dh6505a 數字電表原理及萬用表設計
（實驗指導書）
請勿帶走實驗
講義杭州大華科教儀器研究所
杭州大華儀器製造****
dh6505a數字電表原理及萬用表設計
使用說明書
數字電表以它顯示直觀、準確度高、解析度強、功能完善、效能穩定、體積小易於攜帶等特點在科學研究、工業現場和生產生活中得到了廣泛應用。數字電表工作原理簡單，完全可以讓同學們理解並利用這一工具來設計對電流、電壓、電阻、壓力、溫度等物理量的測量，從而提高大家的動手能力和解決問題能力。
［實驗目的］
1、了解數字電表的基本原理及常用雙積分模數轉換晶元外圍引數的選取原則、電表的校準原則以及測量誤差**。
2、了解萬用表的特性、組成和工作原理。
3、掌握分壓、分流電路的原理以及設計對電壓、電流和電阻的多量程測量。
4、了解交流電壓、三極體和二極體相關引數的測量。
5、通過數字電表原理的學習，能夠在感測器設計中靈活應用數字電表。
［實驗儀器］
1、dh6505a數字電表原理及萬用表設計實驗儀。
2、四位半通用數字萬用表。（自備）
3、示波器。（自備）
4、zx25a電阻箱。（自備
［實驗原理］
一、數字電表原理
常見的物理量都是幅值大小連續變化的所謂模擬量，指標式儀表可以直接對模擬電壓和電流進行顯示。而對數字式儀表，需要把模擬電訊號(通常是電壓訊號)轉換成數碼訊號，再進行顯示和處理。
數碼訊號與模擬訊號不同，其幅值大小是不連續的，就是說數碼訊號的大小只能是某些分立的數值，所以需要進行量化處理。若最小量化單位為，則數碼訊號的大小是的整數倍，該整數可以用二進位製碼表示。設=0.
1，我們把被測電壓與比較，看是的多少倍，並把結果四捨五入取為整數(二進位制)。一般情況下，≥1000即可滿足測量精度要求(量化誤差≤1/1000=0.1%)。
所以，最常見的數字表頭的最大示數為1999，被稱為三位半(3 1/2)數字表。如：是(0.
1)的1861倍，即=1861，顯示結果為186.1()。這樣的數字表頭，再加上電壓極性判別顯示電路和小數點擊擇位，就可以測量顯示-199.
9～199.9的電壓，顯示精度為0.1。
1、雙積分模數轉換器（icl7107）的基本工作原理
雙積分模數轉換電路的原理比較簡單，當輸入電壓為vx時，在一定時間t1內對電量為零的電容器c進行恆流（電流大小與待測電壓vx成正比）充電，這樣電容器兩極之間的電量將隨時間線性增加，當充電時間t1到後，電容器上積累的電量q與被測電壓vx成正比；然後讓電容器恆流放電（電流大小與參考電壓vref成正比），這樣電容器兩極之間的電量將線性減小，直到t2時刻減小為零。所以，可以得出t2也與vx成正比。如果用計數器在t2開始時刻對時鐘脈衝進行計數，結束時刻停止計數，得到計數值n2，則n2與vx成正比。
雙積分ad的工作原理就是基於上述電容器充放電過程中計數器讀數n2與輸入電壓vx成正比構成的。現在我們以實驗中所用到的3位半模數轉換器icl7107為例來講述它的整個工作過程。icl7107雙積分式a/d轉換器的基本組成如圖1所示，它由積分器、過零比較器、邏輯控制電路、閘門電路、計數器、時鐘脈衝源、鎖存器、解碼器及顯示等電路所組成。
下面主要講一下它的轉換電路，大致分為三個階段：
第一階段，首先電壓輸入腳與輸入電壓斷開而與地端相連放掉電容器c上積累的電量，然後參考電容cref充電到參考電壓值vref，同時反饋環給自動調零電容caz以補償緩衝放大器、積分器和比較器的偏置電壓。這個階段稱為自動校零階段。
第二階段為訊號積分階段（取樣階段），在此階段vs接到vx上使之與積分器相連，這樣電容器c將被以恆定電流vx/r充電，與此同時計數器開始計數，當計到某一特定值n1（對於三位半模數轉換器，n1=1000）時邏輯控制電路使充電過程結束，這樣取樣時間t1是一定的，假設時鐘脈衝為tcp，則t1=n1*tcp。在此階段積分器輸出電壓vo=-qo/c(因為vo與vx極性相反)，qo為t1時間內恆流（vx/r）給電容器c充電得到的電量，所以存在下式：
qo1)
vo2)
圖 1 雙積分ad內部結構圖
圖2 積分和反積分階段曲線圖
第三階段為反積分階段（測量階段），在此階段，邏輯控制電路把已經充電至的參考電容按與極性相反的方式經緩衝器接到積分電路，這樣電容器c將以恆定電流放電，與此同時計數器開始計數，電容器c上的電量線性減小，當經過時間t2後，電容器電壓減小到0，由零值比較器輸出閘門控制訊號再停止計數器計數並顯示出計數結果。此階段存在如下關係：
vo+=03）
把（2）式代入上式，得：
t2=vx4)
從（4）式可以看出，由於t1和vref均為常數，所以t2與vx成正比，從圖2可以看出。若時鐘最小脈衝單元為,則，，代入（4），
即有： n2= vx5)
可以得出測量的計數值n2與被測電壓vx成正比。
對於icl7107，訊號積分階段時間固定為1000個,即n1的值為1000不變。而n2的計數隨vx的不同範圍為0～1999，同時自動校零的計數範圍為2999～1000，也就是測量週期總保持4000個不變。即滿量程時n2max=2000=2*n1,所以vxmax=2vref，這樣若取參考電壓為100mv，則最大輸入電壓為200mv；若參考電壓為1v，則最大輸入電壓為2v。
對於icl7107的工作原理這裡我們不再多說，以下我們主要講講它的引腳功能和外圍元件引數的選擇，讓同學們學會使用該晶元。
2、icl7107雙積分模數轉換器引腳功能、外圍元件引數的選擇
圖3 icl7107晶元引腳圖
圖4 icl7107和外圍器件連線圖
icl7107晶元的引腳圖如圖3所示，它與外圍器件的連線圖如圖4所示。圖4中它和數碼管相連的腳以及電源腳是固定的，所以不加詳述。晶元的第32腳為模擬公共端，稱為com端；第36腳vr+和35腳vr-為參考電壓正負輸入端；第31腳in+和30腳in-為測量電壓正負輸入端； cint和rint分別為積分電容和積分電阻，caz為自動調零電容，它們與晶元的27、28和29相連，用示波器接在第27腳可以觀測到前面所述的電容充放電過程，該腳對應實驗儀上示波器介面vint；電阻r1和c1與晶元內部電路組合提供時鐘脈衝振盪源，從40腳可以用示波器測量出該振盪波形，時鐘頻率的快慢決定了晶元的轉換時間（因為測量週期總保持4000個tcp不變）以及測量的精度。
下面我們來分析一下這些引數的具體作用：
rint為積分電阻，它是由滿量程輸入電壓和用來對積分電容充電的內部緩衝放大器的輸出電流來定義的，對於icl7107，充電電流的常規值為iint=4ua，則rint=滿量程/4ua。所以在滿量程為200mv，即參考電壓vref=0.1v時，rint=50k,實際選擇47k電阻；在滿量程為2v，即參考電壓vref=1v時，rint=500k,實際選擇470k電阻。
cint=t1*iint/vint,一般為了減小測量時工頻50hz干擾，t1時間通常選為0.1s ，具體下面再分析，這樣又由於積分電壓的最大值vint=2v，所以：cint=0.
2uf,實際應用中選取0.22uf。
對於icl7107，38腳輸入的振盪頻率為：f0=1/(2.2*r1*c1)，而模數轉換的計數脈衝頻率是f0的4倍，即tcp=1/(4*f0)，所以測量週期t=4000*tcp=1000/f0，積分時間（取樣時間）t1=1000*tcp=250/fo。
所以fo的大小直接影響轉換時間的快慢,頻率過快或過慢都會影響測量精度和線性度。一般情況下，為了提高在測量過程中抗50hz工頻干擾的能力，應使a/d轉換的積分時間選擇為50hz工頻週期的整數倍，即t1=n*20ms,考慮到線性度和測試效果，我們取t1=0.1m(n=5)，這樣t=0.
4s，f0=40khz，a/d轉換速度為2.5次/秒。由t1=0.
1=250/f0，若取c1=100pf，則r1≈112.5kω。
3、用icl7107a/d轉換器進行常見物理參量的測量
圖5圖6
（1）直流電壓測量的實現（直流電壓表）
ⅰ: 當參考電壓vref=100mv時，rint=47kω。此時採用分壓法實現測量0～2v的直流電壓 ,電路圖見圖5。
ⅱ:直接使參考電壓vref=1v，rint=470kω來測量0～2v的直流電壓，電路圖如圖6。
（2）直流電流測量的實現（直流電流錶）
直流電流的測量通常有兩種方法，第一種為歐姆壓降法，如圖7所示，即讓被測電流流過一定值電阻ri，然後用200mv的電壓表測量此定值電阻上的壓降ri*is（在vref=100mv時，保證ri*is≤200mv就行），由於對被測電路接入了電阻，因而此測量方法會對原電路有影響，測量電流變成is』=r0*is/(r0+ri),所以被測電路的內阻越大，誤差將越小。第二種方法是由運算放大器組成的i-v變換電路來進行電流的測量，此電路對被測電路的無影響，但是由於運放自身引數的限制，因此只能夠用在對小電流的測量電路中，所以在這裡就不再詳述。
數字萬用表實習報告
生產實習報告 校內 姓名 陳馳 班級 10供電2班 學號 1001430212 東北石油大學秦皇島分校電信系 2011年11月05日 一 了解用電安全及電子裝配操作安全 二 熟練掌握焊接工藝並實現電子產品的安裝 三 了解電子元器件的基本小知識 四 掌握電子電路圖的電子設計流程 五 了解表面安裝技術 ...
數字萬用表的使用
d.本檔對測量訊號的頻率響應範圍為 40 200hz。3.直流電流的測量 圖4 a.將黑錶筆插入 com 插孔，紅錶筆插入 ma 插孔 當最大輸入為200ma時 如對被測電流的大小沒有把握，應將紅錶筆插入 20a 插孔 b.將萬用表的轉換開關置於 a 直流電流 檔相應的量程上，然後將錶筆接在被測點上...
模擬萬用表與數字萬用表工作原理是否一樣
不一樣。模擬萬用表內部結構中有表頭 電阻 電池，其中表頭一般採用磁電式直流微安表。只有測量電阻時要用上其內部電池，電池的正極接黑錶筆，因而電流從黑錶筆流出，紅錶筆流入。測量直流電流時，通過換檔接上併聯電阻來分流，因為表頭的滿偏電流很小，所以採用分流電阻來擴大量程。測量直流電壓時，在表頭上串聯電阻，通...