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數(shù)字電壓表(數(shù)字面板表)是當前電子、電工、儀器、儀表和測量領(lǐng)域大量使用的一種基本測量工具有關(guān)數(shù)字電壓表的書籍和應(yīng)用已經(jīng)非常普及了。這里展示的一份由 ICL7106 A/D 轉(zhuǎn)換電路組成的數(shù)字電壓表(數(shù)字面板表)電路，就是一款最通用和最基本的電路。 與 ICL7106 相似的是 ICL7107 ，前者使用 LCD 液晶顯示，后者則是驅(qū)動 LED 數(shù)碼管作為顯示，除此之外，兩者的應(yīng)用基本是相通的。 電路圖中，僅僅使用一只 DC9V 電池，數(shù)字電壓表就可以正常使用了。按照圖示的元器件數(shù)值，該表頭量程范圍是±200.0mV。當需要測量 ±200mV 的電壓時，信號從 V-IN 端輸入，當需要測量 ±200mA 的電流時，信號從 A-IN 端輸入，不需要加接任何轉(zhuǎn)換開關(guān)，就可以得到兩種測量內(nèi)容。 也有許多場合，希望數(shù)字電壓表(數(shù)字面板表)的量程大一些，那么，只需要更改 2 只元器件的數(shù)值，就可以實現(xiàn)量程為 ±2.000V 了。更改的元器件具體位置和數(shù)值見下圖的 28 和 29 兩只引腳： 在有了一只數(shù)字電壓表(數(shù)字面板表)之后，按照下面的圖示，給它配置一組分流電阻，就可以實現(xiàn)多量程數(shù)字電流表，分檔從 ±200uA 到 ±20A 。但是要注意：在使用 20A 大電流檔的時候，不能再有開關(guān)來切換量程，應(yīng)該專門配置一只測量插孔，以防燒毀切換開關(guān)。 與多量程電流表對應(yīng)的是經(jīng)常需要使用多量程電壓表，按照下圖配置一組分壓電阻，就可以得到量程從 ±200.0mV 至 ±1000V 的多量程電壓表。 測量電阻與測量電流或者電壓一樣重要，俗稱“三用表”，利用數(shù)字電壓表做成的多量程電阻表，采用的是“比例法”測量，因此，它比起指針萬用表的電阻測量來具有非常準確的精度，而且耗電很小，下圖示中所配置的一組電阻就叫“基準電阻”，就是通過切換各個接點得到不同的基準電阻值，再由 Vref 電壓與被測電阻上得到的 Vin 電壓進行“比例讀數(shù)”，當 Vref ＝ Vin 時，顯示就是 Vin/Vref*1000=1000 ，按照需要點亮屏幕上的小數(shù)點，就可以直接讀出被測電阻的阻值來了。 在產(chǎn)品數(shù)字萬用表中，為了節(jié)省成本和簡化電路，測量電流的分流電阻和測量電壓的分壓電阻以及測量電阻的基準電阻往往就是同一組電阻。這里不討論數(shù)字萬用表的電路，僅僅是幫助讀者在單獨需要使用某種功能時，可以有一定的參考作用。 下圖是一個最簡單的 10 倍放大電路，運算放大器使用的是精度比較高的 OP07 ，利用它，可以把 0～200mV 的電壓放大到 0～2.000V。在使用的數(shù)字電壓表量程為 2.000V 時，（例如 ICL7135 組成的 41/2 數(shù)字電壓表，基本量程就是 2.000V。）特別有用。 如果把它應(yīng)用在基本量程為 ±200.0mV 的數(shù)字電壓表上，就相當于把分辨力提高了 10 倍，在一些測量領(lǐng)域中，傳感器的信號往往覺得太小了，這時，可以考慮在數(shù)字電壓表前面加上這種放大器來提高分辨力。 在電流或者電壓的測量中，經(jīng)常遇見測量的并不是直流而是交流，這時候，絕對不可以把交流信號直接輸入到數(shù)字電壓表去，必須先把被測的交流信號變成直流信號后，才可以送入數(shù)字電壓表進行測量。下圖就是一個把交流信號轉(zhuǎn)換成為直流信號的參考電路。（說明：更好的交流轉(zhuǎn)換成為直流的電路是一種“真有效值”轉(zhuǎn)換電路，但是由于其專用芯片價格昂貴，多應(yīng)用在一些高檔場合。） 本電路中，輸入的是 0～200.0mV 的交流信號，輸出的是 0～200.0mV 的直流信號，從信號幅度來看，并不要求電路進行任何放大，但是，正是電路本身具有的放大作用，才保證了其幾乎沒有損失地進行 AC － DC 的信號轉(zhuǎn)換。因此，這里使用的是低功耗的高阻輸入運算放大器，其不靈敏區(qū)僅僅只有 2mV 左右，在普通數(shù)字萬用表中大量使用，電路大同小異。 在溫度測量和其他物理及化學量的測量中，經(jīng)常會出現(xiàn)“零點”的時候信號不是零的情況，這時候，下面的“電橋輸入”電路就被優(yōu)先采用了。可以根據(jù)被測信號的特點，用傳感器替換電橋回路中的某一個電阻元件。數(shù)字電壓表的兩個輸入端也不再有接地點，作為一種典型的“差分”輸入來使用了。 電橋輸入電路的變種還可以延伸到下面的電路，這是一個把 4～20mA 電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字顯示的電路。它的零點就是 4mA 而不是 0mA 。當輸入零點電流為 4 mA 的時候，利用 IN- 上面建立起來的電壓，抵消掉 IN+ 由于 4mA 出現(xiàn)的無用信號，使得數(shù)字電壓表差分輸入＝0,就實現(xiàn)了 4mA 輸入時顯示為 0 的要求。隨著信號的繼續(xù)增大，例如到了 20mA ，對數(shù)字電壓表來說，相當于差分輸入電流為 20-4=16mA ，這個 16mA 在 62.5R 電阻上的壓降，就是數(shù)字電壓表的最大輸入信號。這時候，把數(shù)字電壓表的基準電壓調(diào)整到與 16*62.5＝1000mV 相等，顯示就是 1000 個字！ 應(yīng)用提示： 1.數(shù)字電壓表(數(shù)字面板表)的具體應(yīng)用電路是何止千萬的，只要掌握了一些最基本的應(yīng)用，就可以舉一反三地越來越熟練，熟就能生巧，就能按照您的構(gòu)思去得心應(yīng)手地用好它！ 2.盡管數(shù)字電壓表的輸入阻抗可以達到 1000 兆歐姆，但是，這個阻抗僅僅是對輸入信號而言的，與通常電力系統(tǒng)泛稱的“絕緣電阻”有著天壤之別！因此，千萬不能把高于芯片供電電壓的任何電壓輸入到電路中！以免造成損失或者危險！ 3.數(shù)字電壓表(數(shù)字面板表)屬于一種測量工具，其本身的好壞直接影響到測量結(jié)果，因此，上面所有例子中，其使用的電阻要求精度均不能低于 1% ，在分流、分壓和標準電阻鏈中，最好能夠使用 0.5% 或者 0.1% 精度的電阻。電路中使用的電容器也要求使用一種俗稱為 CBB 的電容，除各別地方之外，一般是不能使用瓷介電容的。 4.不要在電路本身沒有送上工作電源的時候就加上信號，這很容易損壞芯片。斷掉工作電源前也必須先把信號撤掉。 5.數(shù)字電壓表(數(shù)字面板表)的使用和擴展應(yīng)用，還必須很好閱讀產(chǎn)品供貨商提供的說明書，千萬不要急于送電使用它。 |
