專(zhuān)利名稱(chēng)：一種交直流通用毫伏表電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專(zhuān)利屬于電子測(cè)量?jī)x器技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種可以在交流與直流電通用測(cè)量的電子毫伏表電路。
背景技術(shù)：
在眾多的電氣參數(shù)中電壓是一個(gè)很重要的參數(shù)，電壓的數(shù)值范圍寬又分為直流與交流電壓，交流模擬電壓又存在著頻率范圍寬的問(wèn)題；如何準(zhǔn)確測(cè)量模擬信號(hào)的電壓值一直是電氣測(cè)量研究領(lǐng)域的重要內(nèi)容之一。對(duì)于測(cè)量數(shù)值較小處于毫伏級(jí)、微伏級(jí)的電壓信號(hào)，通常運(yùn)用毫伏表來(lái)完成。毫伏表要求能夠測(cè)量微伏或毫伏級(jí)的電壓，必須具備2mV、20mV等小量程電壓檔，為了擴(kuò)大儀表的應(yīng)用范圍又常有高電壓測(cè)量檔如100V、300V等檔位以滿(mǎn)足測(cè)量數(shù)百伏電壓的需求，交流測(cè)量的頻率范圍至少應(yīng)能滿(mǎn)足音頻范圍電信號(hào)的測(cè)量需求。為了能夠滿(mǎn)足上述需求，典型的毫伏表電路采用兩級(jí)衰減網(wǎng)絡(luò)、兩級(jí)放大電路形式設(shè)計(jì)，如圖1就是這種結(jié)構(gòu)形式的毫伏表電路。信號(hào)從輸入端I輸入后首先經(jīng)第一個(gè)衰減網(wǎng)絡(luò)2統(tǒng)一衰減成毫伏級(jí)小電壓信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)前置放大模塊3放大后再送到第二級(jí)衰減網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行再次衰減實(shí)現(xiàn)電壓的檔位轉(zhuǎn)換，電壓信號(hào)還要經(jīng)電壓放大模塊5放大到足夠強(qiáng)信號(hào)才由整流變換模塊變換后由表頭指示出來(lái)完成測(cè)量過(guò)程。由于整個(gè)過(guò)程放大增益數(shù)過(guò)大，電路極易產(chǎn)生自激振蕩。為此放大器電路均參照經(jīng)典的反饋放大理論設(shè)計(jì)加入深度負(fù)反饋，例如我國(guó)最經(jīng)典的DA-16、MF-20型毫伏表等均是如此。為了保證測(cè)量精度檢測(cè)信號(hào)與放大器輸出電流之間應(yīng)有嚴(yán)格的線性關(guān)系，放大器各個(gè)放大元件須選擇在特性曲線最佳線性區(qū)域，這就限定了放大器必然采用多級(jí)放大電路形式。造成元件多結(jié)構(gòu)復(fù)雜、各元件之間相互干擾，由于所有的電壓信號(hào)統(tǒng)一衰減成弱信號(hào)再放大至規(guī)定的信號(hào)強(qiáng)度，這個(gè)過(guò)程必然引入了放大器自身的噪聲，嚴(yán)重影響了毫伏表的測(cè)量精度。1985年6月8日公布的發(fā)明專(zhuān)利號(hào)85104346《單級(jí)復(fù)合管放大式交流毫伏表》提供了一種運(yùn)用復(fù)合晶體管放大式電路結(jié)構(gòu)，該電路結(jié)構(gòu)運(yùn)用復(fù)合管放大提高單級(jí)放大電路增益，但由于晶體管放大倍數(shù)的離散性很大，電路精度受到了嚴(yán)重影響，且只能應(yīng)用于交流毫伏表電路，無(wú)法用于測(cè)量直流毫伏信號(hào)。1987年5月13日國(guó)家專(zhuān)利局公布了一種《校驗(yàn)、量?jī)捎脭?shù)字毫伏表》專(zhuān)利號(hào)86208667，它提供了一種運(yùn)用單電池供電、用TSC7106配合A/D轉(zhuǎn)換器等組成的表頭測(cè)量，該基本表僅能測(cè)量200mV的電壓范圍遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足實(shí)際測(cè)量要求。2005年3月30日國(guó)家專(zhuān)利局公布的實(shí)新型專(zhuān)利《智能交流數(shù)字毫伏表》專(zhuān)利號(hào)ZL200420035648.4，提供了一種由衰減器、放大電路、單片機(jī)、真有效值直流變換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成的交流毫伏表電路。這個(gè)專(zhuān)利毫伏表的結(jié)構(gòu)與后來(lái)公布的專(zhuān)利號(hào)ZL201020588646.3《一種交流電子毫伏表》、專(zhuān)利號(hào)ZL201120045380.2《一種基于電壓測(cè)量的智能數(shù)字交流毫伏表》結(jié)構(gòu)與原理基本相同，所不同的只是應(yīng)用的集成芯片與單片機(jī)芯片型號(hào)不同。 專(zhuān)利ZL200820228356.0《一種直流毫伏表》則提供了一種通過(guò)V/F轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)直流電測(cè)量的毫伏表不能測(cè)量交流毫伏參數(shù)。上述毫伏表電路存在著一些共同問(wèn)題就是結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高，而且僅限于單一測(cè)量交流或直流電毫伏參數(shù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)交直流電測(cè)量共用，受單片機(jī)運(yùn)算速度的影響測(cè)量的頻率范圍較小。表內(nèi)的單片機(jī)芯片基本提供數(shù)字顯示驅(qū)動(dòng)，其性?xún)r(jià)比己遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如直接采用專(zhuān)用數(shù)字表頭高。雖然電表數(shù)字化顯示是當(dāng)前發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，但數(shù)字在動(dòng)態(tài)測(cè)量等許多情況下不如指針式直觀，很多應(yīng)用者仍對(duì)指針式有個(gè)人愛(ài)好，上述專(zhuān)利技術(shù)也不能解決指針式與數(shù)字式共同 顯示的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專(zhuān)利所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種能夠?qū)涣髋c直流毫伏信號(hào)測(cè)量的交直流通用型毫伏表，并且能夠任意選擇指針式或數(shù)學(xué)式顯示也可以?xún)烧吖餐@示，電路采用通用元器件組成，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單測(cè)量準(zhǔn)確，降低電路成本提高儀表的通用性。本發(fā)明專(zhuān)利所要解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是:如圖2調(diào)零模塊I與第一高阻輸入20dB放大模塊連接，第一高阻輸入20dB放大模塊再連接第二高阻輸入20dB放大模塊，第二高阻輸入20dB放大模塊后面連接交直流變換模塊，交直流變換模塊后面連接顯示單元，毫伏表輸入端口 6接到檔位開(kāi)關(guān)7，檔位開(kāi)關(guān)7將2mV檔連接到第一高阻輸入20dB放大模塊，20mV檔連接第二高阻輸入20dB放大模塊，200mV、2V、20V、200V四個(gè)電壓檔分別連接電壓衰減網(wǎng)絡(luò)，電壓衰減網(wǎng)絡(luò)后面連接交直流變換模塊，電源模塊連接各放大模塊及交直流變換模塊。使用本發(fā)明專(zhuān)利可取得的有益之處:1.在信號(hào)輸入分檔位時(shí)就開(kāi)始對(duì)不同強(qiáng)度的電信號(hào)進(jìn)行分開(kāi)放大，最小的2mV信號(hào)進(jìn)行第一、第二兩級(jí)放大，20mV檔只進(jìn)行第二級(jí)放大，200mV以后的較強(qiáng)信號(hào)不經(jīng)任何放大，經(jīng)衰減后直接送入交直流變換模塊進(jìn)行交流整流變換，從而最大限度地避免了放大器自身的噪聲信號(hào)對(duì)測(cè)量的影響提高測(cè)量精度；2.使用運(yùn)算放大器組成的直流多級(jí)放大技術(shù)與整流模塊實(shí)現(xiàn)交直流通用測(cè)量，本發(fā)明專(zhuān)利電路全部由直流放大電路構(gòu)成，可以應(yīng)用在交直流毫伏測(cè)量，前置設(shè)有一個(gè)調(diào)零裝置，通過(guò)調(diào)整零點(diǎn)提高測(cè)量精度，測(cè)量頻率范圍由運(yùn)算放大器的帶寬決定，換用高帶寬運(yùn)算放大器就可以實(shí)現(xiàn)高帶寬的測(cè)量。3.運(yùn)用電流表作為顯示器件，可以選用指針式表頭也可以選用數(shù)字式成品表頭顯示，也可以?xún)烧吖餐褂脻M(mǎn)足不同愛(ài)好人群應(yīng)用習(xí)慣，為測(cè)量動(dòng)態(tài)值帶來(lái)直觀的效果。


附圖1是傳統(tǒng)毫伏表電路結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是本發(fā)明專(zhuān)利毫伏表電路原理框圖。附圖3是本發(fā)明專(zhuān)利一個(gè)應(yīng)用特例的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式參閱圖2電路最前端設(shè)有一個(gè)調(diào)零模塊1，在測(cè)試前儀器經(jīng)預(yù)熱后調(diào)零保證電表起始測(cè)量處于零電位。信號(hào)從輸入端6接入后送到檔位開(kāi)關(guān)7的動(dòng)觸點(diǎn)，在用戶(hù)撥動(dòng)檔位選擇開(kāi)關(guān)時(shí)將2mV檔接入第一放大模塊2，20mV檔接入第二放大模塊3，大于200mV及以上電壓檔接入電壓衰減網(wǎng)絡(luò)8。采用這種技術(shù)措施后，對(duì)于2mV以下的電壓提供二級(jí)放大至200mV, 20mV略強(qiáng)的信號(hào)提供一級(jí)放大至200mV，200mV的電壓不放大也不衰減，大于200mV的電壓才由衰減網(wǎng)絡(luò)衰減到200mV形成統(tǒng)一強(qiáng)度的信號(hào)送至交直流變換模塊4進(jìn)行整流變換最后由顯示模塊5顯示測(cè)量值，最大限度減小了放大器介入以克服放大電路自身噪聲給測(cè)量帶來(lái)誤差。電源模塊為各個(gè)放大變換模塊提供工作電源，與一般的電源沒(méi)有什么區(qū)別。圖3是運(yùn)用運(yùn)算放大器集成電路制作的本發(fā)明專(zhuān)利的一個(gè)特例。R1、R4、R5、R8組成調(diào)零模塊，通過(guò)R4電位器調(diào)節(jié)UlB的基準(zhǔn)置電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)后面輸出的調(diào)零；集成雙運(yùn)放U1A、UlB與周?chē)碾娮璧冉M成第一放大模塊，UlA與R17、R14組成同相跟隨器電路將輸入電壓進(jìn)行阻抗變換以提高輸入電阻減小對(duì)被測(cè)電路的影響R17、R14是運(yùn)算放大器的偏置電阻降低放大器的零點(diǎn)飄移，U1B、R11、R9組成20dB反相運(yùn)算放大器對(duì)輸入電壓信號(hào)進(jìn)行放大，兩級(jí)共同構(gòu)成第一放大模塊。同理U2A、U2B構(gòu)成第二放大模塊，U2A、R15、R18組成同相跟隨器電路將輸入電壓進(jìn)行阻抗變換以提高輸入電阻減小對(duì)被測(cè)電路的影響R15、R18是運(yùn)算放大器的偏置電阻降低放大器的零點(diǎn)飄移，U2B、R2、RIO、R12、R6組成20dB反相運(yùn)算放大器對(duì)輸入電壓信號(hào)進(jìn)行放大，該反相放大器通過(guò)R12、R6構(gòu)成加法器對(duì)第一模塊送過(guò)來(lái)的信號(hào)與本級(jí)信號(hào)實(shí)現(xiàn)加法運(yùn)算完成多級(jí)放大，U2A、U2B兩級(jí)共同構(gòu)成第二放大模塊。U3A、R16、R20組成同相跟隨器電路將輸入電壓進(jìn)行阻抗變換以提高輸入電阻減小對(duì)被測(cè)電路的影響，R16、R20是運(yùn)算放大器的偏置電阻降低放大器的零點(diǎn)飄移，R20同時(shí)也是衰減網(wǎng)絡(luò)的分壓電阻之一，變換后的電壓信號(hào)通過(guò)R7、R13、U3B實(shí)現(xiàn)加法運(yùn)算后通過(guò)整流變換成直流，最后由U4數(shù)字表頭顯示測(cè)量值完成測(cè)量過(guò)程，U4也可以換成傳統(tǒng)的指針式表頭或同用數(shù)字、指針表頭實(shí)現(xiàn)雙顯示。R19、R21、R22與R20組成分壓網(wǎng)絡(luò)，對(duì)電壓高于200mV的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行分壓至200mV的統(tǒng)一強(qiáng)度送入整流變換器變換。V1、V2為雙電源 為運(yùn)算放大器提供放大電源。
權(quán)利要求
1.一種交直流通用毫伏表電路，由調(diào)零模塊、放大模塊、整流變換模塊、衰減網(wǎng)絡(luò)、顯示模塊和電源電路組成，其特征在于:調(diào)零模塊I與第一高阻輸入20dB放大模塊2連接，第一高阻輸入20dB放大模塊2再連接第二高阻輸入20dB放大模塊3，第二高阻輸入20dB放大模塊3后面連接交直流變換模塊4，交直流變換模塊4最后連接顯示單元5，毫伏表輸入端口 6接到檔位開(kāi)關(guān)7，檔位開(kāi)關(guān)7的2mV檔連接到第一高阻輸入20dB放大模塊，20mV檔連接第二高阻輸入20dB放大模塊，200mV、2V、20V、200V四個(gè)電壓檔分別連接電壓衰減網(wǎng)絡(luò)，電壓衰減網(wǎng)絡(luò)后面連接交直流變換模塊。電源模塊連接各放大模塊及交直流變換模塊。
2.如權(quán)利I所述的一種交直流通用毫伏表電路，其特征在于:顯示模塊是由數(shù)字式表頭組成。
3.如權(quán)利I所述的一種交直流通用毫伏表電路，其特征在于:顯示模塊是由指針式表頭組 成。
全文摘要
一種交直流通用型毫伏表電路，由調(diào)零模塊、放大模塊、整流變換模塊、衰減網(wǎng)絡(luò)和電源組成，調(diào)零模塊1、第一高阻輸入20dB放大模塊2、第二高阻輸入20dB放大模塊3、交直流變換模塊4、顯示單元5依次串聯(lián)；毫伏表輸入端口6接到檔位開(kāi)關(guān)7，檔位開(kāi)關(guān)7的2mV檔連接到第一高阻輸入20dB放大模塊，20mV檔連接第二高阻輸入20dB放大模塊，200mV、2V、20V、200V四個(gè)電壓檔分別連接電壓衰減網(wǎng)絡(luò)，電壓衰減網(wǎng)絡(luò)后面連接交直流變換模塊。在信號(hào)輸入分檔位時(shí)就開(kāi)始對(duì)不同強(qiáng)度的電信號(hào)進(jìn)行分開(kāi)放大，從而最大限度地避免了放大器自身的噪聲信號(hào)對(duì)測(cè)量的影響提高測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01R19/00GK103226163SQ201310081608
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者趙洪, 劉國(guó)美 申請(qǐng)人:麗水職業(yè)技術(shù)學(xué)院