自制无线电综合测量仪.docx

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自制无线电综合测量仪

在无线电工程或业余制作中，常常需要利用多种仪器仪表，为此，笔者设计了这台无线电综合测量仪，它具有以下特点：

（1）功能多，集交、直流电压表，交、直流电流表，欧姆表，晶体管β测试仪，数字频率计，电容电感测量仪，函数信号发生器，正、负直流稳压电源于一身：

（2）测量范围宽；（3）测量精度高，电容、电感、频率的最小分辨率别离为1pF、1mH、1Hz；（4）显示直观易渎，电压、电流、电阻、β各挡均为线性刻度，电容、电感、频率均为4位有效数字显示，（5）采纳集成电路设计，电路结构简练合理，工作稳固靠得住。

技术指标

1．测量范围：

（1）交、直流电压：

0．1mV～1000V，内阻3MΩ，共分11挡量程。

（2）交、直流电流：

0．1μA～1A，内阻0．01Ω／A，共分11挡量程。

（3）电阻：

0．1Ω-3MΩ，共分11挡量程。

（4）晶体管β值：

1～300。

（5）电容：

lpF～9999μF，共分3挡量程。

（6）电感：

1mH～9999mH。

（7）频率：

1Hz～9999kHz，共分2挡量程；输人灵敏度小于20mV。

2．测量误差：

≤5％

3．信号源：

10Hz～100kHz，共分2挡，可输出方波、三角波，正弦波，输出电平可调。

4．电源：

可外供土（1．2～30）V，1．5A，两路独立，持续可调。

电路工作原理

整机电路由模拟测量电路、数字测量电路、函数发生器和电源电路四大部份组成。

1．模拟测量电路部份

 该部份包括测量交、直流电压，交、直流电流，电阻值及晶体管β值等功能，其电路图见图1。

Sl为量程选择开关，其各挡位Ω、V、A的满度值见表1。

S2为测量选择开关：

S3为交、直流选择开关。

 该部份的核心是由运放ICl组成的高输入阻抗（10MΩ）、高灵敏度（10mV）交直流两用电压表，微安表头PA接在ICl反馈回路中。

其突出优势是表头内阻和整流二极管的温度特性对流过PA的电流无阻碍，保证了较高的测量精度。

PA中的电流Ipa＝Vi/R-，式中：

Vi为输入电压；R-为lCl负输入端对地电阻，即R27（交流）或R28（直流）。

该电压表设计为10mV满度（100μA），故测直流时R28=10mV／0．1mA=100Ω；测交流时，因PA反映的是正弦交流电的平均值，而经常使用量是有效值，需换算，故R27=0．9×（10mV／0．1mA）＝90Ω。

 测电压时，输入电压Vi经R3～R13组成的总阻值3MΩ的分压电阻串接地，通过改变10mV电压表从电阻串中截获电压的位置，即可实现不同挡位的电压测量。

 测电流时，输入电流流经R14～R24组成的取样电阻串中的一节或多节，通过10mV电压表测量取样电阻上的压降，来间接测量电流。

由于10mV电压表的高灵敏度，因此取样电阻阻值可选得极小（0．01Ω／A），对被测电路的阻碍几乎能够忽略。

 电阻的测量采纳了恒流测量法，VTI与R1或R2组成恒流源，提供lmA或1μA的恒定电流，通过测量该恒定电流在被测电阻Rx上的压降，即可间接测知Rx的电阻值。

采纳恒流法测电阻的突出优势是表头指示的电阻值为线性刻度，直观易读，并可与电压、电流挡共用刻度线。

与一般万用表电阻刻度不同的是，阻值越大表头指针向右偏转角度越大，即0Ω在最左侧（0V、0A位置），本量程最大阻值在最右边（满度）。

 测晶体管β值时，由VT2恒流源（NPIN管）或VT3恒流源（PNP管）向被测晶体管提供10μA基极电流，测量集电极电流即可得知其β值。

2，数字测量电路部份

 该部份包括测量电容、电感、频率等功能，电路图见图2。

S4为测量选择开关，其各挡位功能见表2。

 该部份设计为4位有效数字显示，采纳4块CMOS十进制计数／锁存／译码／驱动显示组合电路CLl02组成，简化了接线，提高了靠得住性。

   IC八、IC9等组成秒脉冲发生电路，输出T1＝T0＝ls的对称方波脉冲，经IC3—一、2和C4、R35和G五、R36两套微分电路，形成包括EN（计数／维持）、IK（送数／锁存）、R（清零）等的闸门脉冲，去操纵计数／显示电路，其波形如图3所示。

测频率时，被测信号fx经VT6、ICl0、IC3—五、IC3—6放大整形后，送人计数／显示电路。

IC1一、IC122组成“÷1000”（三级10分频）电路，fx经“÷1000”电路分频后，计数显示值的单位即为kHz。

 测电容、电感时，IC2与被测电容Cx或被测电感Lx组成多谐振荡器，其输出脉宽与Cx或Lx的值成比例关系。

用该多谐振荡器的输出信号取代秒脉冲信号，形成与Cx或Lx相关的EN、LE、R等新的闸门脉冲，去对IC3—3、IC3—4产生的100kHz标准脉冲计数，即可直接显示出Cx或Lx的值。

3,函数发生器部份

 电路见图4，采纳ICL8038专用集成电路，结构简练，功能较全。

产生的方波、三角波、正弦波信号经ICl4放大后输出，提高了工作稳固性和输出电平。

S5为频率粗调开关，RPl为频率细调，RP2为输出电平调剂，S6为波形选择开关。

4，电源部份

 电路图见图5，共产生正、负5种电源，其中：

土12V、+5V供本机内部利用；土（1．2～30）V输出外供，电压持续可调，最大可供电流1．5A。

RP3、RP4别离为正、负输出电源电压调剂，S7为正、负电压指示选择开关。

制作与调试

1．元器件选择与自制

    ICl、ICl4为LF351或TL081单运放。

IC2为NE555时基电路。

IC3为CD4069六反相器。

IC4-IC7为CLl02十进制计数／锁存／译码／驱动显示组合电路。

IC8为KD3252模拟石英钟电路。

IC9为CD4001四2输人或非门。

ICl0为μPCI651宽带放大器。

IC1一、ICl2为CD4518双十进制同步计数器。

ICl3为ICL8038函数发生器。

ICl5为LM7812正稳压器。

ICl6为LM7805正稳压器。

ICl7为LM317可调正稳压器。

ICl8为LM337可调负稳压器。

ICl9为LM7912负稳压器。

PA为100μA电流表头，内阻不限。

PV为30V直流电压表。

电源变压器采用次级具有双30V和双15V，功率大于80W的。

电阻R3～R13为1／2W，其余电阻均为l／4W。

R20-R24等特小阻值电阻可用漆包线自制：

R24用长约29cm的2l号线（Φ0．8）；R23用长约18cm的27号线（Φ0．4）；R22用长约16cm的34号线（Φ0．23）；R21用长约2lcm的38号线（Φ0．14）；R20用长约20cm的44号线（Φ0．08）；以上线段均需用周密电桥准确测量阻值，然后对折绕成无感状即可。

其余元器件的选择参见电路图。

2．制作

 电阻串等与各波段开关相连的元器件直接焊在波段开关的引脚上，以减少有害杂散耦合。

各信号输入、输出端应采纳屏蔽线，以防干扰。

4个计数／显示组合电路直接固定在面板上，数码面朝外。

电源部份各集成稳压块需安装散热板。

整机面板结构可参见图6。

3．调试

 模拟测量部份：

（1）S1置“1”挡，调R1使VTl源极对地电流为lmA；

（2）S1置“6”挡，调R2使VTI源极对地电流为lμA；（3）凋R25使VT2源极对地电流为10μA；（4）调R26使+12V对VT3电流为10μA；（5）S2置“V”挡，S1置“5”挡，S3置“直流”挡，表笔处输入1V电压，调R28使PA满刻度；（6）在上一步基础上，将S3改置“交流”挡，调R27使PA满刻度。

 函数发生器部份：

（1）调R51，使输出方波对称；

（2）S5置“kHz'’

挡，RPl旋至最高端（动臂靠近R49），调R49使输出频率为100kHz；（3）RP直旋至最低端（动臂靠近R50），调R50使输出频率为1kHz；（4）反复调R54、R55，使输出正弦波失真最小。

 其余部份无需调试。