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简易数字电压表的设计
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简易数字电压表的设计
关注微信公众号　　一台P2-8型数字直流表可以调零，但+1.0186V校正电压值偏大；而-1.0186V校正电压值虽有极性变换，但无数值指示，即显示-0.0000V。　　　　根据故障现象分析，仪器可以调零、可以测压，并有&+&、&一&极性判别，这表明P2-8型仪器的整机逻辑功能是正常的，而存在的问题是测量正电压不准确，以及不能测量负电压。P2-8型仪表是属于逐次比较式反馈的数字电压表，可以初步判断可能是基准电压源、极性开关或基准放大器等部分有毛病。　　　　如下图所示为P2-8型直流数字电压表的极性开关和基准放大器的电路原理图。这里，V23和V24是两个装置在恒温槽内的齐纳管2DW7C（即标准），作为仪器的基准电压源(Uz=6V)。VT9～VT12构成极性开关电路，用来变换输入基准放大器的基准电压源Uz的极性。集成运算放大器N1(FC3B)和晶体管VT1～VT3，组成仪器的基准放大器电路。它是把输入的Uz通过放大与，以输出恒定的基准电压Er(Er=&4V)到仪表的数码网络，然后变换为按&8、4、2、1&的反馈电压ur，，再逐步跟被测电压ux进行比较。　　　　当测量正电压时，通过比较放大器和逻辑判别电路的作用，仪表的极性双稳便输出一个负脉冲的&+&极性判别信号到开关管VT10和VT12的基极上，使两者同时导通，而开关管VT9和VT11则处于截止状态。此时，基准电压源的V24便经由VT12、RP14、RP3、R8以及R7、RP4、RP12、VT10，输入负电压到Nl的反相端&2&，通过放大与反相，从其输出端&6&经由R3和射极跟随器VT2，输出+4V的基准电压Rr到数码网络。这里，RP14、RP3和R8是作为集成运算放大器Nl的输入R；，而Rll则作为负反馈电阻只Rf因为运算放大器的输出电压uo和输入电压ui以及Ri、Rf的关系式为：
　　所以调整RP14的阻值可校准输出的Er=4V，此即仪器面板上的+1.0186V校准调整器。在图1中，借助齐纳管VZ1和V22(2&2DW7C)的钳位，+18V通过VT1向N1提供稳定的正电源电压(U=12V);并且借助晶体管VT3的分流作用，使基准放大器工作在恒定的条件下，以保证输出电压稳定不变。　　　　当测量负电压时，通过比较放大器和逻辑判别电路的作用，仪表的极性双稳便输出一个负脉冲的&一&极性判别信号到开关管VT9和VT11的基极上，使两者同时导通，而开关管VT10和VT12则处于截止状态。此时，基准电压源的V23便经由VT9、RP12、RP4、R7以及R8、RP3、RP14和VT11输入正电压到Nl的反相端&2&，通过放大与反相，从其输出端&6&经由R3和VT2，输出-4V的基准电压Er到数码网络。这里，RP12、RP4和R7是作为Nl的输入电阻，所以调整RP12的阻值可校准输出的Er=-4V，此即仪器面板上的-1.0186V校准调整器。　　　　根据P2-8型仪表的极性开关和基准放大器的电路工作原理，检修上述故障时，先采用测量&电压法&检查基准电压源V23和V24两端前电压是否正常(Uf6V)，如果没有问题，再继续检测+48V、+18V、-12V的直流电源电压是否正确。　　　　如果电源电压都是正常的，再进一步采用&改变现状法&，即扳动仪器面板上的电压校准开关到+1.0186V或-1.0186V部位，同时测量运算放大器N1的反相输入端&2&和&0V&点之间的电压值及其极性的变换情形。设测量结果有&一&电压而无&+&电压，则表明开关管VT9或VT11之一有问题。因此，只能测量正电压而不能测量负电压，需进一步采用&测试器件法&予以确定。　　　　如果测量结果有&+&的和&_&的电压输入，可继续测量基准放大器的输出端（即VT2的发射极）和&ov&点之间的电压值及其极性的变换情形。设测量结果是：无论仪表面板上的电压校准开关扳置于+1.186V或-1.0186V部位，基准放大器都是输出+2V，则表明集成运算放大器N1(FC3B)有问题。　　　　因为输出基准电压Er，不足4V，则数码网络必须输出更大电压&砝码&，才能接近被测电压ux的数值，所以校准+1.0186V时显示的电压数字就偏大；反之，正是因为在测量负电压时，基准放大器还是输出+Er，通过比较与逻辑判别，所有的正电压&砝码&都将被去掉，从而显示出-0.0000V，所以不能测量负电压。检修时可采用&器件替代法&，即使用新的相同型号集成运算放大器，以替代原来的，就能排除产生故障的原因。
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你可能喜欢基于LabVIEW 8.2的多用虚拟电压表设计 (1)
20:02:53&&&作者：范强 付永丽&&&来源:滨州技术学院 &&
　　摘要：为了满足不同的要求传统的电压表分别做成独立的仪表，包括峰值电压表、平均值电压表和有效值电压表。在此，提出采用虚拟仪器同时实现三种示值电压表的方案；介绍了虚拟仪器软件平台LabVIEW的特点。对虚拟数字电压表的和实现进行了详细描述，包括基于 8．2的虚拟信号发生器的实现过程，它能产生正弦、方波、三角波及由输入数学公式确定的复杂自编辑波形。最后，对设计的虚拟电压表运行结果进行分析，验证了设计方法的正确性。
　　O 引 言
　　虚拟仪器是随着计算机技术、电子测量技术和通信技术发展起来的一种新型仪器。它充分利用计算机系统强大的数据处理和显示能力，利用软件完成数据的采集、控制、数据分析和处理以及测试结果的显示等，通过软、硬件的配合，实现传统仪器的各种功能，真正实现了“软件即仪器”的概念，用户可以方便地对仪器进行维护和扩展。
　　电压是电路中常用的电信号，通过电压测量，利用基本公式可以导出其他的参数。因此，电压测量是其他许多电参数和非电参数量的基础。测量电压相当普及的一种测量仪表就是电压表，但常用的是模拟电压表。模拟电压表根据检波方式的不同。分为峰值电压表、均值电压表和平均值电压表，它们都各自做成独立的仪表。这样，使用模拟电压表进行交流电压测量时，必须根据测量要求选择仪表。另外，多数电压表的表头是按正弦交流有效值刻度的，而测量非正弦波时，必须经过换算才能得到正确的测量结果，从而给实际工作带来不便。
　　采用虚拟电压表，可将表征交流电压特征的峰值、平均值和有效值集中显示在一块面板上，测量时可根据波形在面板上选择仪表，用户仅通过面板指示值就能对测量结果进行分析比较，大大简化了测量步骤。
　　1 虚拟电压表的设计思路
　　LabVIEw 8．2版本的工程技术比以往任何一个版本都丰富．它采用了中文界面，各个控件的功能一目了然。利用它全新的用户界面对象和功能，能开发出专业化、可完全自定义的前面板。LabVIEW 8．2对数学、信号处理和分析也进行了重大的补充和完善，信号处理分析和数学具有更为全面和强大的库，其中包括500多个函数。所以在LabVIEW 8．2版本下能够更方便地实现虚拟电压表的设计。
　　虚拟电压表是基于计算机和标准总线技术的模块化系统，通常它由控制模块、仪器模块和软件组成，由软件编程来实现仪器的功能。在虚拟仪器中，计算机显示器是惟一的交互界面，物理的开关、按键、旋钮以及数码管等显示器件均由与实物外观相似的图形控件来代替，操作人员只要通过鼠标或键盘操作虚拟仪器面板上的旋钮、开关、按键等设置各种参数，就能根据自己的需要定义仪器的功能。在虚拟电压表的设计中，考虑到仪器主要用于教学和实验，使用对象是学生，因此将引言中提到的三种检波方式的仪器合为一体，既简化了面板操作，又便于直接对比。
　　该电压表主要用于电路分析和模拟电子技术等实验课的教学和测量仪器，能够使学习者了解和掌握电压的测量和电压表对各种波形的不同响应。因此，虚拟电压表应具备电源开关控制、波形选择，以及显示峰值、有效值和平均值三种结果，且输入信号的大小可调节等功能。虚拟电压表由硬件设备与接口、设备驱动软件和虚拟仪器面板组成。其中，硬件设备与接口包括仪器接口设备和计算机，设备驱动软件是直接控制各种硬件接口的驱动程序，虚拟仪器通过底层设备驱动软件与真实的仪器系统进行通信，并以虚拟仪器面板的形式在计算机屏幕上显示与真实仪器面板操作相对应的各种控件。在此，用软件虚拟了一个信号发生器。该信号发生器可产生正弦波、方波和三角波，还可以输入公式，产生任意波形。根据需要，可调节面板上的控件来改变信号的频率和幅度等可调参数，然后检测电压表的运行情况。因此，在LabVIEW图形语言环境下设计的虚拟电压表主要分为两个部分：第一部分是虚拟电压表前面板的设计；第二部分是虚拟电压表流程图的设汁。
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编辑：小甘
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