数字电压表ICL7106／7107的应用

数字电压表(数字面板表)是当前电子、电工、仪器、仪表和测量领域大量使用的一种基本测量工具有关数字电压表的书籍和应用已经非常普及了。这里展示的一份由 ICL7106 A/D 转换电路组成的数字电压表(数字面板表)电路，就是一款最通用和最基本的电路。
            
与 ICL7106 相似的是 ICL7107 ，前者使用 LCD 液晶显示，后者则是驱动 LED 数码管作为显示，除此之外，两者的应用基本是相通的。
            
电路图中，仅仅使用一只 DC9V 电池，数字电压表就可以正常使用了。按照图示的元器件数值，该表头量程范围是±200.0mV。当需要测量 ±200mV 的电压时，信号从 V-IN 端输入，当需要测量 ±200mA 的电流时，信号从 A-IN 端输入，不需要加接任何转换开关，就可以得到两种测量内容。
           


也有许多场合，希望数字电压表(数字面板表)的量程大一些，那么，只需要更改 2 只元器件的数值，就可以实现量程为 ±2.000V 了。更改的元器件具体位置和数值见下图的 28 和 29 两只引脚：            
            


在有了一只数字电压表(数字面板表)之后，按照下面的图示，给它配置一组分流电阻，就可以实现多量程数字电流表，分档从 ±200uA 到 ±20A 。但是要注意：在使用 20A 大电流档的时候，不能再有开关来切换量程，应该专门配置一只测量插孔，以防烧毁切换开关。            
            


与多量程电流表对应的是经常需要使用多量程电压表，按照下图配置一组分压电阻，就可以得到量程从 ±200.0mV 至 ±1000V 的多量程电压表。 [page]           
            


测量电阻与测量电流或者电压一样重要，俗称“三用表”，利用数字电压表做成的多量程电阻表，采用的是“比例法”测量，因此，它比起指针万用表的电阻测量来具有非常准确的精度，而且耗电很小，下图示中所配置的一组电阻就叫“基准电阻”，就是通过切换各个接点得到不同的基准电阻值，再由 Vref 电压与被测电阻上得到的 Vin 电压进行“比例读数”，当 Vref ＝ Vin 时，显示就是 Vin/Vref*1000=1000 ，按照需要点亮屏幕上的小数点，就可以直接读出被测电阻的阻值来了。
            
在产品数字万用表中，为了节省成本和简化电路，测量电流的分流电阻和测量电压的分压电阻以及测量电阻的基准电阻往往就是同一组电阻。这里不讨论数字万用表的电路，仅仅是帮助读者在单独需要使用某种功能时，可以有一定的参考作用。            
            


下图是一个最简单的 10 倍放大电路，运算放大器使用的是精度比较高的 OP07 ，利用它，可以把 0～200mV 的电压放大到 0～2.000V。在使用的数字电压表量程为 2.000V 时，（例如 ICL7135 组成的 41/2 数字电压表，基本量程就是 2.000V。）特别有用。
           
如果把它应用在基本量程为 ±200.0mV 的数字电压表上，就相当于把分辨力提高了 10 倍，在一些测量领域中，传感器的信号往往觉得太小了，这时，可以考虑在数字电压表前面加上这种放大器来提高分辨力。            
            


在电流或者电压的测量中，经常遇见测量的并不是直流而是交流，这时候，绝对不可以把交流信号直接输入到数字电压表去，必须先把被测的交流信号变成直流信号后，才可以送入数字电压表进行测量。下图就是一个把交流信号转换成为直流信号的参考电路。（说明：更好的交流转换成为直流的电路是一种“真有效值”转换电路，但是由于其专用芯片价格昂贵，多应用在一些高档场合。）[page]
            
本电路中，输入的是 0～200.0mV 的交流信号，输出的是 0～200.0mV 的直流信号，从信号幅度来看，并不要求电路进行任何放大，但是，正是电路本身具有的放大作用，才保证了其几乎没有损失地进行 AC － DC 的信号转换。因此，这里使用的是低功耗的高阻输入运算放大器，其不灵敏区仅仅只有 2mV 左右，在普通数字万用表中大量使用，电路大同小异。            
            


在温度测量和其他物理及化学量的测量中，经常会出现“零点”的时候信号不是零的情况，这时候，下面的“电桥输入”电路就被优先采用了。可以根据被测信号的特点，用传感器替换电桥回路中的某一个电阻元件。数字电压表的两个输入端也不再有接地点，作为一种典型的“差分”输入来使用了。            
            


电桥输入电路的变种还可以延伸到下面的电路，这是一个把 4～20mA 电流转换为数字显示的电路。它的零点就是 4mA 而不是 0mA 。当输入零点电流为 4 mA 的时候，利用 IN- 上面建立起来的电压，抵消掉 IN+ 由于 4mA 出现的无用信号，使得数字电压表差分输入＝0,就实现了 4mA 输入时显示为 0 的要求。随着信号的继续增大，例如到了 20mA ，对数字电压表来说，相当于差分输入电流为 20-4=16mA ，这个 16mA 在 62.5R 电阻上的压降，就是数字电压表的最大输入信号。这时候，把数字电压表的基准电压调整到与 16*62.5＝1000mV 相等，显示就是 1000 个字！            
            

         
应用提示：
            
1.数字电压表(数字面板表)的具体应用电路是何止千万的，只要掌握了一些最基本的应用，就可以举一反三地越来越熟练，熟就能生巧，就能按照您的构思去得心应手地用好它！
            
2.尽管数字电压表的输入阻抗可以达到 1000 兆欧姆，但是，这个阻抗仅仅是对输入信号而言的，与通常电力系统泛称的“绝缘电阻”有着天壤之别！因此，千万不能把高于芯片供电电压的任何电压输入到电路中！以免造成损失或者危险！
            
3.数字电压表(数字面板表)属于一种测量工具，其本身的好坏直接影响到测量结果，因此，上面所有例子中，其使用的电阻要求精度均不能低于 1% ，在分流、分压和标准电阻链中，最好能够使用 0.5% 或者 0.1% 精度的电阻。电路中使用的电容器也要求使用一种俗称为 CBB 的电容，除各别地方之外，一般是不能使用瓷介电容的。
            
4.不要在电路本身没有送上工作电源的时候就加上信号，这很容易损坏芯片。断掉工作电源前也必须先把信号撤掉。
            
5.数字电压表(数字面板表)的使用和扩展应用，还必须很好阅读产品供货商提供的说明书，千万不要急于送电使用它。