CN201335861Y - 一种直流毫伏表 - Google Patents

Abstract

一种直流毫伏表，其特征在于，放大电路采两级线性放大电路输出电压模拟信号，通过还输入有精密温度补偿型晶振产生的经CD4520分频的时钟脉冲的V/F转换器将放大处理的电压模拟信号转换为频率信号，数字频率计测定频率信号计数、译码后数字显示被测电压；选用ICL7650、OP－07作为放大电路的两级线性放大电路，保证放大电路的准确度与稳定，也保证了零漂和时漂；选用包含AD652芯片的V/F集成电路做为转换器，同时由精密温度补偿型晶振产生的输入时钟脉冲，以保证转换器的线性输出；实现0～100mV的精确测量，分辨率为1μV，具有很好的准确度和稳定性。

Description

一种直流毫伏表

技术领域

本实用新型属于电子仪器技术领域，特别涉及一种直流毫伏表。

背景技术

在工业生产过程中经常会遇到检测毫伏甚至更小的直流电压信号，虽然现在数字多用表一般都有毫伏档，但量程多为200mV，且跳数较大，精度较低，很难满足测量100mV，甚至10mV以下的直流小电压信号的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种直流毫伏表，设计了新的放大电路保证放大部分的准确度和稳定，采用V/F转换器作为作为频率转换，并设计了外部时钟脉冲电路保证其稳定性，实现0～100mV的精确测量。

要实现直流毫伏表的高精度测量，就要对测量信号放大处理，并对信号进行频率转换，再通过检测频率后转化为结果显示。其中，放大电路是测试系统对信号提取及处理的核心，要求放大器能对信号进行低失调、低漂移的线性放大。因为输入信号为微弱的直流信号，而输入信号中的纹波、噪声及放大器本身的噪声干扰直接影响到测量结果。斩波运放器ICL7650是Intersil公司利用动态校零技术和的CMOs工艺制作的斩波稳零式斩波运放器，它具有输入偏置电流小、失调小、增益高、高精度、低漂移、自动稳零，及价格低廉等优点。

V/F转换器具有良好的精度、线性和积分输入特性，常能提供其它类型转换器无法达到的性能。而美国Analog Devices公司的V/F集成电路芯片AD652是新一代多功能同步V/F转换器，其转换输出频率满量程由外部输入的时钟脉冲所决定，从而保证了其高分辨力与高稳定性。

本实用新型采用以下技术方案来实现：

一种直流毫伏表，通过串联电阻将被测电压衰减为毫伏信号，毫伏信号再经放大电路放大，放大电路采用两级线性放大电路输出电压模拟信号，通过还输入有精密温度补偿型晶振产生的经CD4520分频的时钟脉冲的V/F转换器将电压模拟信号转换为频率信号，数字频率计测定频率信号计数、译码后数字显示被测电压；

所述两级线性放大电路，输入信号经低通滤波器后输入第一级线性放大电路斩波运放器ICL7650，斩波运放器ICL7650输出信号做为第二级线性放大电路运放OP-07的输入信号；运放OP-07的输出信号作为放大电路输出的电压模拟信号。

所述V/F转换器选用AD652芯片作为集成电路芯片，AD652芯片的1脚为电源正输入，8脚为电源负输入；串联有1KΩ的电位器的7脚为电压模拟信号正输入，6脚为电压模拟信号负输入，2、3脚之间连有对零点进行调节的电位器，4、5脚之间还设有0.047μF的积分电容，10脚还连接有精密温度补偿型晶振产生的经CD4520分频的时钟脉冲，11脚输出频率信号，其满量程输出频率信号为输入时钟脉冲的1/2。

所述数字频率计结构由计数、译码、驱动以及五位七段LED构成，其特征在于，设计闸门时间为0.4s，10V对应在LED显示100000。

本实用新型提供的直流毫伏表，选用ICL7650、OP-07作为放大电路的两级线性放大电路，保证放大电路的准确度与稳定，也保证了零漂和时漂；选用包含AD652芯片的V/F集成电路做为转换器，同时由精密温度补偿型晶振产生的输入时钟脉冲，以保证转换器的线性输出；实现0～100mV的精确测量，分辨率为1μV，具有很好的准确度和稳定性。

附图说明

图1是本实用新型的信号传导示意图。

图2是两级线性放大电路图，其中图2a是一级线性放大电路图，

图2b是二级线性放大电路。

图3是AD652芯片电路连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做详细说明。

一种直流毫伏表，通过电阻串联作为采样器，将实际电压衰减为毫伏信号，毫伏信号经两级线性放大电路输出电压模拟信号，通过V/F转换器将放大处理的电压模拟信号转换为频率信号，数字频率计测定频率信号计数、译码后数字显示被测电压；V/F转换器还输入有精密温度补偿型晶振产生的经CD4520分频的时钟脉冲，其信号传导流程如图1所示。

如图2所示，两级线性放大结构的第一级由斩波运放器ICL7650相关电路组成，其电路原理图采用如图2a所示的ICL7650放大器的典型应用，输入信号经第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2组成的低通滤波器进入ICL7650，第二电阻R2、第三电阻R3串联，放大倍数由与ICL7650负极连接的第二电阻R2、第三电阻R3决定。第二级放大电路由超低漂移，高精度运放OP-07和相关器件组成，其电路原理图如图2b所示，第四电阻R4与第五电阻R5串联，第六电阻R6与第七电阻R7串联，第四电阻R4与第六电阻R6之间、第五电阻R5与第六电阻R6之间分别串联第五电容C5、第六电容C6，第五电容C5、第五电阻R5、第六电容C6组成低通滤波器，其放大倍数由与运放OP-07负极连接的R6、R7决定。影响整个放大部分性能的电阻R2、R3、R6、R7选用超高精密金属膜电阻，其阻值精度为0.05％，温度系数不大于5×10-6/℃，从而保证放大电路的准确度与稳定，也保证了零漂和时漂。

通过V/F转换器将放大电路输出的0～10V电压信号转换为0～250KHz的频率信号，两者之间呈线性对应关系。V/F转换器选用AD652芯片，如图3所示的AD652芯片电路原理图，1脚为电源正输入，8脚为电源负输入；放大电路的输出信号接入7脚作为信号正输入端，并在7脚串联1KΩ的电位器用来高速增益，6脚为信号负输入，2、3脚之间连有对零点进行调节的电位器，4、5脚之间还设有0.047μF的积分电容。10脚还连接有精密温度补偿型晶振产生的经CD4520分频的脉冲，11脚通过外部时钟脉冲设置输出频率信号，其满量程输出频率为输入时钟脉冲的1/2。AD652的稳定性只取决于外部输入时钟脉冲，而外部输入时钟脉冲由精密温度补偿型晶振产生，其精度可达5×10^-6。AD652外部连接采用双电源正输入信号，其满量程输出频率为输入时钟脉冲的1/2，所以输出满量程频率为250KHz，对应于输入模拟电压10V。按照上述设计的电路的输出频率范围，非线性误差仅为0.002％.

数字频率计结构测得V/F转换器输出的频率信号，并数字显示。所述数字频率计结构由计数、译码、驱动以及五位七段LED构成。设计闸门时间为0.4S，其满量程显示：250000*0.4＝100000(DP₄加高电平，实际显示99.999)。

在含有测量放大器和V/F转换的电路板上IC芯片的电源输入端加有滤波电容，有效地吸收了通过电源线进入芯片的干扰信号以及芯片产生的干扰信号，保障了电源电压的纯净。

电路结构安装完成后并进行电路测量，首先进行放大器部分的电路实验，如果实验结果与预先设计符合，再进行V/F转换和数字显示实验。在实验中注意采用数字地和模拟地分开，电源单独供电等消除电位差引起的干扰；输入、输出信号线尽量缩短，彼此尽量远离，在信号线之间布置地线，在电路板上设置保护环以消除信号线之间的干扰。

Claims (3)

1、一种直流毫伏表，通过串联电阻将被测电压衰减为毫伏信号，毫伏信号再经放大电路放大，其特征在于，放大电路采用两级线性放大电路输出电压模拟信号，通过还输入有精密温度补偿型晶振产生的经CD4520分频的时钟脉冲的V/F转换器将电压模拟信号转换为频率信号，数字频率计测定频率信号计数、译码后数字显示被测电压；

所述两级线性放大电路，输入信号经低通滤波器后输入第一级线性放大电路斩波运放器ICL7650，斩波运放器ICL7650输出信号做为第二级线性放大电路运放OP-07的输入信号；运放OP-07的输出信号作为放大电路输出的电压模拟信号。

2、如权利要求1所述的直流毫伏表，其特征在于，所述V/F转换器采用AD652芯片作为集成电路芯片，AD652芯片的1脚为电源正输入，8脚为电源负输入；串联有1KΩ的电位器的7脚为电压模拟信号正输入，6脚为电压模拟信号负输入，2、3脚之间连有对零点进行调节的电位器，4、5脚之间还设有0.047μF的积分电容，10脚还输入有精密温度补偿型晶振产生的经CD4520分频的时钟脉冲，11脚输出频率信号，其满量程输出频率信号为输入时钟脉冲的1/2。

3、如权利要求1所述的直流毫伏表，所述数字频率计结构由计数、译码、驱动以及五位七段LED构成，其特征在于，设计闸门时间为0.4s，10V对应在LED显示100000。

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