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《數(shù)字電表原理及應(yīng)用技術(shù)實驗》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、第26卷第8期物理實驗Vol.26No.82006年8月PHYSICSEXPERIMENTATIONAug.,2006數(shù)字電表原理及應(yīng)用技術(shù)實驗12杜軍,朱世國(1.天津工程師范學(xué)院,天津300222;2.四川大學(xué)物理學(xué)院,四川成都610064)摘要:在普物電學(xué)實驗中可引入數(shù)字電表實驗.本文介紹了雙斜式模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的基本工作原理和7107單片模數(shù)轉(zhuǎn)換器出腳功能、外圍元件作用及參量選擇原則,并給出了7107單片模數(shù)轉(zhuǎn)換器在電測技術(shù)、非電量數(shù)字儀表設(shè)計和傳感器設(shè)計中的具體應(yīng)用.關(guān)鍵詞:數(shù)字電表;雙斜式模數(shù)轉(zhuǎn)
2、換;教學(xué)改革中圖分類號:TM938.1文獻標識碼:A文章編號:100524642(2006)0820036205間T1內(nèi)對極板上電量為零的電容器C充電,如1引言果充電電流是恒定,則電容器C兩極板上積累的“電表的改裝”是普物電學(xué)實驗的一個傳統(tǒng)題電量(極板間電壓)隨時間線性地增加,在T1結(jié)目,長期都以指針式電表為對象,涉及的原理和方束時刻所積累的電量Qo與被測電壓Vx成正比.法與學(xué)生中學(xué)知識重復(fù)較多,而與現(xiàn)代技術(shù)相比此后若讓電容器恒流放電、放電電流與參考電壓顯得落后.因此,有不少學(xué)校取消了這一題目.Vref
3、成正比,則電容器兩極板上的電量Qc就會從但完全取消也不恰當(dāng),因為有關(guān)電表基本原理和Qo線性地減小,減至零時停止放電.設(shè)Qc從Qo應(yīng)用技術(shù)實驗在電學(xué)實驗中應(yīng)是不可缺少的.為減至0時所經(jīng)歷的時間為T2.由于Qo是與Vx了克服這一矛盾,我們把數(shù)字電表基本原理和應(yīng)成正比,所以T2也與Vx成正比.如果用計數(shù)器用技術(shù)引入普物電學(xué)實驗中,其原因是:在T2開始時刻對時鐘脈沖進行計數(shù),結(jié)束時刻1)數(shù)字儀表的應(yīng)用日益廣泛;停止計數(shù),則T2時間內(nèi)計數(shù)器的讀數(shù)N2就與2)數(shù)字電表基本原理簡單,它也是一種比較Vx成正比.法,對電
4、容器在待測電壓Vx與參考電壓Vref下的常用的3位半數(shù)字電表多數(shù)由7106/7型單充、放電時間關(guān)系進行比較.關(guān)于這一基本原理片A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成,這些A/D轉(zhuǎn)換器的工作原學(xué)生在普物實驗階段完全能接受、理解;理就是基于上述電容器的充、放電過程中計數(shù)器3)學(xué)生了解數(shù)字電表的基本原理及常用模數(shù)讀數(shù)N2與Vx成正比的基本關(guān)系.圖1是雙斜式轉(zhuǎn)換芯片外圍元件的作用、參量選擇原則后,可在A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)框圖及工作原理圖,為了保證傳感器設(shè)計中靈活應(yīng)用數(shù)字電表的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯電容器C的充、放電過程都是恒流過程,采用了片.由運
5、算放大器A1組成的積分電路.整個轉(zhuǎn)換過本文論述了雙斜式模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的基本工作程分3個階段:原理和7107單片模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片外圍元件的作用、第1階段,通過控制電路使有關(guān)模擬開關(guān)(圖參量選擇原則、在電量和非電量數(shù)字儀表設(shè)計中1中未畫出)閉合,先放掉電容器C兩極板上積累的應(yīng)用,供大家參考.的電量,并在這一階段通過控制開關(guān)使參考電壓Vref對0.1μF的電容器Cref充電到Vref值,這階段2雙斜式模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的基本工作原理稱為自動調(diào)零階段.雙斜式模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的工作原理是在一定時第2階段(取樣階段),控制電路令模
6、擬開關(guān)收稿日期:2006202222作者簡介:杜軍(1968-),女,天津人,天津工程師范學(xué)院數(shù)理與信息科學(xué)系實驗師,從事物理實驗教學(xué)工作.第8期杜軍,等:數(shù)字電表原理及應(yīng)用技術(shù)實驗37圖1雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理及結(jié)構(gòu)框圖K將被測電壓Vx與積分電路相連,電容器C開始其中T1,Vref在測量過程中均為常量,故T2與Vx以恒定電流Vx/R充電,與此同時打開計數(shù)門,計成正比,如果時鐘脈沖的周期為Tcp,T1=N1Tcp,數(shù)器開始計數(shù).當(dāng)計數(shù)器計到某一確定值N1時T2=N2Tcp,則(2)式可改寫為:控制
7、電路令電容器C充電過程結(jié)束,因此取樣時N1N2=Vx.(3)間T1是固定的,取樣階段結(jié)束時刻積分電路的Vref輸出電壓Vo=Qo/C,其中Qo為取樣階段結(jié)束時這表明:在測量階段的計數(shù)值N2與Vx成正比.刻電容器C上積累的電量.因取樣階段的充電電雙斜式單片模數(shù)轉(zhuǎn)換器在控制電路的作用下流為Vx/R,故T1期間電容器C上積累的電量為按以上3個步驟周期性地對被測電壓進行測量.T1V在3位半模數(shù)轉(zhuǎn)換器中,N1設(shè)定為1000,N2的xVxQo=dt=T1,∫0RR計數(shù)范圍為1～2000,每個測量周期為4000個所以
8、Tcp時間,在每個測量周期內(nèi)除第2階段取樣時間QoVx總保持1000個Tcp時間不變外,其余2個階段所Vo==-T1.(1)CRC持續(xù)的時間是與被測電壓Vx有關(guān),但它們的總(1)式等號右邊的負號表示Vo與Vx具有相反的和應(yīng)等于3000個Tcp,因測量階段持續(xù)時間變化極性,這是因為若Vx為正,則圖1中電容器C右范圍為0～2000Tcp,故自動調(diào)零階段的持續(xù)時間極板帶負電荷,故Vo極性為負,反之Vo為正.變化范圍為3000Tcp～1000Tcp
