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1、第26卷第8期物理实验Vol.26No.82006年8月PHYSICSEXPERIMENTATIONAug.,2006数字电表原理及应用技术实验12杜军,朱世国(1.天津工程师范学院,天津300222;2.四川大学物理学院,四川成都610064)摘要:在普物电学实验中可引入数字电表实验.本文介绍了双斜式模数转换电路的基本工作原理和7107单片模数转换器出脚功能、外围元件作用及参量选择原则,并给出了7107单片模数转换器在电测技术、非电量数字仪表设计和传感器设计中的具体应用.关键词:数字电表;双斜式模数转
2、换;教学改革中图分类号:TM938.1文献标识码:A文章编号:100524642(2006)0820036205间T1内对极板上电量为零的电容器C充电,如1引言果充电电流是恒定,则电容器C两极板上积累的“电表的改装”是普物电学实验的一个传统题电量(极板间电压)随时间线性地增加,在T1结目,长期都以指针式电表为对象,涉及的原理和方束时刻所积累的电量Qo与被测电压Vx成正比.法与学生中学知识重复较多,而与现代技术相比此后若让电容器恒流放电、放电电流与参考电压显得落后.因此,有不少学校取消了这一题目.Vref
3、成正比,则电容器两极板上的电量Qc就会从但完全取消也不恰当,因为有关电表基本原理和Qo线性地减小,减至零时停止放电.设Qc从Qo应用技术实验在电学实验中应是不可缺少的.为减至0时所经历的时间为T2.由于Qo是与Vx了克服这一矛盾,我们把数字电表基本原理和应成正比,所以T2也与Vx成正比.如果用计数器用技术引入普物电学实验中,其原因是:在T2开始时刻对时钟脉冲进行计数,结束时刻1)数字仪表的应用日益广泛;停止计数,则T2时间内计数器的读数N2就与2)数字电表基本原理简单,它也是一种比较Vx成正比.法,对电
4、容器在待测电压Vx与参考电压Vref下的常用的3位半数字电表多数由7106/7型单充、放电时间关系进行比较.关于这一基本原理片A/D转换器构成,这些A/D转换器的工作原学生在普物实验阶段完全能接受、理解;理就是基于上述电容器的充、放电过程中计数器3)学生了解数字电表的基本原理及常用模数读数N2与Vx成正比的基本关系.图1是双斜式转换芯片外围元件的作用、参量选择原则后,可在A/D转换器的结构框图及工作原理图,为了保证传感器设计中灵活应用数字电表的模数转换芯电容器C的充、放电过程都是恒流过程,采用了片.由运
5、算放大器A1组成的积分电路.整个转换过本文论述了双斜式模数转换电路的基本工作程分3个阶段:原理和7107单片模数转换芯片外围元件的作用、第1阶段,通过控制电路使有关模拟开关(图参量选择原则、在电量和非电量数字仪表设计中1中未画出)闭合,先放掉电容器C两极板上积累的应用,供大家参考.的电量,并在这一阶段通过控制开关使参考电压Vref对0.1μF的电容器Cref充电到Vref值,这阶段2双斜式模数转换电路的基本工作原理称为自动调零阶段.双斜式模数转换电路的工作原理是在一定时第2阶段(取样阶段),控制电路令模
6、拟开关收稿日期:2006202222作者简介:杜军(1968-),女,天津人,天津工程师范学院数理与信息科学系实验师,从事物理实验教学工作.第8期杜军,等:数字电表原理及应用技术实验37图1双斜式A/D转换器的工作原理及结构框图K将被测电压Vx与积分电路相连,电容器C开始其中T1,Vref在测量过程中均为常量,故T2与Vx以恒定电流Vx/R充电,与此同时打开计数门,计成正比,如果时钟脉冲的周期为Tcp,T1=N1Tcp,数器开始计数.当计数器计到某一确定值N1时T2=N2Tcp,则(2)式可改写为:控制
7、电路令电容器C充电过程结束,因此取样时N1N2=Vx.(3)间T1是固定的,取样阶段结束时刻积分电路的Vref输出电压Vo=Qo/C,其中Qo为取样阶段结束时这表明:在测量阶段的计数值N2与Vx成正比.刻电容器C上积累的电量.因取样阶段的充电电双斜式单片模数转换器在控制电路的作用下流为Vx/R,故T1期间电容器C上积累的电量为按以上3个步骤周期性地对被测电压进行测量.T1V在3位半模数转换器中,N1设定为1000,N2的xVxQo=dt=T1,∫0RR计数范围为1～2000,每个测量周期为4000个所以
8、Tcp时间,在每个测量周期内除第2阶段取样时间QoVx总保持1000个Tcp时间不变外,其余2个阶段所Vo==-T1.(1)CRC持续的时间是与被测电压Vx有关,但它们的总(1)式等号右边的负号表示Vo与Vx具有相反的和应等于3000个Tcp,因测量阶段持续时间变化极性,这是因为若Vx为正,则图1中电容器C右范围为0～2000Tcp,故自动调零阶段的持续时间极板带负电荷,故Vo极性为负,反之Vo为正.变化范围为3000Tcp～1000Tcp
