ICL7106數字電壓表電路及組裝要點 - 圖文 - 下載本文

ICL7106數字電壓表電路及組裝要點

數字電壓表是當前電子、電工、儀器、儀表和測量領域大量使用的一種基本測量工具。有關數字電壓表的書籍和應用已經非常普及了。這里展示的一份由 ICL7106 A/D 轉換電路組成的數字電壓表電路,就是一款最通用和最基本的電路。

ICL7106是美國Intersil公司專為數字儀表生產的數字儀,滿幅輸入電壓一般取200mV或2V。該芯片集成度高,轉換精度高,抗干擾能力強,輸出可直接驅動LCD液晶數碼管,只需要很少的外部元件,就可以構成數字儀表模塊。

一、 ICL7106簡介

1. ICL7106的性能特點

(1)+7V~+15V單電源供電,可選9V疊層電池,有助于實現儀表的小型化。低功耗(約16mW),一節9V疊層電池能連續工作200小時或間斷使用半年左右。

(2)輸入阻抗高(1010Ω)。內設時鐘電路、+2.8V基準電壓源、異或門輸出電路,能直接驅動3?位LCD顯示器。

(3)屬于雙積分式A/D轉換器,A/D轉換準確度達±0.05%,轉換速率通常選2次/秒~5次/秒。具有自動調零、自動判定極性等功能。通過對芯片的功能檢查,可迅速判定其質量好壞。

(4)外圍電路簡單,僅需配5只電阻、5只電容和LCD顯示器,即可構成一塊DVM。其抗干擾能力強,可靠性高。

2. ICL7106的工作原理

ICL7106內部包括模擬電路和數字電路兩大部分,二者是互相聯系的。一方面由控制邏輯產生控制信號,按規定時序將多路模擬開關接通或斷開,保證A/D 轉換正常進行;另一方面模擬電路中的比較器輸出信號又控制著數字電路的工作狀態和顯示結果。下面介紹各部分的工作原理。 (1)模擬電路

模擬電路由雙積分式A/D轉換器構成,其電路如圖1所示。

圖1

主要包括2.8V基準電壓源(E0)、緩沖器(A1)、積分器(A2)、比較器(A3)和模擬

開關等組成。緩沖器A4專門用來提高COM端帶負載的能力,可謂設計數字多用表的電阻擋、二極管擋和hFE擋提供便利條件。這種轉換器具有轉換準確度高、抗串模干擾能力強、電路簡單、成本低等優點,適合做低速模/數轉換。每個轉換周期分三個階段進行:自動調零(AZ)、正向積分(INT)、反向積分(DE),并按照AZ→INT→DE→AZ?的順序進行循環。令計數脈沖的周期為TCP,每個測量周期共需4000TCP。其中,正向積分時間固定不變,T1=1000TCP。儀表顯示值:

T1N??UIN (1-2-1)

TCPUREF將T1=1000TCP,UREF=100.0mV代入上式得

N=10UIN 或UIN=0.1N (1-2-2)

只要把小數點定在十位上,即可直讀結果。滿量程時N=2000,此時UM=2UREF=200mV,儀表顯示超量程符號“1”。若需改裝成2V量程的數字電壓表,可按表1-1選擇元件值。

表1-1 200mV與2V量程元件對照

名 稱 基本表 改裝表 量程UM 200mV 2V 基準電壓UREF +100.0mV +1.000V R2 / kΩ 24 1.5 C4 /μF 0.47 0.047 R4 / kΩ 56 560 備 注 f0=40kHz 欲測量2V以上的直流電壓,必須利用精密電阻分壓器對UIN進行衰減。積分電阻應采用金屬膜電阻,積分電容宜選絕緣性好、介質吸收系數小的聚苯乙烯電容或聚丙烯電容(BBC)。

為了提高儀表抗串模干擾的能力,正向積分時間(亦稱采樣時間)T1應是工頻周期的整倍數。我國采用50Hz交流電網,其周期為20ms,應選

T1=n·20(ms) (1-2-3)

式中,n=1,2,3,?。例如取n=2、4、5時,T1=40ms、80ms、100ms,能有效地抑制50Hz干擾。這是因為積分過程有取平均的作用,只要干擾電壓的平均值為零,就不影響積分器輸出。但n值也不宜過大,以免測量速率太低。 (2)數字電路

數字電路如圖2所示。

圖2

主要包括8個單元:①時鐘振蕩器;②分頻器;③計數器;④鎖存器;⑤譯碼器;⑥異或門相位驅動器;⑦控制邏輯;⑧LCD顯示器。時鐘振蕩器由ICL7106內部反相器F1、F2以及外部阻容元件R、C組成。若取R=120kΩ,C=100PF,則f0=40kHz。f0經過4分頻后得到計數頻率fCP=10kHz,即TCP=0.1ms。此時測量周期T=16000T0=4000TCP=0.4s,測量速率為2.5次/秒。f0還經過800分頻,得到50Hz方波電壓,接LCD的背電極BP。LCD須采用交流驅動方式,當筆段電極a~g與背電極BP呈等電位時不顯示,當二者存在一定的相位差時,液晶才顯示。因此,

可將兩個頻率與幅度相同而相位相反的方波電壓,分別加至某個筆段引出端與BP端之間,利用二者電位差來驅動該筆段顯示。驅動電路采用異或門。其特點是當兩個輸入端的狀態相異時(一個為高電平,另一個為低電平),輸出為高電平;反之輸出低電平。7段LCD驅動電路如圖10-3-4所示。圖中,加在a、b、c筆段上的方波電壓與BP端方波電壓的相位相反,存在電位差,使這三段顯示。而d、e、f、g段消隱,故可顯示數字“7”。顯見,只要在異或門輸入端加控制信號(即譯碼器輸出的高、低電平),用以改變驅動器輸出方波的相位,就能顯示所需數字。

3. ICL7106的功能檢查

功能檢查的目的是判斷ICL7106的質量好壞,進而區分DVM或DMM的故障范圍究竟在A/D轉換器還是在外圍電路。

以200mV量程的DVM為例,功能檢查分4步進行,內容如下:

①檢查零輸入時的顯示值。將ICL7106的IN+端與IN-端短接,使UIN=0V,儀表應顯示“00.0”;

②檢查比例讀數。將UREF端與IN+端短接,用UREF來代替UIN,即UIN=UREF=100.0mV,儀表應顯示“100.0”,此步驟稱為“比例讀數”檢查,它表示UIN/UREF=1時儀表的顯示值;

③檢查全顯示筆段。將TEST端接U+端,令內部數字地變成高電平,全部數字電路停止工作。因每個筆段上部加有直流電壓(不是交流方波!),故儀表應顯示全部筆段“1888”(此時小數點驅動電路也不工作)。為避免降低LCD使用壽命,做此步檢查的時間應控制在1分鐘之內;

④檢查負號顯示及溢出顯示。將IN+端接U-端,使UIN遠低于-200mV。儀表應顯示“-1”。

圖 ICL7106的功能檢查電路

二、由ICL7106構成的3?位數字電壓表

1、

由ICL7106構成的3?位數字電壓表的基本電路如圖2所示,電路圖中,僅僅使用一只 DC9V 電池,數字電壓表就可以正常使用了,基本量程UM=200mV。

圖2 由ICL7106構成3 ? 位數字電壓表的電路

圖中:R1、C1分別為振蕩電阻與振蕩電容。

R2與電位器RP構成基準電壓分壓器,RP宜采用精密多圈電位器,調整RP使UREF=UM/2=100.0mV,滿量程即定為200mV,二者呈1∶2的關系。

R3、C3為模擬輸入端高頻阻容式濾波器,以提高儀表的抗干擾能力。 C2、C4分別為基準電容和自動調零電容。

R4、C5依次為積分電阻和積分電容。

儀表采用9V疊層電池供電,測量速率約2.5次/秒。 IN-端、UREF-端、COM端互相短接。

也有許多場合,希望數字電壓表的量程大一些,那么,只需要更改 2 只元器件的數值,就可以實現量程為 ±2.000V 了。更改的元器件具體位置和數值見下圖的 28 和 29 兩只引腳:

在有了一只數字電壓表之后,按照下面的圖示,給它配置一組分流電阻,就可以實現多量程數字電流表,分檔從 ±200uA 到 ±20A 。但是要注意:在使用 20A 大電流檔的時候,不能再有開關來切換量程,應該專門配置一只測量插孔,以防燒毀切換開關。

I

與多量程電流表對應的是經常需要使用多量程電壓表,按照下圖配置一組分壓電阻,就可以得到量程從 ±200.0mV 至 ±1000V 的多量程電壓表。





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