍寬多量程數(shù)字電壓表通?？蓽y01000V的直流電壓，配上高壓探頭還可測量幾千伏乃至上萬伏的高壓。擴展能力強 在數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上，還可以擴展成各種通用及專用數(shù)宇儀表。僅以電壓測量類儀表為例，就可劃分成直流數(shù)字電壓表，交流數(shù)字電壓表、峰值數(shù)字電壓表、有效值數(shù)字電壓表、數(shù)字電平表、邏輯電平測試儀等等。數(shù)字式萬用表就是其中最具代表性的一個。正因為如此，所以它具備數(shù)字式電壓表的所有特點。返回5、普通萬用表與數(shù)字萬用表的優(yōu)異之處、普通萬用表與數(shù)字萬用表的優(yōu)異之處指針式與數(shù)字式萬用表各有優(yōu)缺點. 對于初學(xué)者,應(yīng)當(dāng)使用指針式萬用表. 對于非初學(xué)

14、者,應(yīng)當(dāng)使用兩種儀表. 返回二、萬用表的使用方法與器件檢測1、指針萬用表的使用、指針萬用表的使用返回u無源檔：由待測電路供電。直流電壓：量程的選擇、電壓正負極交流電壓：量程的選擇直流電流：量程的選擇、電流的方向交流電流：量程的選擇u有源檔：萬用表電池供電。歐姆檔：量程的選擇，各量程檔的調(diào)零HFE檔：與歐姆檔配合測量三極管u讀數(shù)的準確性：選擇表針偏轉(zhuǎn)在最接近表盤中央位置，正視表針讀數(shù)。2、數(shù)字萬用表的使用、數(shù)字萬用表的使用電阻測量：不同檔位的測量精度有區(qū)別。直流電壓：檔位間精度有區(qū)別，電壓接入的極性與表筆顏色、讀數(shù)正 負的關(guān)系。直流電流：檔位間精度有區(qū)別，電壓接入的極性與表筆顏色、讀數(shù)正 負的關(guān)

15、系。交流電壓：注意電壓大小與量程的選擇。交流電流：注意電壓大小與量程的選擇。電容測量：選擇合適的量程。通斷測試：通過符號與聲音指示導(dǎo)通。PN偏壓： 測量PN結(jié)的單向?qū)ㄅc偏壓值。HFE測量：三極管的放大倍數(shù)測量。與PN偏壓檔配合測量三極管。溫度測量：無探頭測量環(huán)境溫度，接入探頭測量探頭處溫度。測量的準確性：選擇盡量小的量程測量。返回3、常用器件的測量電阻的測量：避免外部并聯(lián)電阻的影響。電容檢測：二極管檢測：整流二極管、變?nèi)荻O管、穩(wěn)壓二極管三極管檢測：硅管、鍺管單結(jié)管的檢測：通過E-B1與E-B2偏壓不同來測量整流橋檢測：利用測量二極管的原理光敏、熱敏器件檢測：(1)判定電極判定電極(2)測試

16、觸發(fā)能力測試觸發(fā)能力 GAKECBEECBEPNP NPN P N P N陽極 A門極 G陰極 KVT1PNPVT2NPNAGK返回4、檢測晶閘管、檢測晶閘管檢測場效應(yīng)管檢測場效應(yīng)管返回1、利用測量PN結(jié)的方法判別柵極2、從HFE插座取電檢測觸發(fā)能力3、從放大倍數(shù)的區(qū)別判別源極與漏極DT830BDT830B型萬用表原理分析型萬用表原理分析1 1、DT830BDT830B特點特點2 2、原理框圖、原理框圖3 3、檔位功能電路介紹、檔位功能電路介紹4 4、ICL7106ICL7106芯片介紹芯片介紹5 5、DT830BDT830B型數(shù)字萬用表電路分析型數(shù)字萬用表電路分析返回1、DT830B特點：特

17、點：3 1/2 3 1/2 （三位半）：第一位只能顯示（三位半）：第一位只能顯示0 0或或1 1， 其它位能顯示其它位能顯示0 09 9?；玖砍虨榛玖砍虨?00mV200mV，表頭最大顯示值為，表頭最大顯示值為199.9199.9。測量參數(shù)測量參數(shù)DCVDCV：直流電壓：直流電壓ACVACV：交流電壓：交流電壓DCADCA：直流電流：直流電流R R：電阻：電阻U UF F：二極管的正向?qū)妷海憾O管的正向?qū)妷篽 hFEFE：三極管放大倍數(shù)三極管放大倍數(shù)返回2、原理框圖輸入被測量功能量程選擇V/V轉(zhuǎn)換I/V轉(zhuǎn)換R/V轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換電路UINLCD顯示器HV A/D轉(zhuǎn)換 LCD驅(qū)動 ICL

18、7106UIN9V時，Eo=2.8V，COM端電位比V+低2.8V。當(dāng)(V+)-(V-)降至7V以下時，DZ不能被反向擊穿，也就無法進入穩(wěn)壓狀態(tài)，使基準電壓源的性能變壞，芯片不能正常工作。Eo的允許范圍是2.80.4V，即2.43.2V。其輸出阻抗約為35。利用2.8V基準電壓源Eo不僅能向芯片提供基準電壓VREF，還為設(shè)計數(shù)字多用表的電阻檔、二極管檔、hFE檔提供了便利條件。返回u 基準電壓源(續(xù)）在對溫度漂移要求不高的情況下，可利用電阻分壓器直接從Eo中獲取VREF，電路如圖3.4.5(a)所示。分壓器由固定電R和精密多圈電位器RP組成，通過RP可以精細地調(diào)整基準電壓值。通常，當(dāng)環(huán)境溫度變

19、化28時，大約產(chǎn)生1個字的誤差。 設(shè)計精密測量儀表時，建議參照圖3.4.5(b)所示電路，采用外部基準電壓源。圖3.4.5 (b)中選用ICL8069基準電壓源，能提供1.2V高穩(wěn)定度電壓，其電壓溫度系數(shù)可低至l0ppm/，溫度漂移可忽略不計。有關(guān)基準電壓源的工作原理，詳見本章第四節(jié)。 設(shè)計電路時通常將COM端與IN-端短接，否則二者之間會產(chǎn)生一個共模電壓，導(dǎo)致電位不等。但當(dāng)需要對輸入信號進行補償和加入偏移量時，則要將COM接地，這時1mA恒流源被短路，NMOS管截止，內(nèi)部電壓基準停止工作，COM端電位為0，不再是比V+低2.8V。返回u模擬開關(guān)ICL7106內(nèi)部有四組模擬開關(guān)。SAZ（共4只

20、）是自動調(diào)零開關(guān)；SAZ&DE（共一只）是自動調(diào)零和反向積分時將積分器的同相輸入端接到COM端的開關(guān)；SINT（共2只）為正向積分開關(guān)；SDE+（共2只）和SDE-（共2只）是反向積分開關(guān)。由控制邏輯適時發(fā)出控制信號，接通相應(yīng)的模擬開關(guān)，保證A/D轉(zhuǎn)換正常進行。各開關(guān)的連接見圖3.4.6。返回圖3.4.6 ICL7106雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器中的模擬開關(guān)和雙積分電路返回u雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器ICL7106的雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器如圖3.4.6所示，主要由基準電壓源（見圖3.4.4）、緩沖器、積分器、比較器和模擬開關(guān)組成。積分器是A/D轉(zhuǎn)換器的心臟，在一個測量周期內(nèi)，積分器首先對輸入信號進行

21、正向積分，然后對基準電壓反向積分。比較器將積分器的輸出信號與零電平進行比較，比較的結(jié)果就作為數(shù)字電路的控制信號。信號輸人電路與積分器之間通過緩沖器進行隔離。A/D轉(zhuǎn)換器的每個測量周期劃分成三個階段 自動調(diào)零（AZ）、正向積分（INT）和反向積分（DE）。第一階段，自動調(diào)零AZ（Auto-Zero）：在此階段SAZ和SAZ&DE閉合，SINT、SDE斷開，形成圖3.4.7所示電路，完成下述工作：返回圖圖3.4.7 ICL71063.4.7 ICL7106的自動調(diào)零等效電路的自動調(diào)零等效電路返回積分過程a、將IN+、IN-外部引線斷開，同時把緩沖器的同相輸入端與模擬地（COM）短接，使芯片

22、內(nèi)部的輸入電壓VIN=0V；b、把積分器A2反相輸入端與比較器A3的輸出端短接，此時反映到比較器輸出端的總失調(diào)電壓對自動調(diào)零電容CAZ充電，以補償緩沖器、積分器和比較器本身的失調(diào)電壓，可保證輸入失調(diào)電壓小于10V（即零點誤差不超過0.1個字），僅受系統(tǒng)噪聲電壓的限制；c、基準電壓VREF向基準電容CREF充電，使CREF上的電壓被充到VREF，為反向積分作好準備。第二階段，正向積分（亦稱采樣或信號積分）INT（Integral）：此時SINT閉合,SAZ、SAZ&DE和SDE斷開，切斷自動調(diào)零電路，IN+、IN-端分別被接通，形成圖3.4.8所示電路。積分器與比較器開始工作。被測電壓V

23、IN從IN+端輸入，經(jīng)緩沖器和積分電阻送至積分器，積分器在固定時間T1內(nèi)，以-1/(RINTCINT)的斜率對VIN進行定時積分。在控制邏輯電路中合理的選擇計數(shù)脈沖fCP（周期為TCP）的分頻比，使T1=1000TCP。當(dāng)計數(shù)器計滿1000個脈沖數(shù)時，積分器的輸出電壓為返回圖圖3.4.8 ICL71063.4.8 ICL7106的正向積分等效電路的正向積分等效電路返回圖3.4.9 ICL7106的反向積分等效電路ININTINTTININTINToVCRKTdtVCRKV101式中：Tl采樣（正向積分）時間。K緩沖放大器的電壓放大倍數(shù)。在正向積分結(jié)束時，被測電壓的極性即被判定。第三階段，反向積

24、分，亦稱解積分DE（Decompose Integral）：在此階段，SAZ、SINT斷開、SAZ&DE閉合，同時在控制邏輯對VIN的極性進行判斷之后，接通與極性相應(yīng)的模擬開關(guān)SDE+或SDE-，將CREF上已充好的基準電壓按照相反的極性來代替VIN，進行反向積分，斜率變成1/(RINTCINT)。ICL7106的反向積分等效電路如圖3.4.9所示。(3.4.1)返回圖3.4.10 雙積分輸出電壓波形經(jīng)過時間T2，積分器的輸出又回到零電平，參見圖3.4.10。該圖分別繪出對負極性輸入電壓（VIN0）的積分波形。返回T1T2T1T2VoVIN0tAZAZINTINTDEDE 當(dāng)反向積分結(jié)

25、束時，有關(guān)系式 (3.4.2) 將式(3.4.1)代入式(3.4.2)整理后得到 (3.4.3) 假定在T2時間內(nèi)計數(shù)值（即儀表的顯示值，不考慮小數(shù)點）為N，則T2=NTCP。代人式(3.4.3)可得 (3.4.4)02002REFINTINTTREFINTINToVCRKTVdtVCRKV12TVVTREFINREFINCPVVTTN1返回 分析式(3.4.4)可知，因為T1、TCP和VREF都是固定不變得的，所以被測值僅與被測電壓VIN成正比，從而為模擬量數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換備好了條件。 在測量過程中，ICL7106能自動完成如下循環(huán) 下面介紹A/D轉(zhuǎn)換過程中的時間分配（即定時）。設(shè)時鐘頻率f

26、CP為40Hz。 40kHz時鐘頻率經(jīng)過4分頻得到10kHz的計數(shù)脈沖CP，其周期為TCP=0.1ms。以此作為時間基準，每個測量周期T=4000TCP=40000.1ms=0.4s，對應(yīng)于測量速率MR為2.5次/s。由此推出測量速率和時鐘頻率的關(guān)系為 (3.4.5)1600044000140001ooCPffTMR自動調(diào)零 正向積分 反向積分返回圖3.4.11 測量定時示意圖只要知道數(shù)字電壓表的測量速率（一般在說明書中給出），即可利用式(3.4.5)迅速算出它的時鐘頻率fo。每一個測量周期完成一次測量，測量過程分為三個階段，時段分配見圖3.4.11。需要說明的是，正向積分時間T1是固定不變的

27、，出現(xiàn)在每個測量周期的30014000TCP。反向積分時間T2和自動調(diào)零時間TAZ是可變的，二者出現(xiàn)在0 0 0 1 T C P 3 0 0 0 T C P ， 其 中 T 2 最 大 時 段 為0001TCP2000TCP。必須等反向積分時段T2結(jié)束之后才能進行自動調(diào)零。返回INREFINVVVN0.10010001000NVIN1.0REFMVV2因為T1/TCP=1000TCP/TCP=1000，選基準電壓VREF=100.0mV，當(dāng)VIN的量綱為mV時可以由式(3.4.4)得到 (3.4.6)即 (3.4.7)只要將小數(shù)點定在十位后邊，便可直讀結(jié)果。滿量程時T2最大可容納2000TCP

28、（反向積分時間段最大為00012000TCP），T2=2T1，N=2000，VIN=VM，由式(3.4.4)可推導(dǎo)出滿量程電壓VM與基準電壓的關(guān)系式 (3.4.8)顯然，當(dāng)VREF=l00.0mV時，VIN=200mV；VREF=1.0V時，VM=2V。式(3.4.8)對于ICL系列位A/D轉(zhuǎn)換器均適用。從本質(zhì)上講，基準電壓等于滿量程電壓的一半，是由關(guān)系式T2=2T1造成的。上述關(guān)系式是CL7106本身特性決定的，外界無法改變。位數(shù)字電壓表最大顯示值為1999，超量程時將顯示過載符號“1”。返回（2）數(shù)字電路數(shù)字電路亦稱邏輯電路，ICL7106的數(shù)字電路如圖3.4.12所示。由圖可見，它采用一

29、只齊納穩(wěn)壓管與一只MOS場效應(yīng)管來產(chǎn)生內(nèi)部數(shù)字地(GND)的。數(shù)字地的電位VGND（V+V-）/2。若以V-為參考電位（0V）并設(shè)V+=9V，則VGND4.5V。顯然GND與COM端的直流電位不相等，因此ICL7106的GND與COM不能短路，否則芯片無法正常工作。返回d12V+1c210d29b14c13e18f16a15g17b211a212f213e214d315b316f317e318bc419POL20OSC140OSC239OSC338TEST37BP21g322a323c324g225V-26INT27BUF28Caz29IN-30IN+31COM32Cref-33Cref+34

30、Vref-35Vref+36U1ICL7106RC圖3.4.12 ICL7106的數(shù)字電路 圖3.4.13 ICL7106的時鐘振蕩器路返回u 時鐘振蕩器RCfo455. 0455. 0數(shù)字電路主要包括8部分：時鐘振蕩器、分頻器、計數(shù)器、鎖存器、譯碼器、異或門相位驅(qū)動器、控制邏輯和位LCD顯示器。圖3.4.12中的虛線框內(nèi)表示ICL7106的數(shù)字電路，框外是外圍電路。 下面分別闡述各單元電路的工作原理。時鐘振蕩器亦稱時鐘脈沖發(fā)生器。為了降低成本，位數(shù)字電壓表一般采用兩級反相式阻容振蕩器，由ICL7106內(nèi)部的兩個反相器F1、F2以及外部阻容元件R和C組成。其輸出波形為占空比為50%的方波，電路

31、如圖3.4.13所示。振蕩頻率與振蕩周期的估算公式為 (3.4.10)式中：時間常數(shù)。=RC，單位為s。返回 ICL7106的時鐘振蕩電路有三種設(shè)計方案：a.在第38、39、40腳之間接入RC網(wǎng)絡(luò)，參見圖3.4.13。其特點是外圍電路的成本低，但頻率穩(wěn)定度較差。b.在39和40腳之間外接一只石英晶體（38腳空），即構(gòu)成晶振電路。頻率的穩(wěn)定度和準確度都很高，但電路的成本較高，適用于精密測量電路。c.將外部時鐘頻率fo直接接入第40腳和37腳之間（37腳接fo信號的地），38、39腳空，fo在16kHz48kHz之間選取，幅度約為峰峰值5V左右即可。返回u分頻器對時鐘脈沖進行逐級分頻，即可分別獲得

32、所需要的計數(shù)頻率fCP和液晶顯示器背電極方波信號fBP。分頻器由一級4分頻、一級2分頻和兩級10分頻組成。整個分頻電路完成800分頻。2分頻器相當(dāng)于一級觸發(fā)器，4分頻器等效于兩級觸發(fā)器，而10分頻器的工作原理同二十進制計算器，詳見計數(shù)器說明。ICL7106的分頻器形式如圖3.4.14所示。圖中“1/4”代表4分頻，其余類推。 計數(shù)脈沖 fCP LCD 背電極方波fBP 1/4 1/2 1/10 1/10 40kHz 10kHz 5kHz 500Hz 50Hz OSC 圖3.4.14 分頻器的組成返回0123001122332482222xxxxxxxxN(3.4.12)在反向積分期間，控制邏輯

33、打開計數(shù)器的控制端，讓計數(shù)器對CP脈沖進行計數(shù)。計數(shù)器用四位二進制數(shù)來表示十進制數(shù)N，通常采用“842l”BCD碼。其數(shù)學(xué)表達式為u計數(shù)器返回u 譯碼器 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f g 圖3.4.17 筆畫段字形圖譯碼器的功能是將BCD碼譯成7段碼，供7段數(shù)碼管作顯示用，譯碼器通常由門電路組合而成，屬于非時序電路。它的4個輸入端A、B、C、D分別接計數(shù)器的BCD碼輸出端Q1、Q2、Q3、Q4。譯碼器輸出端是ag，其狀態(tài)則是對A、B、C、D這四個輸入變量(0或1)進行各種組合的結(jié)果。數(shù)字電壓表所用LCD顯示器大多采用七段結(jié)構(gòu)，共有a、b、c、d、e、f、g七個

34、筆畫段，由這些筆畫段可組成從09中的任何數(shù)。圖3.4.17是筆畫段字形圖。 返回u控制邏輯、鎖存器控制邏輯控制邏輯主要作用有三個： a.識別積分器的工作狀態(tài)，適時地發(fā)出控制信號，使幾組模擬開關(guān)按規(guī)定順序接通或者斷開，保證A/D轉(zhuǎn)換正常工作。 b.判定輸入電壓的極性并控制LCD的負極性顯示。 c.當(dāng)輸入電壓超量程時發(fā)出溢出信號，使千位數(shù)顯示“1”，其余數(shù)碼全部消隱。鎖存器鎖存器鎖存器接在計數(shù)器與譯碼器之間，僅當(dāng)控制邏輯發(fā)出選通信號時，計數(shù)器中的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果才能送至譯碼器，因此，每完成一次A/D轉(zhuǎn)換后顯示值改變一次?？梢员苊庠谟嫈?shù)過程中顯示器不斷跳數(shù)，減輕視覺疲勞，便于觀察和紀錄。返回5 5、D

35、T830BDT830B型數(shù)字萬用表電路分析型數(shù)字萬用表電路分析 DT830BDT830B電路原理圖電路原理圖返回DT830的PCB圖返回檔位開關(guān)電路DT830B萬用表只用一個6刀11滑環(huán)20檔位開關(guān)，6個刀（S1S6，也稱為滑片或簧片）安裝在檔位開關(guān)的塑料旋鈕上，11個滑環(huán)直接制作在PCB板上，最里面的三個滑環(huán)（9、10、11環(huán)）主要用于電源配置，滑環(huán)11直接連接到9V電池的正極，滑環(huán)10直接連接到電路中標有VCC的地方，這兩個滑環(huán)由S6控制，除OFF檔外，其余各檔位均處于接通狀態(tài)，保證萬用表的正常供電。同時，滑環(huán)9還和滑環(huán)10用于檔位開關(guān)S5，根據(jù)不同的檔位把引線連接到液晶屏的“HV”和三個

36、小數(shù)點上，當(dāng)檔位開關(guān)置于DCV100V或ACV700V檔位時，在液晶屏的左上角顯示出“HV”字樣，在其余各檔位讓小數(shù)點顯示在正確的位置上。S6和S5的電路連接見圖1.2.27。返回S51234567891011121314151617181920S61234567891011121314151617181920BATTERY9VV-200mV2V20V200V1000VOFFAC700VAC200VDC200uADC2mADC20mADC200mADC10AHFED/B2002k20k200k2M200mV2V20V200V1000VOFFAC700VAC200VDC200uADC2mADC2

37、0mADC200mADC10AHFED/B2002k20k200k2MDP1DP3DP2HVVCC+-To LCDVR+To R30其余8個滑環(huán)分別由S1S4使用，每組開關(guān)使用兩個滑環(huán)。6組檔位開關(guān)是20檔聯(lián)動的，例如撥在200mV檔位時，6組開關(guān)都處于檔位1，其余以此類推。圖1.2.27 檔位開關(guān)S5和S6的電路連接返回R 2470kR 30100kC 7104C 4104R 31MC O MD 19V +8C 217D 216B 111C 119E 115F113A 112G 114B 218A 219F220E 221D 322B 323F324E 325A B 426PO L27O S

38、C 17O SC 26O SC 34T E ST3B P28G 329A 330C 331G 232V -34IN T35B U F36A /Z37IN L38IN H39C O M40C ref-41C ref+42V R -43V R +44N C33N C1N C2N C5IC L 7106(44Pin)V in+V C CS6B A T T E R Y9V6OFF+-V C CR 730kR 63kR 51kV R 12011S2234567891011121314200m V2V20V200V1000VO FFA C 700VA C 200VD C 200uAD C 2m AD C

39、20m AD C 200m AD C 10AH FE1S4234567891011121314200m V2V20V200V1000VO FFA C 700VA C 200VD C 200uAD C 2m AD C 20m AD C 200m AD C 10AH FEC O M圖1.2.28 DT830B型數(shù)字萬用表電源和參考電壓的配置返回電源和參考電壓的配置DT830B型數(shù)字萬用表電源和參考電壓的配置見圖1.2.28。7106的引腳雖然很多，但與外部電路連接的只有3個輸入端，即模擬電壓輸入端（IN H）和參考電壓的兩個輸入端（VR+和VR-），所以在以后的分析中主要圍繞這三個輸入端展開。CO

40、MS器件的特點是輸入阻抗極高（約109）為避免因感應(yīng)電荷的積累而損壞器件，各輸入端均在芯片的內(nèi)部加有保護電路，而這些保護電路大部分是小電流二極管和小電流三極管，通常規(guī)定每個輸入級的輸入電流應(yīng)限制在10mA以內(nèi)，為了避免因輸入電壓過高而損壞器件，常給這些輸入端串接較大的電阻，這就是圖1.2.28中的R2、R3和R30。返回前面已經(jīng)介紹，7106的核心是雙積分型位A/D變換器，而A/D變換器的精度主要取決于參考電壓VREF的精度。也就是圖1.2.23中Vref+與Vref-之間電壓的大小和精度。在對圖1.2.4的說明中，介紹了7106內(nèi)部的電壓基準，當(dāng)接在V+和V-之間的電源電壓E7V時，在V+與

41、COM之間得到穩(wěn)定性較高的基準電壓Eo=2.8V(典型值)。DT830型數(shù)字萬用表中就是利用7106內(nèi)部產(chǎn)生的2.8V電壓基準，經(jīng)過分壓后將100mV電壓加在Vref+與Vref-之間作為參考電壓的。各檔位的參考電壓電路如圖1.2.28所示（檔和D/B檔除外）。電源采用9V電池，負極直接連接到7106的V-端，正極經(jīng)電源開關(guān)S6后，連接到7106的V+端和電路圖中標有VCC的地方。S6除OFF位置（檔位6）是斷開的之外，其余位置都是閉合的，以保證各檔位的正常工作（為使視圖簡單明了，在圖1.2.28中S6只畫出OFF檔位）。電源和參考電壓的配置（續(xù)）電源和參考電壓的配置（續(xù)）返回直流電壓（DCV

42、）測量電路圖V/RS312345S112345200mV2V20V200V1000V200mV2V20V200V1000VR 229kR 24117kR 25117kR 35117kR 26274kR 27274kR 21900R =899kR 2390kR 20100S412345200mV2V20V200V1000VC OMVin+C OM(R3)Vin-(IN L)Vx(DC)圖1.2.29 DT830B型數(shù)字萬用表的直流電壓測量電路圖1.2.29 DT830B型數(shù)字萬用表的直流電壓測量電路圖1.2.29 DT830B型數(shù)字萬用表的直流電壓測量電路圖1.2.29 DT830B型數(shù)字萬用表

43、的直流電壓測量電路圖1.2.29 DT830B型數(shù)字萬用表的直流電壓測量電路圖1.2.29 DT830B型數(shù)字萬用表的直流電壓測量電路圖1.2.29 DT830B型數(shù)字萬用表的直流電壓測量電路圖1.2.29 DT830B型數(shù)字萬用表的直流電壓測量電路圖1.2.29 DT830B型數(shù)字萬用表的直流電壓測量電路返回直流電壓（DCV）測量電路原理)(19981009992002)(2021222320212223mVkkRRRRRRRRRVDCVxREF)(98.19109992002)(20212220212223VkkRRRRRRRRVDCVxREFDT830B型數(shù)字萬用表的直流電壓測量電路如圖

44、1.2.29所示，其中R=R24+R25+R35+R26+R27=899k,在200mV檔時，滿量程被測電壓就是Vin+到Vin-之間的輸入電壓，即200mV。在2V檔時滿量程輸入電壓為 （1.2.15）由此可知，這一檔的最大可測量電壓只能達到1.998V。同理，20V檔的滿量程輸入電壓為 （1.2.16）最大可測量電壓只能達到19.98V返回200V檔的滿量程輸入電壓為)(8 .19919992002)(202120212223VkkRRRRRRRVDCVxREF)(19981 . 09992002)(2020212223VkkRRRRRRVDCVxREF （1.2.17）最大可測量電壓只能

45、達到199.8V。1000V檔的滿量程輸入電壓為 （1.2.17）最大可測量電壓可達到1998V。返回V /RS387S187A C 700VA C 200VA C 200VA C 700VR 229kR 24117kR 25117kR 35117kR 21900R =450kR 2390kR 20100S487A C 200VA C 700VC O MC O MVx(AC)D 31N 4007R 31MIN HIN LC 4104圖1.2.30 DT830B型數(shù)字萬用表的交流電壓測量電路 交流電壓（交流電壓（ACVACV）測量電路）測量電路返回交流電壓（交流電壓（ACVACV）測量原理）測量

46、原理045.02)(sin22XXXAVVVttdVU)(6 .19945120045. 0451145. 045. 0352524232221202120mVkkVRRRRRRRRRVXXDT830B型數(shù)字萬用表的交流電壓（ACV）測量電路如圖1.2.30所示。VX為被測正弦波電壓的有效值，經(jīng)二極管D3整流后得到半波整流電壓，整流后得到的直流電壓平均值與輸入端的交流電壓有效值之間的關(guān)系為 （1.2.18）如忽略二極管的正向壓降，則在AC200V檔時在R20和R21上分得的直流電壓平均值為 （1.2.19） 返回經(jīng)R3和C4濾波后得到穩(wěn)定的直流采樣電壓，送到引腳IN H和引腳IN L之間進行A

47、/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)被測電壓有效值為200V時，在液晶屏上加上小數(shù)點DP1后，得到的顯示字符為“199.6”。按照同樣的分析方法，在AC700V檔時，如果VX的有效值為700V，在R20上分得的直流電壓平均值則為 （1.2.20）在液晶屏上加上字符“HV”后得到的顯示字符為“HV 698”。)(84.694511 . 070045. 04511 . 045. 045. 03525242322212020mVkkVRRRRRRRRVXX返回S3910111213S191210200uA2mA20mA200mA10A200uA2mAR21900R20100S4910111213Vin+COM(R3)Vin

48、-(IN L)Ix(DC)200uA2mA20mA200mA10AR8920mA200mAR100.99R34*10AR90.01COMF1200mAV/RCOMS111 圖1.2.31 DT830B型數(shù)字萬用表的直流電流測量電路 DT830B型數(shù)字萬用表的直流電流測量電路如圖1.2.31所示，共分200A、2mA、20mA和10A四檔。、直流電流（DCA）測量電路返回在200A檔時，如果被測電流IX=200A，經(jīng)保險絲F1后在R21和R20上產(chǎn)生的電壓降為 （1.2.21）符合表頭顯示要求。如果檔位處于2mA檔且被測電流IX=2mA，經(jīng)保險絲F1后在R20上產(chǎn)生的電壓降為 （1.2.22）結(jié)

49、果與式（1.2.21）一樣。這時R21僅僅作為采樣電壓輸入電阻的一部分，不參與采樣電壓的生成。 檔位處于20mA時，被測電流IX在R8、R9和R10上產(chǎn)生采樣電壓。檔位處于200mA時，被測電流IX在R9和R10上產(chǎn)生采樣電壓。檔位處于10A時，被測電流IX在R9上產(chǎn)生采樣電壓，電路的分析方法同前。)(200100010200)(62120mVRRIVXIN)(200100102320mVRIVXIN返回DT830B型數(shù)字萬用表的晶體三極管直流HFE參數(shù)測量電路如圖1.2.32所示。利用R18和R19分別為PNP型被測晶體管和PNP型被測晶體管提供基極電流，利用R8、R9和R10將被測管的輸出

50、電流轉(zhuǎn)換成采樣電壓，送入7106進行測量。下面分別分析PNP三極管和NPN型三極管的測量原理。PNP三極管的測量原理S314HFEVin+(R3)Vin-(IN L)R100.99R34*R90.01COMR89CeeVCCEEBbcCOMR18220kR19220kVCCTxNPNTxPNPCZ1 圖1.2.32 晶體三極管的直流HFE參數(shù)測量電路 晶體三極管的直流HFE參數(shù)測量電路返回前面已經(jīng)分析，7106的VCC和COM之間存在2.8V的基準電壓，對于硅晶體三極管來說，基極到發(fā)射極之間的壓降為0.6V左右，于是阻值為220k的R18給晶體管提供的基極電流IBPNP為 （1.2.23）集電

51、極輸出電流為 ，流經(jīng)R9和R10得到的采樣電壓為 （1.2.24） )(01. 02206 . 08 . 2180mAkRVEIBEBPNPBPNPFECPNPIHI)(1.0)(10)(01.0(109109mVHmAHRRIHRRIVFEFEBPNPFECPNPIN）返回根據(jù)式(1.2.6)，液晶屏上的顯示值為 （1.2.6） ININREFINVVVVN100.10010001000代入式（1.2.24）可得（1.2.28） FEFEINHHVN1.01010對于鍺晶體三極管來說，由于VBE只有0.3V左右，R18提供的基極電流會稍大一些，ICPNP和采樣電壓VIN都會有些偏大，HFE的

52、測量值也就會比實際的HFE稍大。 NPN三極管的測量原理NPN三極管的測量原理與PNP三極管的測量原理基本相同，后者的區(qū)別在于采樣電流是從發(fā)射極輸出，采樣電流IENPN=(HFE+1)IBNPN，它在R8、R9、R10上的壓降（即采樣電壓VIN）是串聯(lián)在2.8V基準電壓回路中的，在基極電流的計算公式中要考慮VIN的影響。利用回路電壓法可以求出返回 于是（1.2.25） )()1(109819RRRIHVRVVVIBNPNFEININCECCBNPN)(1()()(1(1098191098RRRHRVVRRRHVFECECCFEIN（1.2.26） 因為R8+R9+R10=10，所以FECECC

53、FEINHRVVHV10)(1019返回由于R19=220k=22104，而HFE (R8+R9+R10)=10HFE，只要能滿足10HFE遠遠小于R19的條件，就可以基本認為191098R)V(V)HRR(RVCECCFEIN設(shè)VCC-VCE=2.2V，代入(R8+R9+R10)=10、R19=220k，可以得到)(1.02202.210mVHkHVFEFEIN （1.2.27）結(jié)果與（1.2.24）式相同。 返回圖1.2.33 晶體二極管參數(shù)測量和線路通斷檢查（D/B）電路V+ (U1-8)S5(D/B )VR +(R 30)S1R 20100VR -(R 2)T19013C OMR 21

54、90015S4(D/B )15S3(D/B)15tR 322kV/RVin+Vin-C OM2.8V(R3)(IN L)VC CDx2.1VV(D/B)15VC OMREFDVIN 晶體二極管參數(shù)測量和線路通斷檢查（D/B）電路返回DT830B型數(shù)字萬用表的晶體二極管參數(shù)測量和線路通斷檢查（D/B）電路如圖1.2.33所示。其中晶體三極管T1（9013）接成保護二極管使用，作用是萬一操作有誤，在萬用表處于D/B檔位置時加入了外界電壓，T1和熱敏電阻R32可以對Vr-端起到保護作用。保護原理如下。9013屬于小功率硅材料開關(guān)三極管，E-B間反向擊穿電壓VEBO為5V，如果所加電壓在V/R端為正且

55、大于5V時，9013的發(fā)射結(jié)即被擊穿，擊穿電流使R32的溫度急劇上升，R32的阻值就隨之急劇增大，反過來限制了擊穿電流的增加，保證9013不被燒毀。如果所加電壓在V/R端為負且低于0.6V時，9013的發(fā)射結(jié)即導(dǎo)通，導(dǎo)通電流使R32的溫度急劇上升，R32的阻值隨之急劇增大，反過來限制了導(dǎo)通電流的增加，保證9013不被燒毀。通過以上分析，這種保護電路可以把參考電壓輸入端Vr-（即REF LO端）的電壓限制在-0.6V+5V之間，但無法限制Vin+（即IN HI端）的電壓，所以起到的保護作用有限，在使用中還是要十分注意不要把檔位弄錯要十分注意不要把檔位弄錯。在正常情況下晶體管T1不參與萬用表的工作

56、，即不正向?qū)?，也不反向擊穿。檢查電路通端時，用萬用表的兩只表筆分別連接到兩個被測點上，如果這兩個點之間的電阻RX滿足 （1.2.29） 1100090010010002120RRRX返回液晶屏上就顯示為0。否則就顯示兩個被測點之間的電阻值（單位為）。式（1.2.29）的推導(dǎo)過程參考電阻測量電路分析部分，這里不過多贅述。在測量二極管時，如果二極管的正極接在V/R端，負極接在COM端（即正向連接），則VCC經(jīng)R21、R20、R32和被測二極管DX向COM端流過電流IX。在Vr+和Vr-之間產(chǎn)生參考電壓VREF，在Vin+和COM之間產(chǎn)生被測電壓VIN。而且 （1.2.30）322120RRRVV

57、IDCCX式中：VCC=EO=2.8V VD二極管的正向壓降，硅管約為0.7V，鍺管約為0.3V。當(dāng)被測管為硅二極管時，有 （1.2.31） 根據(jù) （1.2.6）)(7 . 030001 . 220009001007 . 08 . 2mAIXREFINVVN1000返回可以得到 （1.2.32）DDXDREFINVVRRIVVVN43. 17 . 01)(100010002120式中VD的單位應(yīng)為mV。 由（1.2.32）式可見，這時液晶屏顯示的數(shù)據(jù)為二極管正向壓降的1.43倍。利用同樣的分析方法可以得到，如果被測管是鍺材料二極管，液晶屏顯示的數(shù)據(jù)為鍺二極管正向壓降（以mV為單位）的1.2倍。

58、 如果二極管的正極接在COM端，負極接在V/R端（即反向連接），這時二極管式不導(dǎo)通的，IX為0，因此VIN=VCC，VREF=0。液晶屏顯示溢出狀態(tài)（只顯示最高位的“1”）。返回XCCXRRRVI3220 （1.2.33） 在R20上產(chǎn)生的參考電壓為在RX上產(chǎn)生的采樣電壓為根據(jù) （1.2.6）可以得到液晶屏顯示的數(shù)值為 （1.2.34） XXREFIRIV10020XXINIRVREFINVVN1000XXXXXXXXREFXXREFINRIIRIRIRIRIRVVN10100100010001000100020DT830B型數(shù)字萬用表的電阻測量電路如圖1.2.34所示。晶體管T1和熱敏電阻R

59、32起保護作用，工作原理在二極管參數(shù)測量和線路通斷檢查電路中已經(jīng)討論，這里不再贅述。在200量程，VCC經(jīng)R20、R32和被測電阻RX到COM端構(gòu)成通路。電流IX等于電阻測量電路返回式中：RREF產(chǎn)生參考電壓的電阻。在200量程時就是R20。這時發(fā)揮小數(shù)點的作用，將S5的16檔與小數(shù)點DP1接通（見圖1.2.27）就相當(dāng)于把顯示的數(shù)值縮小了10倍，變成了RX的測量值。VC CV+ (U1-8)S2R 730k(200)(2k)(20k)(200k)(2M )VR +(R 30)S1(200)(2k)(20k)(2M )R 20100VR -T19013(R 2)C OM(U1-20)R 229

60、k(200k)R 2390kR 24117kR 25117kR 35117kR 26274kR 27274k16171819201617181920S4(200)(2k)(20k)(200k)(2M )1617181920S3(200)(2k)(20k)(200k)(2M )1617181920R 6900VR 1201R 4100kC OMtR 322kR xV/RC OM2.8VVVR 21900R =899kVin+Vin-(R3)(IN L)REFIN 圖1.2.34 DT830B型數(shù)字萬用表的電阻測量電路 返回在2k量程的測量電路比較復(fù)雜，令Ra=R6+VR1+R4=101.1k，Rb=R21+R20+R32+R