多功能DMM设计

多功能DMM设计

介绍扩展DMM功能的设计方案，使其能进行在线测量 和能测量信号的频率、高频信号的有效值及自动转换量程。
　　关键词：数字万用表；功能；设计

Design of Multi?functional DMM

WU Wenquan, FANG Liang

(Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China)

　　Keywords: DMM; function; design

　　通用DMM一般只能测量电流、交直流电压、电阻及电容，而且交流信号的测量频率范围 很窄。为了使DMM使用范围更广，使用时更方便，故在DMM原有功能的基础上，增加在线测量 、自动量程转换、测量信号频率及测量高频信号有效值功能，使DMM成为名副其实的万用表 。?

　　在线测量通常分在线测量电流和在线测量电阻(电容和电感)。在线测量电流常采用抵消 电流测试法，在线测量电阻(电容和电感)则常采用电隔离法，它们都借助运算放大器来 达到在线测量目的(图1)。

　
样，电流表的指示电流就是AB导线所流过的电流，实现了电流的在 线测量。 在线测量电阻(电容和电感)采用电隔离法。不论电路多复杂，都可以将被测器件周围电路 等效成三角网络(本文以电阻为例)。如图1(b)所示，在测量时，只要使Re 1(或Re2)两端的电位相符，Re1(或Re2)就无电流通过，就可以对R x实行在线测量。运用放大器的“虚地”概念，Re1上无电流流过，Re1和Re 2 就与Rx电隔离开来，如图1(c)所示，实现了对电阻(电容和电感)的在线测量。?

　　测量原理如图2所示。

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　　根据f/V转换原理，DMM把被测信号的频率转换 成直流电压来测量，原理框图如图3。具体电 路如图4。

。T固定，触发频率越高，单位时间内产生的脉冲数越多，就越大。这表明与f严格成正比。为了使测量频率值与直流电 压值数字相等，可调节R5值。如果用200mV的直流档作为频率档，频率的最大值为200kHz 。为了扩大测量范围，在前级使用10，100和1000三种分频器，这样，频率测量范围可达200 MHz。由于555的2脚输入信号有效值的范围为100mV～10V，为了提高测量范围，在前级加了 电压放大和衰减器；由于测量信号的频率可能很高，放大和衰减器都应采取频率补偿电路， 实现最佳补偿。整形和缓冲电路是将放大或衰减的输入信号变成沿口陡峭的矩形脉冲，以便 进行f/V变换。

　　图5是测量多种标准交流信号有效值的一种电路图。 图中C1是峰值保持电容，D是检波二极管，R1(R2)是分压电阻，其与DMM的输入阻抗R IN串联，作为检波器的负载，C2是高频载波滤波电容。信号在正半周时D导通，Vi通过D对C1充电。设检波二极管的导通电阻为RD，信号源内阻为Ri，则充电的时间常数为τ1=(Ri+RD)C1。由于RD和Ri的值都很小，所以τ1的值极小，也就是说在极短的时间内C1上的电压就到达 信号的峰值。而在信号的负半周时，D截止，C1上的电压向负载放电。放电时间常数为τ2=(RIN
　
周 期T，即可认为在一个信号周期内C1上的电压保持不变。因此检波器上的输出电 压就是被测信号的峰值。由于R1(R2)和RIN构成分压器，根据标准信号的波峰因 数KP，则能把标准信号的峰值转换成信号的有效值。标准的正弦波，三 角波和方波的KP分别为和1 。DMM的输入阻抗RIN是恒定的。若RIN为10MΩ，分别取R1，R2为4.14MΩ，7.32MΩ时，开关K分别置于1、2、3时DMM的DCV分别对应于标准的正弦波，方波和三角波的有效值。这样就把峰值电压巧妙地转换成了有效值。为了提高测量上限频率，应将这些器件做成一个高频探头并将其放在绝缘良好的电工胶木筒内，C1应焊在探针上，以减小分布电容的影响。为了提高测量准确度，R1(R2)的精度要在0.2级以上，C2的绝缘电阻应大于10GΩ。经这样处理过的DMM最高信号频率可以达到50MHz左右，可以 满足大多需要。?

　　扩展设计的DMM不仅可以进行在线测量及自动量程转换，而且可以当 作晶体管毫伏表和频率计使用，电路也比较简单，对从事电子技术工作的工作者有较高的实 用价值。

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