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毫伏表的原理（全）
[ 2009-8-17 ] [转载请注明来源：就是要仪器网 www.94117.net]
毫伏表是一种可以测量微弱信号的交流电压表，是无线电制作中的常用仪表之一。本文介绍一款适合业余自制的毫伏表，由于在电路设计上采用了运算放大器，因此具有灵敏度高、测量电压范围宽、频带宽、输入阻抗高 的特点，并且制作容易、调试简单。该毫伏表的主要技术性能如下：
①测量交流电压范围：0．1mV～300V，共分11档量程，即：3、10、30、100、300mV，l、3、10、30、100、300V档
②被测电压频率范围；20Hz～100kHz
③输入阻抗：1MΩ
④测量误差：土3％以内
5．制作探头线：取约l米长的屏蔽线，一端接上莲花插头(屏蔽层接插头外层)，另一端芯线接红色鱼夹、屏蔽层接黑色鱼夹，如图7所示。
6．调试：整机电路对照图l核对无误后，装上电池，探头线插入输入插座X，微调电阻RPl旋至阻值最大位置。首先将输入端短路(红、黑鱼夹相接)，打开电源开关，表头指针摆动数次后应指“0”(刻度最左边)。如不为“0”，则可能电路自激，可用一小容量电容从前往后依次接到运放输出端与地之间，以检测并消除自激。该电容容量一般为100p～0．1μ，应尽可能用小容量的。然后用信号发生器经探头线向输入端送入3mV的交流信号(一般取f＝1kHz)，量程选择开关S1置“3mV”档，调节RPl使表头指针满度(指向刻度最右边)即可。如无信号发生器，可用一小电源变压器，初级接220V交流电源，次级电压即可作为调试信号送入输入端，用标准毫伏表(也可用万用表，但精度较低)测出次级交流电压值(例如6V)，则将量程选择开关Sl置“10V”档，调节RPl使表头读数为“6”即可。
①测量交流电压范围：0．1mV～300V，共分11档量程，即：3、10、30、100、300mV，l、3、10、30、100、300V档
②被测电压频率范围；20Hz～100kHz
③输入阻抗：1MΩ
④测量误差：土3％以内
一、电路原理与特点
毫伏表电路图见图1，图2是其方框图。被测信号由X端输入，经分压器(1)分压得到适当范围的电压送入电压跟随器IC—l。由于集成运放电压跟随器具有输入阻抗极高、输出阻抗极低的特点，所以接上后面的分压器(2)和放大器后，仍可保证整个毫伏表具有高输入阻抗的特点。IC—l的输出信号经分压器(2)再次分压后送到放大器进行放大。Sl—l与S1—2是同轴联动转换开关，分压器(1)与(2)组合分压的结果，便实现了量程转换，因此Sl即为量程选择开关。
集成运放IC-2和IC-3组成两级反相输入宽频带放大器，每级电压放大倍数20倍(26dB)，两级共放大400倍(52dB)，这样设计的目的是为了展宽放大器的频带。放大后的信号电压送往整流指示电路。
整流指示电路包括整流器和表头。集成运放1C－4、二极管VDl～4等组成一个精密全波整流器，整流桥VDl～4接在集成运放的反馈回路中，直流微安表头PA接在整流桥的对角线上。被测电压正或负半周时，表头PA中的电流方向始终不变，为全波整流电流，其值大小仅与被测电压和电阻(R16+RPl)的阻值有关，而与反馈回路的电压无关，即表头内阻和整流二极管的非线性都不会影响测量精度，即使温度引起的二极管特性的变化也不会影响表头指示值，且表面刻度为线性均匀刻度。
集成运放IC-2和IC-3组成两级反相输入宽频带放大器，每级电压放大倍数20倍(26dB)，两级共放大400倍(52dB)，这样设计的目的是为了展宽放大器的频带。放大后的信号电压送往整流指示电路。
整流指示电路包括整流器和表头。集成运放1C－4、二极管VDl～4等组成一个精密全波整流器，整流桥VDl～4接在集成运放的反馈回路中，直流微安表头PA接在整流桥的对角线上。被测电压正或负半周时，表头PA中的电流方向始终不变，为全波整流电流，其值大小仅与被测电压和电阻(R16+RPl)的阻值有关，而与反馈回路的电压无关，即表头内阻和整流二极管的非线性都不会影响测量精度，即使温度引起的二极管特性的变化也不会影响表头指示值，且表面刻度为线性均匀刻度。
二、元器件选择
集成运算放大器1C选用LM324，这是一种常用通用型四运放电路，其引脚如图3所示。当然IC也可选用其它四运放电路，如TL084等。
集成运算放大器1C选用LM324，这是一种常用通用型四运放电路，其引脚如图3所示。当然IC也可选用其它四运放电路，如TL084等。
表头PA选用磁电式微安表，满度电流(灵敏度)100～300μA均可，内阻不限。
整流二极管VD1～4选用2CK系列硅开关二极管。电阻全部选用1/4W以上的金属膜电阻。分压器电阻R1～R3、R5～R9要求阻值精确，否则将影响毫伏表的精度。非标称电阻可从相邻近的标称电阻中挑选。RPl为微调电阻。电容C1选用耐压≥630V的无极性聚酯电容。其它电容耐压≥35V即可。输入插座X采用廉价的莲花插座，可降低成本，探头线亦相应地采用莲花插头。量程选择开关Sl采用2刀11掷旋转式波段开关。正、负电源GBl、GB2采用2节9V叠层电池。VD5是发光二极管，作电源指示用。
整流二极管VD1～4选用2CK系列硅开关二极管。电阻全部选用1/4W以上的金属膜电阻。分压器电阻R1～R3、R5～R9要求阻值精确，否则将影响毫伏表的精度。非标称电阻可从相邻近的标称电阻中挑选。RPl为微调电阻。电容C1选用耐压≥630V的无极性聚酯电容。其它电容耐压≥35V即可。输入插座X采用廉价的莲花插座，可降低成本，探头线亦相应地采用莲花插头。量程选择开关Sl采用2刀11掷旋转式波段开关。正、负电源GBl、GB2采用2节9V叠层电池。VD5是发光二极管，作电源指示用。
三、制作与调试
1．结构特点：由于毫伏表具有很高的输入阻抗和灵敏度，极易受到干扰，因此应采取电磁屏蔽措施，包括采用金属机壳(可用铝饭盒代用)并与电路中的地相连通，探头线采用屏蔽线等，以抗干扰。分压器各电阻直接焊在量程选择开关上，减少了与印刷电路板之间的连线，且电路一点接地(机壳)，避免杂散耦合。采用电池供电，消除了由交流电源线引进噪声的可能。这些措施保证了毫伏表正常可靠地工作。
2．电路板制作：准备一块7X7(cm)的敷铜板，按图4制成印刷电路板，并打好元件引脚孔和安装孔。然后按图4将各元件焊入电路板，应先焊入其它元件，最后焊入集成运放。
3．绘制表面刻度：刻度线为两条，上面一条为0～10刻度，将刻度线等分10份，每份再等分10小格；下面一条为0～3刻度，将刻度线等分3份，每份再等分10小格(图6b)。·将绘好的刻度贴在表头原刻度上即可。
4．整机组装：首先按图5将分压器各电阻焊在量程选择开关上，并将C6焊在表头引脚上。其次将量程选择开关Sl、表头PA、输入插座X、电源开关S2和发光二极管VD5固定在面板(铝盒盖)上，将电路板固定在量程选择开关Sl上方(图6a)，应注意各元器件均要与铝盒盖绝缘，只有输入插座X的外层与铝盒盖电气连通。然后按图4、图5将全部电路连接完成，由输入插座X至量程选择开关S1的连线应采用屏蔽线。最后将面板上各档位及“输入”、“电源”等字样标好(图6b)。 2．电路板制作：准备一块7X7(cm)的敷铜板，按图4制成印刷电路板，并打好元件引脚孔和安装孔。然后按图4将各元件焊入电路板，应先焊入其它元件，最后焊入集成运放。
3．绘制表面刻度：刻度线为两条，上面一条为0～10刻度，将刻度线等分10份，每份再等分10小格；下面一条为0～3刻度，将刻度线等分3份，每份再等分10小格(图6b)。·将绘好的刻度贴在表头原刻度上即可。
5．制作探头线：取约l米长的屏蔽线，一端接上莲花插头(屏蔽层接插头外层)，另一端芯线接红色鱼夹、屏蔽层接黑色鱼夹，如图7所示。
6．调试：整机电路对照图l核对无误后，装上电池，探头线插入输入插座X，微调电阻RPl旋至阻值最大位置。首先将输入端短路(红、黑鱼夹相接)，打开电源开关，表头指针摆动数次后应指“0”(刻度最左边)。如不为“0”，则可能电路自激，可用一小容量电容从前往后依次接到运放输出端与地之间，以检测并消除自激。该电容容量一般为100p～0．1μ，应尽可能用小容量的。然后用信号发生器经探头线向输入端送入3mV的交流信号(一般取f＝1kHz)，量程选择开关S1置“3mV”档，调节RPl使表头指针满度(指向刻度最右边)即可。如无信号发生器，可用一小电源变压器，初级接220V交流电源，次级电压即可作为调试信号送入输入端，用标准毫伏表(也可用万用表，但精度较低)测出次级交流电压值(例如6V)，则将量程选择开关Sl置“10V”档，调节RPl使表头读数为“6”即可。
由于调试时机壳必须打开，因此调试场所应远离各种干扰源。调试结束盖上机壳后应再校验一下，，如表头读数变化应重调。调试与使用中应注意，不要用该毫伏表直接测量220V市电，因机壳带电！以免发生危险。
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