数字万用表的制作与校准.docx

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数字万用表的制作与校准

830数字万用表原理、组装与调试

一.实践目的

830数字万用表是一种LCD数字显示多功能、多量程的31/2位便携式电工仪表，可以测量直流电流（DCA）、交直流电压（ACV）、电阻值和晶体管共射极直流放大系数hFE和二极管等。

通过对830数字万用表的安装、焊接、调试，可了解830数字万用表装配的全过程，掌握元器件的识别、测试及整机装配和调试工艺。

二.实践要求

1.掌握830数字万用表的工作原理；

2.对照原理图，看懂830数字万用表的装配接线图；

3.对照原理图，了解830数字万用表的电路符号、元件和实物；

4.根据技术指标测试各元器件的主要参数；

5.掌握830数字万用表调试的基本方法，学会排除焊接和装配过程中出现的故障；

6.掌握830数字万用表的使用方法；

7.掌握一定的用电知识及电工操作技能；

8.学会使用一些常用的电工工具及仪表，如尖嘴钳、剥线钳、万用表等；

9.养成严谨、细致的工作作风。

三.830数字万用表简介

830数字万用表以集成电路7106为核心，电路简洁、功能齐全、体积小巧、外观精致，便于携带。

其主要技术指标如表1所示。

表1830数字万用表主要技术指标

一般特性

直流电流

显示

31/2位LCD自动极性显示

量程

分辩力

精度

超量程显示

最高位显示“1”其它位空白

200uA

0.1uA

±1.0%读数±.3字

最大共模电压

500V峰值

2000uA

1uA

±1.0%读数±.3字

储存环境

-15°C至50°C

20mA

10uA

±1.0%读数±.3字

温度系数

小于0.1×准确度/°C

200mA

100uA

±1.5%读数±5字

电源

9V叠层电池

10A

10mA

±2.0%读数±10字

外形尺寸

128×75×24mm

交流电压

直流电压

量程

分辩力

精度

量程

分辩力

精度

200V

100mV

±1.2%读数±10字

200mV

0.1mV

±0.5%读数±2字

750V

1V

±1.2%读数±10字

2000mV

1mV

±0.5%读数±3字

电阻

20V

10mV

±0.5%读数±3字

量程

分辩力

精度

200V

100mV

±0.5%读数±3字

200Ω

0.1Ω

±1.0%读数±10字

1000V

1V

±0.8%读数±3字

2000Ω

1Ω

±1.0%读数±2字

晶体管检测

20KΩ

10Ω

±1.0%读数±2字

量程

测试电流

开路电压/测试电压

200KΩ

100Ω

±1.0%读数±2字

二极管

1.4mA

2.8V

2000KΩ

1KΩ

±1.0%读数±2字

三极管

Ib=10uA

Vce=3V

四.830数字万用表工作原理

DT830B数字万用表以大规模集成电路7106为核心，其原理框图如图1所示。

输入的电压或电流信号经过一个开关选择器转换成0～199.9mV的直流电压。

例如输入信号100VDC，就用1000：

1的分压器获得100.0mVDC；输入信号100VAC，首先整流为100VDC，然后再分压成100.0mVDC。

电流测量则通过选择不同阻值的分流电阻获得。

采用比例法测量电阻，方法是利用一个内部电压源加在一个己知电阻值的系列电阻和串联在一起的被测电阻上。

被测电阻上的电压与己知电阻上的电压之比值，与被测电阻值成正比。

输入7106的直流信号被接入一个A/D转换器，转换成数字信号，然后送入译码器转换成驱动LCD的7段码。

A/D转换器的时钟是由一个振荡频率约48KHz的外部振荡器提供的，它经过一个1/4分频获得计数频率，这个频率获得2.5次/秒的测量速率。

四个译码器将数字转换成7段码的四个数字，小数点由选择开关设定。

图1原理框图图2引脚排列

1．7106介绍

管脚功能

7106共有42个引出端，引脚排列如图5.2所示，引脚功能说明如表2所示。

表27106管脚功能说明

管脚名

功能说明

V+、V-

分别为电源的正、负端。

COM

模拟信号的公共端，简称“模拟地”，使用时通常将该端与输入信号的负端、基准电压的负端短接。

TEST

测试端，该端经内部500Ω电阻接数字电路公共端，因这两端呈等电位，故亦称之为“数字地（GND或DGND）”、“逻辑地”。

此端有两个功能，一是作“测试指示”，将它与V+相接后，LCD显示器的全部笔段点亮，应显示出1888（全亮笔段），据此可确定显示器有无笔段残缺现象；第二个功能是作为数字地供外部驱动器使用，例如构成小数点驱动电路。

a1~g1

a2~g2

a3~g3

分别为个位、十位、百位笔段驱动端，依次接液晶显示器的个、十、百位的相应笔段电极。

LCD为7段显示（a~g），DP（DigitalPoint）表示小数点。

bc4

千位（即最高位）笔段驱动端，接LCD的千位b、c段，这两个笔段在内部是连通的，当计数值N>1999时，显示器溢出，仅千位显示“1”，其余位均消隐，以此表示过载。

POL

负极性指示驱动端。

BP

液晶显示器背面公共电极的驱动端，简称“背电极”

OSC1~OSC3

时钟振荡器的引出端，与外接阻容元件构成两级反相式阻容振荡器。

Vref+

基准电压的正端，简称“基准+”，通常从内部基准电压源获取所需要的基准电压，也可采用外部基准电压，以提高基准电压的稳定性。

Vref-

基准电压的负端，简称“基准-”。

Cref+、Cref

外接基准电容的正、负端。

IN+、IN-

模拟电压输入端，分别接被测直流电压Vin的正端与负端。

Caz

外接自动调零电容Caz端，该端接芯片内部积分器的反相输入端。

BUF

缓冲放大器的输出端，接积分电阻Rint。

INT

积分器输出端，接积分电容Cint。

2.工作原理

7106内部包括模拟电路（即双积分式A/D转换器）和数字电路两大部分。

模拟电路与数字电路是互相联系的，一方面控制逻辑单元产生控制信号，按照规定的时序控制模拟开关的接通或断开；另一方面模拟电路中的比较输出信号又控制数字电路的工作状态与显示结果。

模拟电路

7106内部模拟电路（即双积分式A/D转换器）主要由基准电压源、缓冲器、积分器、比较器和模拟开关所组成，如图3所示。

A/D转换器的每个测量周期分成三个阶段：

自动调零（AZ），正向积分（INT），反向积分（DE）。

图37106内部的模拟电路

第一阶段，自动调零AZ（AUTO-ZERO）：

在此阶段，SAZ闭合，SINT、SDE断开，完成以下工作：

第一，将IN+，IN-的外部引线断开，并将缓冲器的同相输入端与模拟地短接，使芯片内部的输入电压VIN=0V；第二，反积分器反相输入端与比较器输出端短接，此时反映到比较器的总失调电压对自动调零电容CAZ充电，以补偿缓冲器，积分器和比较器本身的失调电压，可保证输入失调电压小于10uV，第三，基准电压Vref向基准电容Cref充电，使之被充到Vref，为反向积分做准备。

第二阶段，正向积分（亦称信号积分或采样）INT（integral）：

此时SINT闭合，SAZ和SDE断开，切断自动调零电路并去掉短路线，IN+，IN-端分别被接通，积分器和比较器开始工作。

被测电压VIN经缓冲器和积分电阻后送至积分器。

积分器在固定时间T1内，以VIN/（RINT-CINT）的斜率对VIN进行定时积分。

令计数脉冲的频率为FCP，周期为TCP，则T1=1000TCP。

当计数器计满1000个脉冲数时，积分器的输出电压为

V0=KT1÷（RintCint）×Vin

（1）

式中，K是缓冲放大器的电压放大系数，T1也叫采样时间。

在正向积分结束时，VIN的极性即被判定。

第三阶段，反向积分，亦称解积分DE（DecomposeIntegral）：

在此阶段，SAZ，SINT断开，SDE+，SDE-闭合。

控制逻辑在对VIN进行极性判断之后，接通相应极性的模拟开关，将CREF上已充好的基准电压接相反极性代替VIN，进行反向积分。

经过时间T2，积分器的输出又回零。

在反向积分结束时有：

V0=（KT2VREF）÷（RINTCINT）

（2）

将（5.1）代入（5.2）中整理后得到：

T2=T1÷VREF×VIN（3）

假定在T2时间内计数值（即仪表显示值，不计小数点）为N，则T2=NTCP。

代入（5.3）中得到：

N=T1÷（TCPVREF-）×VIN（4）

显见，T1、TCP、VREF均为定值，故N仅与被测电压VIN成正比，由此实现了模拟量—数字量的转换。

在测量过程中，7106能自动完成下述循环：

将T1=1000TCP，Vref=100.0mV代入第4式得到

N=1000÷VREF×VIN=1000÷100.0×VIN=10VIN（5）

即VIN=0.1N（6）

只要把小数点定在十位后面，即可直读结果。

满量程时N=2000，VIN=Vm，由（4）式很容易导出满量程电压Vm与基准电压Vref的关系式：

Vm=2Vref（7）

显然，当Vref=100.0mV时，Vm=200mV；Vref=1000mV时，Vm=2V。

上述关系是由7106本身特性所决定的，外部无法改变。

3½位数字电压表的最大显示值为1999，满量程时将显示过载（溢出）符号“1”。

数字电路

7106的数字电路如图5.4所示，主要包括8个单元电路：

时钟振荡器、分频器、计数器、锁存器、译码器、异或门相位驱动器、控制逻辑、31/2位LCD显示器，图中虚线框内表示7106的数字电路，框外是外围电路。

图47106的数字电路

时钟振荡器由7106A内部的反相器F1、F2，以及外部阻容元件R、C组成，属于两级反相式阻容振荡器，可输出占空比D≈50%的对称方波。

振荡频率与振荡周期的估算公式分别为：

f0≈0.455/RC（8）

T0≈2RCln3=2.2RC（9）

因完成一次A/D转换需16000个时钟周期，故测量周期T=16000T0，所对应的测量速率为

MR=f0/16000（10）

对时钟频率进行逐级分频，即可得到所需计数频率fCP、LCD背电极方波信号频率fBP。

分频器由一级4分频电路和一级200分频电路构成，整个分频电路可完成800分频。

其中的200分频电路，实际包含一级2分频电路和两级10分频电路。

假定时钟频率f0=40KHz，则计数频率fCP=40KHz÷4=10KHz，背电极信号频率fBP=40KHz÷800=50Hz。

7106采用二—十进制BCD（BinaryCodedDecimal）码计数器。

每个整数位的计数器均由4级触发器的门电路组成。

最高位亦称½位（千位），只有0和1两种计数状态，故仅用一级触发器。

译码器和译码器之间，仅当控制逻辑发出选通信号时，计数器中的A/D转换结果才能在计数过程中不断跳数，便于观察与记录。

控制逻辑具有3种功能：

第一，识别积分器的工作状态，知时发出控制信号，使模拟开关按规定顺序接通或断开，确保A/D转换正常进行；第二，判定输入电压VIN的极性，并且使LCD显示器的在负极性Vin时显示；第三，当输入电压超量程时发出溢出信号，使千位上显示“1”，其余位均消隐。

3.7106的典型应用

直流电压测量

图5为直流电压测量简化图，输入电压被分压电阻分压（分压电阻之和为1MΩ），每档分压系数为1/10，分压后的电压必须在-0.199V~+0.199V之间，否则将过载显示，过载显示为仅在最高位显示“1”其余