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毫伏表的原理(全)
[ 2011/1/28 11:29:18 ] [轉載請注明來源:就是要儀器網]

毫伏表是一種可以測量微弱信號的交流電壓表,是無線電制作中的常用儀表之一。本文介紹一款適合業(yè)余自制的毫伏表,由于在電路設計上采用了運算放大器,因此具有靈敏度高、測量電壓范圍寬、頻帶寬、輸入阻抗高 的特點,并且制作容易、調試簡單。該毫伏表的主要技術性能如下:
①測量交流電壓范圍:0.1mV~300V,共分11檔量程,即:3、10、30、100、300mV,l、3、10、30、100、300V檔
  ②被測電壓頻率范圍;20Hz~100kHz
    ③輸入阻抗:1MΩ
  ④測量誤差:土3%以內

一、電路原理與特點
    毫伏表電路圖見圖1,圖2是其方框圖。被測信號由X端輸入,經分壓器(1)分壓得到適當范圍的電壓送入電壓跟隨器IC—l。由于集成運放電壓跟隨器具有輸入阻抗極高、輸出阻抗極低的特點,所以接上后面的分壓器(2)和放大器后,仍可保證整個毫伏表具有高輸入阻抗的特點。IC—l的輸出信號經分壓器(2)再次分壓后送到放大器進行放大。Sl—l與S1—2是同軸聯(lián)動轉換開關,分壓器(1)與(2)組合分壓的結果,便實現(xiàn)了量程轉換,因此Sl即為量程選擇開關。
  集成運放IC-2和IC-3組成兩級反相輸入寬頻帶放大器,每級電壓放大倍數20倍(26dB),兩級共放大400倍(52dB),這樣設計的目的是為了展寬放大器的頻帶。放大后的信號電壓送往整流指示電路。   
    整流指示電路包括整流器和表頭。集成運放1C-4、二極管VDl~4等組成一個精密全波整流器,整流橋VDl~4接在集成運放的反饋回路中,直流微安表頭PA接在整流橋的對角線上。被測電壓正或負半周時,表頭PA中的電流方向始終不變,為全波整流電流,其值大小僅與被測電壓和電阻(R16+RPl)的阻值有關,而與反饋回路的電壓無關,即表頭內阻和整流二極管的非線性都不會影響測量精度,即使溫度引起的二極管特性的變化也不會影響表頭指示值,且表面刻度為線性均勻刻度。
 
 
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二、元器件選擇
   集成運算放大器1C選用LM324,這是一種常用通用型四運放電路,其引腳如圖3所示。當然IC也可選用其它四運放電路,如TL084等。
 
 
 
 
  表頭PA選用磁電式微安表,滿度電流(靈敏度)100~300μA均可,內阻不限。
  整流二極管VD1~4選用2CK系列硅開關二極管。電阻全部選用1/4W以上的金屬膜電阻。分壓器電阻R1~R3、R5~R9要求阻值精確,否則將影響毫伏表的精度。非標稱電阻可從相鄰近的標稱電阻中挑選。RPl為微調電阻。電容C1選用耐壓≥630V的無極性聚酯電容。其它電容耐壓≥35V即可。輸入插座X采用廉價的蓮花插座,可降低成本,探頭線亦相應地采用蓮花插頭。量程選擇開關Sl采用2刀11擲旋轉式波段開關。正、負電源GBl、GB2采用2節(jié)9V疊層電池。VD5是發(fā)光二極管,作電源指示用。
 三、制作與調試   
     1.結構特點:由于毫伏表具有很高的輸入阻抗和靈敏度,極易受到干擾,因此應采取電磁屏蔽措施,包括采用金屬機殼(可用鋁飯盒代用)并與電路中的地相連通,探頭線采用屏蔽線等,以抗干擾。分壓器各電阻直接焊在量程選擇開關上,減少了與印刷電路板之間的連線,且電路一點接地(機殼),避免雜散耦合。采用電池供電,消除了由交流電源線引進噪聲的可能。這些措施保證了毫伏表正??煽康毓ぷ鳌?
    2.電路板制作:準備一塊7X7(cm)的敷銅板,按圖4制成印刷電路板,并打好元件引腳孔和安裝孔。然后按圖4將各元件焊入電路板,應先焊入其它元件,最后焊入集成運放。
  3.繪制表面刻度:刻度線為兩條,上面一條為0~10刻度,將刻度線等分10份,每份再等分10小格;下面一條為0~3刻度,將刻度線等分3份,每份再等分10小格(圖6b)?!⒗L好的刻度貼在表頭原刻度上即可。
 
 
  
 
 
    4.整機組裝:首先按圖5將分壓器各電阻焊在量程選擇開關上,并將C6焊在表頭引腳上。其次將量程選擇開關Sl、表頭PA、輸入插座X、電源開關S2和發(fā)光二極管VD5固定在面板(鋁盒蓋)上,將電路板固定在量程選擇開關Sl上方(圖6a),應注意各元器件均要與鋁盒蓋絕緣,只有輸入插座X的外層與鋁盒蓋電氣連通。然后按圖4、圖5將全部電路連接完成,由輸入插座X至量程選擇開關S1的連線應采用屏蔽線。最后將面板上各檔位及“輸入”、“電源”等字樣標好(圖6b)。
  5.制作探頭線:取約l米長的屏蔽線,一端接上蓮花插頭(屏蔽層接插頭外層),另一端芯線接紅色魚夾、屏蔽層接黑色魚夾,如圖7所示。
  6.調試:整機電路對照圖l核對無誤后,裝上電池,探頭線插入輸入插座X,微調電阻RPl旋至阻值最大位置。首先將輸入端短路(紅、黑魚夾相接),打開電源開關,表頭指針擺動數次后應指“0”(刻度最左邊)。如不為“0”,則可能電路自激,可用一小容量電容從前往后依次接到運放輸出端與地之間,以檢測并消除自激。該電容容量一般為100p~0.1μ,應盡可能用小容量的。然后用信號發(fā)生器經探頭線向輸入端送入3mV的交流信號(一般取f=1kHz),量程選擇開關S1置“3mV”檔,調節(jié)RPl使表頭指針滿度(指向刻度最右邊)即可。如無信號發(fā)生器,可用一小電源變壓器,初級接220V交流電源,次級電壓即可作為調試信號送入輸入端,用標準毫伏表(也可用萬用表,但精度較低)測出次級交流電壓值(例如6V),則將量程選擇開關Sl置“10V”檔,調節(jié)RPl使表頭讀數為“6”即可。
    由于調試時機殼必須打開,因此調試場所應遠離各種干擾源。調試結束蓋上機殼后應再校驗一下,,如表頭讀數變化應重調。調試與使用中應注意,不要用該毫伏表直接測量220V市電,因機殼帶電!以免發(fā)生危險。
 
      
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