CN2060897U - 智能在线万用表 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种智能在线万用表，主要解决印刷线路板的在线测量问题，它由单片机系统1、晶体管判测电路2、在线电阻/电压变换电路3、在线电流/电压变换电路4、交流/直流电压变换电路5、分压器和缓冲器6、功能按键与多路开关7、量程转换开关8、模/数转换器9、数码显示器10、接口扩展器11和稳压电源12等构成。使用该仪器可直接测量在印刷板上的电阻或直流电流，能准确判断在板上二、三极管是否完好。

Description

本实用新型是有关一种智能在线万用表，特别适用于各种电子仪器和电子装置在研制、生产和维修过程中对印刷电路板的调试和测量，该在线万用表带有交流／直流电压变换电路、分压器和缓冲器、功能按键与多路开关、量程转换开关、模／数转换器、数码显示器、接口扩展器和稳压电源等部分。

在线测试技术是近期发展起来的一种新技术，目前在国外已出现一些集成电路在线测试仪，模拟电路板在线测试仪等。象“电子科学”1986年第4期P42～47登载的“模拟电路板在线自动测试系统”一文中所介绍的。这种仪器主要用于大批量电子产品的在线调试和检查，测试效率很高，但结构复杂，价格昂贵。目前国内虽已出现一些在线万用表，但只能测量在线电流和电阻，且随机干扰影响十分严重，测量精度很低，面板结构复杂，使用不方便。关于晶体管在线测试，由于电路结构尚欠合理，只能判测某些类型的管子，也易判错，在线测试可信度较低，判测结果显示也不直观。“电测与仪表”杂志1988年第11期P37～39登载了“在线测量技术及其原理”一文所介绍的，这种仪器还有许多不完善之处，使用时还存在一定问题。

本实用新型的发明目的，就是提供一种引入单片机系统1、带有晶体管判测电路2、在线电阻／电压变换电路3、在线电流／电压变换电路4等环节组成的智能在线万用表，见图1。使用这种仪器无需将印刷线路板上的元件或连线断开，便可直接测量在板上的电阻或直流电流，它能进行数据处理，排除随机干扰的影响，且能自动转换量程，以最佳位数的数字较准确地显示实测值。该仪器还具有在线判测晶体管的功能，将测试笔随意地触碰在板上的晶体管管脚，无需识别管脚极性，便可准确地判断在板上的二、三极管是否完好，管子类型或损坏情况，并以字符形式直观地显示判测结果。

本结构新型的原理方框图如图1所示，它是由单片机系统1、晶体管判测电路2、在线电阻／电压变换电路3、在线电流／电压变换电路4、交流／直流电压变换电路5、分压器和缓冲器6、功能按键与多路开关7、量程转换开关8、模／数转接器9、数码显示器10、接口扩展器11和稳压电源12等部分构成。单片机系统1是由单片机8031、EPROM2732和8D锁存器373组成的最小系统。交流／直流电压变换电路5，采用运算放大器组成的线性半波整流电路。缓冲器6采用运放组成的跟随器。功能按键7采用琴键开关。模／数转接器9采用3 1/2 位双积分型14433A／D转换器。数码显示器10采用半导体数码管、164移位寄存器和7406驱动器组成。接口扩展器11采用8155RAM／IO扩展器。稳压电源12由三端稳压器7805、7806、7906和7912等组成，为整机提供±5V、±6V、－12V直流电源，以上电路结构均属已知技术，不再赘述。在线电流／电压转换电路4如图2所示，图2中F₁为高精度运算放大器，R₁～R₄为采样电阻（四个量程），T₁～T₅组成互补功率放大器，用该电路测量印刷线路板某条导线的电流时，不用断开导线，只要把测试笔触碰该导线上两点（如图2中的A、B），这两点间总存在一定的电阻，根据运放的“虚短”概念，这两点间的电压接近于零，故其电流也接近于零。该导线的电流将流向采样电阻，其电流流向如图2所标。因此，放大器的输出电压既反映导线的电流。考虑到测量的电流值可能较大，其电流的方向也可能相反，采用互补功率放大器作输出级，F₁必须采用高精度低漂移运算放大器如OP07等。在线电阻／电压转换电路如图3所示，其中F₂为高精度运放，T₆和T₇组成射极输出功率放大器，R₅～R₈为基准电阻（四个量程）。在印刷线路板上的任一电阻R_×与其两端的并联支路元件R′、R″，总可以等效为图3所示的“ ”网络。为了不焊下元件而能直接测量R_×的阻值，测试笔与“

”的接触应如图3所示，此时，R′的电流为零（虚短）基准电阻的电流将全部流经R_×，R_×的另一端接A／D转换器，其所测得的电压与R_×值成正比，由此将在线电阻转换为电压。至于R″的电流，直接由射极输出器提供，为了能提供足够大的输出电路，采用由T₆和T₇组成的复合管射极输出功率放大器。为了避免接触电阻和导线电阻造成的测试误差，每根测试笔通电流线和测电压线应分开走线如图3所示。晶体管判测电路如图4所示，运放F₃和晶体管T₂₂～T₂₅组成双极性脉冲激励源，来自单片机的正脉冲通过F₁转换为正负极性对称的脉冲波，再经T₂₂～T₂₅功率放大器输出激励脉冲。晶体管T₁₀～T₂₁和转换开关组成六种组合基准电路，其上的三根测试线随机接至被测管的三个电极。由单片机控制转换开关，将六个基准电路按顺序轮流与被测晶体管接通，每接入一个基准电路，便由激励源送入同等个数如20个激励脉冲。在采样电阻R上将得到相应的正或负的脉冲输出，理论和实践指出，通过六个基准电路后，在采样电阻R上得到输出脉冲的总数与被测晶体管的好坏情况，存在规律性的关系。如输入激励脉冲的总数为20×6＝120个的情况下，采样电阻R上输出正负脉冲的总数，对于好管为120个，有一个结短路时为200个，两个结都短路时为240个。一个结开路时为80个，全开路时为0个。F₄、F₅、F₆和或门组成波形变换电路，它将采样电阻R上的正负方波变换为正向的窄脉冲，以便送入单片机计数。单片机对所计的数据进行处理，以消除干扰的影响，然后进行分析判断，确定在板上被测晶体管是否完好，管子类型或损坏情况，并用数码管以字符形式显示判测结果。如用“nPn”或“PnP”表示好管及其类型。用“n－P”或“n＝P”表示一个或二个PN结短路，用“nP”表示一个结开路，用“OFF”表示全断开。考虑到某些管型的发射结击穿电压很低，另一些管型的正向管压降较高，为解决这一矛盾，采用两次判测。先用较低幅值的激励脉冲判测，若判为开路，再用较高幅值的脉冲重判一次。考虑到各种管型的PN结正向管压降相差很大，在印刷线路板上晶体管各管脚间并联电阻也有较大的影响。要在各种情况下，都能正确地判测，关键是基准电路各管导通管压降应尽可能小。为此，设计了如图4所示的基准电路，并合理选择基准管的管型和电阻值，使这些管子的饱和压降很小。实践证明，这种电路能实现准确的判测。

本实用新型可直接测量焊接在印刷电路板上的每个电阻的阻值，判测印刷线路板上每个晶体管是否完好，测量每条印刷线路上流过的直流电流，所有这些测量，无需断开元件或连线，大大提高了测量速度，也不影响印刷线路板的美观和可靠性。由于引入单片机实现了智能化测量，能进行数据处理，排除随机干扰的影响，提高了测量精度，能自动转换量程，以最佳位数的数字自动显示实测值，从而简化了面板结构，方便了操作。判测晶体管时，无需识别管脚极性，便可判定管子是否完好，出现何种故障，并以字符形式直观地显示判测结果，使用非常方便。此外，本实用新型还兼备通用万用表一般的功能，如测量交直流电压等。本实用新型具有功能齐全，使用方便等特点，是万用表的更新换代产品。本实用新型可广泛用于各种电子仪器和电子装置在研制、生产和维修过程中，对印刷线路板的调试和测量，这种在线测量既保持了电路的完整，保护了元件，又提高了测量精度和测试速度，显示直观，使用方便，在科研、生产和维修等许多领域具有广泛地实用性。

附图说明：

图1  仪器结构方框图

图2  在线电流／电压转换电路

图3  在线电阻／电压转换电路

图4  晶体管判测电路

实施例：

本实用新型按照图1给出的方框图的连接方式进行连接。本实用新型已有样机，使用效果较好。

Claims (1)

1. 一种用于各种电子仪器和电子装置在研制、生产和维修过程中对印刷电路板的调试和测量的由交流/直流电压变换电路5、分压器和缓冲器6、功能按键与多路开关7、量程转换开关8、模/数转换器9、数码显示器10、接口扩展器11和稳压电源12等部分组成的在线万用表，其特征是，带有晶体管判测电路2、在线电阻/电压变换电路3、在线电流/电压变换电路4等部分构成，并引入单片机系统1构成的智能在线万用表。

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