全量程交直流无档电压表的设计

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1、全量程交直流无档电压表的设计

2、第1摘　要：介绍了一种全量程交直流无档电压表，该表不仅实现了交流直流的自动换档，而且可完成全量程的自动转换。该表在0～1000V测量范围内都保证了较高精度。关键词：智能测量；电压表；电路；交直流　　在数字三用表中，电压的测量通常有交流和直流2种，对某一被测电压进行测量时，首先需对被测电压进行交流与直流的判断，然后再按被测电压的大小切换适当的档位。如不进行交直流切换，测量无法进行；在档位切换方面，如用大档位测小电压的方式也可进行，但将严重影响测量精度。能否不需要人工进行交直流判断，又不需转换档位，设计出一种智能的电压表

3、，解决某些场合对交直流电压进行自动测量的要求。本文应上述要求，设计出一种全量程交直流无档电压表，该产品已在某军用自动测试设备中使用。1　交直流自动量程表测量原理简析　　图1为交直流自动量程表的测量原理框图。500)this.style.ouseg(this)">　　图中K1，K2，K3，K4与K1′，K2′，K3′，K4′为2组电子联动四选一开关，K1，K2，K3，K4为小数点指示控制开关。　　当K1，K1′闭合时，小数点Dian1亮，经1∶1分压的数据和经真有效值电路送至表头显示；　　当K2，K2′闭合时，小数点Dian2亮，经1∶10分压的数

4、据和经真有效值电路送至表头显示；　　当K3，K3′闭合时，小数点Dian3亮，经1∶100分压的数据和经真有效值电路送至表头显示；　　当K4，K4′闭合时，小数点Dian4亮，经1∶1分压的数据和经真有效值电路送至表头显示；　　图1中所有电路都是围绕数字表头进行的。所以在分析自动量程电压表之前，首先了解一下数字电压表头的构成。6135数字表头为3位半表头，5V电源供电，电压显示范围0．001～1999V，电压输入范围0～1．999V。他有2个被测电压输入接口，表头上的数字显示的是被测电压的毫伏值，如果输入为1100mV，则对应显示1100。还有代

5、表小数点显示位置的4根线及1根公共线，当公共点与其中某根线短路时则对应的小数点亮。　　我们设计电路时充分利用了数字表头的上述特点：　　一是将被测电压进行精确分压，使进入表头的被测电压控制在1．999V以下；　　二是适时分档，改变小数点控制连线，分压电路分了10的几次方的压，小数点对应则移动几位，使显示电压与被测电压一致。2　交直流自动量程表典型电路分析　　在上述的交直流自动量程表的显示原理中，还主要存在以下几个问题：　　①小分压电路的（如1∶1）电路如何承受高电压的输入（如1000V）；　　②如何保证Kn，Kn′（n＝1，2，3，4）的吸合与被测

6、电压所要求的档位一致；　　③交流电压如何实现真有效值的转换。下面分别按要求解决以上3个问题。2．1　分压电路分析分压电路如图2所示。　　被测交直流电压经过4路分压后分4路输出，其分压比分别为：1∶1，1∶10，1∶100，1∶1000，分别对应1．999，19．99，199．9，1999电压档。为了保证高电压经过小分压比电路时输出过高的电压损坏器件，我们采取了相应的稳压保护措施，图中D1，D2为3．6V稳压管，其作用是保证下级电路的输入端电压不超过5V，D1稳定正电压，D2稳定负电压。分压后绝对值低于2V的交流或直流电压进行正常分压并输出至下一级

7、，分压后大于2V的电压则不必输出，当大于稳压管的反向击穿电压时，稳压管起作用。R1，R2除了分压外，R1还具有限流作用。这一点可从稳压管的的伏安特性曲线得知如图3所示。500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">众所周知，稳压管的工作条件有2条：（1）必须工作在反向击穿状态；　　（2）稳压管的工作电流要在稳压电流和允许的最大电流之间。　　当R1或R2发生变化时，稳压管中的电流发生变化，但在一定范围内其两端电压变化很小，即能起到稳压输出电压的作用。在电路设计时我们应该尽量选定合适的

8、电阻R1，使电路处于保护状态时的稳压管工作在b点，即稳压管的稳压区内，使稳定输出电压UO基本稳定，约为UZ。综上所述，稳压管可以认为是利用调节流过自身的电流大小（端电压基本不变）来满足负载电流的改变，并和限流电阻器配合将电流的变化转换成电压的变化以适应被测电压的波动。2．2　档位判别电路　　档位判别电路用来确定被测电压在0～1．99，1．99～19．99，19．99～199．9，199．9～1999中的哪一档。　　由于档位判别是以直流为依据，所以被测电压输入后48需首先进行平均值转换，为了获得平均值，首先利用二极管对输入信号整流取得半周期电压，再

9、通过低通滤波器获得平均值电压输出。由于二极管检波的非线性，造成了整流后的半周期电压与输入信号的关系也是非线性的，但由于变换出的直流不是用