830B型數(shù)字萬用表的安裝與調試指南

830B型數(shù)字萬用表的安裝與調試指南一．實驗目的1.了解830B數(shù)字王永標的基本結構原理。2.認識并測量元器件，了解元器件標識的意義。3.對照原理圖和印制電路板圖，理解電路組裝工藝。4.調試并檢測各部分電路功能和質量，提高綜合安裝測試技能。二．實驗基本原理1、雙積分A／D轉換器模數(shù)轉換器(A/DC)是將模擬量電壓轉換成相應的數(shù)字量的集成電路，是對模擬量電信號進行數(shù)字化輸入和處理(如計算機數(shù)據(jù)采集與處理)的關鍵器件。雙積分(雙斜率)型A／D是集成電路A/DC產品中的一大系列。它雖有轉換時間長的缺點，卻有其它類型產品所不具備的抗擾性強、精度高的優(yōu)點。尤其當選擇積分時間恰為工頻電壓周期(20mS)整數(shù)倍的時候，它所表現(xiàn)出來的對工頻電網(wǎng)電壓的電磁干擾的強大抑制能力是任何它種A/DC所無法與之媲美的。因而，雙積分A/DC最適合應用于各類直讀式數(shù)字儀表。7106是該系列產品中一種適用于袖珍型、便攜型儀表的產品。它專門設計的輸出電路可直接驅動LCD(液晶顯示器)，耗電極省。7106的主要特點還有：單電源供電，且電壓范圍較寬。規(guī)定為7~15V，故可使用9V疊層電池供電，以實現(xiàn)儀表的袖珍化；輸入阻抗高，典型值為109Ω；利用內部模擬開關實現(xiàn)自動調零與極性轉換。7106的轉換速度為1~15次/秒，通常選用2.5～5次/秒。7106各引出腳的名稱及在典型應用中的電路接線，如圖1示。其中，A1～G1；A2～G2，A3～G3，分別輸出個位(Unit)，十位(Ten)，百位(Hundred)數(shù)碼段的筆劃段驅動信號，接于LCD顯示器（LED亦同)。AB4輸出千位的筆劃驅動信號，接千位的b，c兩筆劃。其余各引腳簡介如下（以MQFP封裝為例）：POL（27）——負極性指示輸出端，接千位的g段，POL輸出為低電位時顯示負號。BP（26）——液晶顯示器背面公共電極的驅動端，簡稱“背電極”。OSC1、OSC2、OSC3（7,6,4）——時鐘振蕩器引出端（外接時鐘或者RC元件）。COM（40）——模擬信號公共端，簡稱“摸擬地”，使用時它與IN-、VREF-相連接。REFHI（VREF+）、REFLO（VREF-）（44,43）——分別為基準電壓的正端與負端，簡稱“基準+”和“基準-”。CREF+,CREF-（42,41）——外接基準電容（C2）。INHI(IN+)、INLO(IN-)（39,38）-——模擬量輸入的正端和負端。AZ（37）——外接自動調零電容C4。BUF（36）——外接積分電阻R12。INT（35）——積分器輸出端，接積分電容C5。數(shù)字電路包括時鐘脈沖發(fā)生器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、異或門相位驅動器、控制器和LCD顯示器。時鐘發(fā)生器由7106內部的兩個反相器和外部R13，C1組成。設振蕩器的振蕩輸出頻率為f0，近似公式為：將參數(shù)R13=120kΩ,C1=100PF代入上式得：f0≈40kHz。40kHz時鐘脈沖在7106內部進行四分頻，得到10kHz的計數(shù)脈沖，再經(jīng)200分期得到50Hz方波加到LCD顯示器的背電極（BP）上。為提高LCD壽命，LCD顯示器須采用交流方波供電方式。通常把相位相反的兩個方波分別加到筆劃的兩個電極，利用二者的電位差驅動該筆劃發(fā)光顯示。每個筆劃的一個電極分別接各自驅動器的輸出端，另一極均接背電極?；驹韰⒁姟稊?shù)字電子技術基礎》教材。驅動電壓為：4~6V。基準電壓由外部R19，R18，R17和VR1組成的分壓器提供。調整VR1使VREF=100.0mV。通過VR1調整的范圍是95~107mV。R16,C3是輸入端阻容濾波電路，可提高儀表的抗干擾能力。三、M830B型數(shù)字萬用表原理M83OB型數(shù)字萬用表是以應用雙積分A／D7106為核心的袖珍型位直讀式測量儀表。該表具有體積小、耗電省、多用途、數(shù)碼顯示清晰等優(yōu)點。該儀表的結構簡單、原理筒明，其原理圖如圖2示。1.直流電壓測量原理DMM工作于直流電壓測量檔位時的等效電路如圖3示。由于7106的基本工作原理是將31腳輸入的恒定電壓信號Vin(共地)，經(jīng)兩次積分而量化。且有-199.9mV≤Vin≤+199.9mV模擬量電壓輸入對應于量化后的-1999到+1999的數(shù)宇輸出。因此，直流電壓測量電路的工作原理亦將是其它各擋位測量功能的原理電器的基礎。從圖3不難看出；由于R16與7106的輸入電阻串接，故A/D電路的輸入電阻極大，可近似視為開路。不妨認為輸入端口開路時輸入電壓與輸入電壓相等。于是有(1)在200mV檔位，式中，VX為被測直流電壓。顯然，被測電壓的實際值將以0.1mV的分辯力在DMM顯示器上數(shù)字顯示(值為-199.9~199.9)。(2)在2V檔位，由電阻與組成的分壓器電路，如圖4示?？梢酝浦?，，故當-2V≤Vx≤2V時，滿足-200mV≤≤200mV，DMM的顯示值在-1999到1999范圍內變化時，恰對應著模擬輸入電壓Vx以lmV為分辯力的量化值。(3)其余各檔位：不難分析，當DMM處于20V，200V，1000V各檔位時，分別為，和。故對于輸入電壓Vx而言，應出現(xiàn)的顯示值只不過是分辨力分別為10mV,100mV和1V情況下的被測電壓的量化值而已。當然，顯示數(shù)字分別為-19.99~19.99，-199.9~199.9和-1000~1000間的數(shù)值?？梢?，只要在轉換檔位的同時，設定LCD顯示器上小數(shù)點的顯示位置即可逼真地顯示數(shù)字化的被測電流電壓值，從而實現(xiàn)數(shù)顯測量直流電壓的功能。2．小數(shù)點顯示位置的控制電路數(shù)點的顯示與數(shù)碼某段顯示的控制原理相同，即：LCD的背電極BP上交變方波與擬顯示的數(shù)點段上所加的方波相位恰相反時，數(shù)點顯示，反之不顯示。LCD顯示器有三個數(shù)點(段)，它們均有一個電極與BP相聯(lián)結，另一個電極分別由第8，12，16引腳引出（本設計實例不必確認LCD引腳，因為已經(jīng)制成模塊，本文指出相應的引腳號僅為說明方便）。這幾個引腳分別對應著高位數(shù)點，中位數(shù)點及末前位數(shù)點。為簡化設計，DMM830B設定其數(shù)字顯示僅有三種情況：無小數(shù)點顯示(全部為整數(shù))，顯示兩位小數(shù)(中位小數(shù)點顯示)和顯示一位小數(shù)(末前位小數(shù)點顯示)。其原理如圖5示。容易看出：(1)第8腳始終與BP同相位。故高位數(shù)點永不顯示，(2)若K1，K2斷開，使A、B兩端懸空，于是第12引腳與第16引腳的相位亦均與BP相位相同。則此時將無小數(shù)點顯示。這種情況對應著2V和l000V（為安全起見，檔檔標稱600V）擋位的選擇。(3)DMM在200mV和200V襠位時，B接于+9V電源而A懸空。當然，對于上述兩種情況，將有相應的引腳(16或12)電壓相位不再與BP相位相同，故相應的數(shù)點發(fā)光顯示。3.交流電壓測量電路原理如圖6所示，交流電壓測量電路除附加二極管半波整流電路外與直流電壓測量電路基本相同，故其工作原理可仿之推理。4.直流電流測量電路原理如圖7所示等效電路，對于不同數(shù)量級的被測電流Ix，選擇不同的擋位或輸入端鈕，則對應著選定不同的分流器。不妨分別稱+,，，和為R11，R12，R13，R14和R15。它們分別對應于200μA，2mA，20mA，200mA和10A量程檔位的分流器電阻。圖中可見，R11=1000Ω，R12=100Ω，R13=10Ω，R14=1Ω，R15=0.01Ω。于是對前四個檔位選擇，輸入7106的被測電壓=Ix?R1i，式中i=1,2,3,4不難計算，在Ix分別為-200~200μA范圍、-2mA~2mA范圍，-20mA到20mA范圍以及-200mA到200mA范圍內變化時，均在-200mV到200mV范圍內變化，當然顯示值也就是在-1999到1999范圍內變化。只要適當設置小數(shù)點的位置，就可以形象地顯示被測電流的數(shù)值，只是在相應檔位上數(shù)值的單位分別是μA，mA和mA。當選擇紅表筆的插孔為10A插孔時，即選擇了10安培量程檔位?？梢杂嬻氤?，在R15=0.01Ω的情況下，-10A到10A范圍內變化的電流Ix將產生-100mV到100mV之間變化的測量電壓，經(jīng)7106A/D轉換后輸出的數(shù)碼顯示將是在-1000到1000間變化。此時，恰當?shù)剡x擇小數(shù)點顯示的位置為高位顯示，則測示值顯示就變成了-10.00到10綜上，測量直流電流的原理為：被測電流Ix流過Rf，產生壓降；DMM測量該壓降值并A／D轉換后數(shù)顯輸出。對于DMM的其它功能的實現(xiàn)，讀者可借助上述分析的結果，通過分析清楚某測量檔位下的等效電路，即可搞清其工作原理．不過做到這一步是需要付出仔細、認真地勞動的。四、M830B型數(shù)宇萬用表的安裝與凋試通過安裝調試，應該學會良好的人工焊接技術，熟知元器件種類、型號、參數(shù)等知識。同時應該學習踏實、嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，并了解電子儀器工業(yè)生產的常規(guī)工藝。本項設計擬分如下步驟完成：1.焊接技術的實習。通過現(xiàn)場教學，認真練習、摸索，掌握焊接技術的基本功。2．清理認識全部元器件，有可能的情況下，(在本例中指有高精度電橋的情況下)測量每個元器件的質量與參數(shù)及其精度，做到對未來制成品的質量心中有數(shù)。3.按照套件所附的裝配說明，在指導教師的指導下實施整機安裝。（逐一安裝每一元器件。）4.實測制成品的功能。圖1ICL7106的封裝及其典型應用圖2830BDMM電原理圖圖3直流電壓測量原理電路圖42000mV檔分壓器圖5數(shù)點顯示控制