專利名稱：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)明專利屬于電子測量儀器技術(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題；如何準(zhǔn)確測量模擬信號的電壓值一直是電氣測量研究領(lǐng)域的重要內(nèi)容之一。對于測量數(shù)值較小處于毫伏級、微伏級的電壓信號，通常運(yùn)用毫伏表來完成。毫伏表要求能夠測量微伏或毫伏級的電壓，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量檔如100V、300V等檔位以滿足測量數(shù)百伏電壓的需求，交流測量的頻率范圍至少應(yīng)能滿足音頻范圍電信號的測量需求。為了能夠滿足上述需求，典型的毫伏表電路采用兩級衰減網(wǎng)絡(luò)、兩級放大電路形式設(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)一衰減成毫伏級小電壓信號，該信號經(jīng)前置放大模塊3放大后再送到第二級衰減網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行再次衰減實(shí)現(xiàn)電壓的檔位轉(zhuǎn)換，電壓信號還要經(jīng)電壓放大模塊5放大到足夠強(qiáng)信號才由整流變換模塊變換后由表頭指示出來完成測量過程。由于整個(gè)過程放大增益數(shù)過大，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，例如我國最經(jīng)典的DA-16、MF-20型毫伏表等均是如此。為了保證測量精度檢測信號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統(tǒng)一衰減成弱信號再放大至規(guī)定的信號強(qiáng)度，這個(gè)過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量精度。1985年6月8日公布的發(fā)明專利號85104346《單級復(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，無法用于測量直流毫伏信號。1987年5月13日國家專利局公布了一種《校驗(yàn)、量兩用數(shù)字毫伏表》專利號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量，該基本表僅能測量200mV的電壓范圍遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際測量要求。2005年3月30日國家專利局公布的實(shí)新型專利《智能交流數(shù)字毫伏表》專利號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)專利毫伏表的結(jié)構(gòu)與后來公布的專利號ZL201020588646.3《一種交流電子毫伏表》、專利號ZL201120045380.2《一種基于電壓測量的智能數(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)芯片型號不同。 專利ZL200820228356.0《一種直流毫伏表》則提供了一種通過V/F轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)直流電測量的毫伏表不能測量交流毫伏參數(shù)。上述毫伏表電路存在著一些共同問題就是結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高，而且僅限于單一測量交流或直流電毫伏參數(shù)，無法實(shí)現(xiàn)交直流電測量共用，受單片機(jī)運(yùn)算速度的影響測量的頻率范圍較小。表內(nèi)的單片機(jī)芯片基本提供數(shù)字顯示驅(qū)動(dòng)，其性價(jià)比己遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如直接采用專用數(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，但數(shù)字在動(dòng)態(tài)測量等許多情況下不如指針式直觀，很多應(yīng)用者仍對指針式有個(gè)人愛好，上述專利技術(shù)也不能解決指針式與數(shù)字式共同 顯示的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利所要解決的技術(shù)問題是:提供一種能夠?qū)涣髋c直流毫伏信號測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)式顯示也可以兩者共同顯示，電路采用通用元器件組成，電路結(jié)構(gòu)簡單測量準(zhǔn)確，降低電路成本提高儀表的通用性。本發(fā)明專利所要解決其技術(shù)問題采用的技術(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接到檔位開關(guān)7，檔位開關(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)明專利可取得的有益之處:1.在信號輸入分檔位時(shí)就開始對不同強(qiáng)度的電信號進(jìn)行分開放大，最小的2mV信號進(jìn)行第一、第二兩級放大，20mV檔只進(jìn)行第二級放大，200mV以后的較強(qiáng)信號不經(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對測量的影響提高測量精度；2.使用運(yùn)算放大器組成的直流多級放大技術(shù)與整流模塊實(shí)現(xiàn)交直流通用測量，本發(fā)明專利電路全部由直流放大電路構(gòu)成，可以應(yīng)用在交直流毫伏測量，前置設(shè)有一個(gè)調(diào)零裝置，通過調(diào)整零點(diǎn)提高測量精度，測量頻率范圍由運(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，也可以兩者共同使用滿足不同愛好人群應(yīng)用習(xí)慣，為測量動(dòng)態(tài)值帶來直觀的效果。


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)明專利毫伏表電路原理框圖。附圖3是本發(fā)明專利一個(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，在測試前儀器經(jīng)預(yù)熱后調(diào)零保證電表起始測量處于零電位。信號從輸入端6接入后送到檔位開關(guān)7的動(dòng)觸點(diǎn)，在用戶撥動(dòng)檔位選擇開關(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，對于2mV以下的電壓提供二級放大至200mV, 20mV略強(qiáng)的信號提供一級放大至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量帶來誤差。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)明專利的一個(gè)特例。R1、R4、R5、R8組成調(diào)零模塊，通過R4電位器調(diào)節(jié)UlB的基準(zhǔn)置電壓，實(shí)現(xiàn)對后面輸出的調(diào)零；集成雙運(yùn)放U1A、UlB與周圍的電阻等組成第一放大模塊，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被測電路的影響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)算放大器對輸入電壓信號進(jìn)行放大，兩級共同構(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被測電路的影響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)算放大器對輸入電壓信號進(jìn)行放大，該反相放大器通過R12、R6構(gòu)成加法器對第一模塊送過來的信號與本級信號實(shí)現(xiàn)加法運(yùn)算完成多級放大，U2A、U2B兩級共同構(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被測電路的影響，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，變換后的電壓信號通過R7、R13、U3B實(shí)現(xiàn)加法運(yùn)算后通過整流變換成直流，最后由U4數(shù)字表頭顯示測量值完成測量過程，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)，對電壓高于200mV的測量信號進(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接到檔位開關(guān)7，檔位開關(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接到檔位開關(guān)7，檔位開關(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。在信號輸入分檔位時(shí)就開始對不同強(qiáng)度的電信號進(jìn)行分開放大，從而最大限度地避免了放大器自身的噪聲信號對測量的影響提高測量精度。
文檔編號G01R19/00GK103226163SQ201310081608
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者趙洪, 劉國美 申請人:麗水職業(yè)技術(shù)學(xué)院