導(dǎo)語：如何才能寫好一篇數(shù)字電壓表，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關(guān)鍵詞】單片機(jī);數(shù)字電壓表;A/D轉(zhuǎn)換

前言：現(xiàn)在，由各種型號單片和A/D轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成的數(shù)字電壓表，因其性能優(yōu)越，被廣泛使用。數(shù)字電壓表是通過A/D轉(zhuǎn)換器把連續(xù)的直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量通過LDE數(shù)碼管顯示出來的儀表，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化測量。模擬部分和數(shù)字部分是數(shù)字電壓表的兩個組成部分，前者的作用是獲取電壓，并把取得的電壓轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，傳給數(shù)字部分。后者的作用是實(shí)現(xiàn)邏輯控制運(yùn)算、譯碼過程、數(shù)字顯示等一些列功能。

一、工作原理

本系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心控制器。電壓測量電路與ADC0809相連，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換將得的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行信號處理后，形成精度較高的數(shù)字信號輸出到LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示，并留有一定的接口，供擴(kuò)展用。

二、系統(tǒng)總體方案設(shè)計

用A/D轉(zhuǎn)換器測量各路電壓值，測得相對應(yīng)的數(shù)字量，然后按模擬量與數(shù)字量成正比的關(guān)系，計算出對應(yīng)的模擬電壓值，把模擬值通過顯示器顯示出來就完成測量。設(shè)計時設(shè)定待測的輸入電壓為8路，電壓值的測量范圍為0v一5v，測量的最小分辨率5.255，測量誤差-0.02一0.02。

控制系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0809，ADC0809是8位的A/D轉(zhuǎn)換器。當(dāng)輸入電壓為V5時，輸出的電壓為255（OFFH），因此最大分辨率為0.0196V（5.255）。ADC0809包括8路模擬量輸入端口，由3位地址輸入端對8路中的任選其中一路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。每隔一段時間依次改變3位地址輸入端的地址，就能實(shí)現(xiàn)8路輸入電壓的測量。LDE數(shù)碼管采用軟件譯碼動態(tài)顯示。

三、電路的硬件設(shè)計

（一）單片機(jī)主控制模塊的設(shè)計

AT89C51單片機(jī)為40引腳雙列直插芯片，有四個I/O口P0、P1、P2、P3，每一條I/O線都能獨(dú)立地作輸出或輸入。AT89C51還含有4kb的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128字節(jié)（Byte）的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH存儲單元。

單片機(jī)的最小系統(tǒng)主要由AT89C51、電容C1-C3、電阻R1-R2、晶振X1等組成。AT89C51的18腳（XTAL2）和19腳（XTAL1）接時鐘電路，其中19腳是AT89C51內(nèi)部振蕩器倒相放大器的輸入端，用于接外部晶振和微調(diào)電容的一端;18腳是AT89C51內(nèi)部振蕩器倒相放大器的輸出端，用于接外部晶振和微調(diào)電容的另一端。

（二）A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計

A/D轉(zhuǎn)換電路采用目前常用的8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809。ADC0809具有8路模擬量輸入信號IN0-IN7（1-5、26-28腳），地址線C、B、A（23-25腳）確定哪一路模擬輸入信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，本電路將地址線C、B、A接地，即選擇0號通道輸入模擬量電壓信號。ADC0809的22腳（ALE）為地址鎖存允許控制端，當(dāng)輸入為高電平時，對地址信號進(jìn)行鎖存。ADC0809的6腳（START）為啟動控制端，當(dāng)輸入為高電平時，A/D轉(zhuǎn)換開始。

（三）顯示電路設(shè)計

顯示電路采用LED數(shù)碼管顯示，由于單個LED數(shù)碼管占用單片機(jī)接口線較多，而本設(shè)計中需要四個LED數(shù)碼管顯示不同信息，因而利用人眼的視覺暫留特性采用LED數(shù)碼管的動態(tài)掃描原理進(jìn)行顯示。另外LED數(shù)碼管價格適中，適合顯示數(shù)字，而且采用動態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時，占用的單片機(jī)接口線少，方便進(jìn)行程序編寫與控制。

四、誤差分析

對于任何系統(tǒng)，誤差是不可避免的！本設(shè)計的輸出信號誤差主要來自于以下幾個方面：

（一）D/A，A/D轉(zhuǎn)換器件的非理想性誤差

雖然我們在設(shè)計中充分考慮到了精度要求，但轉(zhuǎn)換器件本身存在的固有量化誤差是不可能克服的，同時轉(zhuǎn)換器件的轉(zhuǎn)換速率、溫度系數(shù)、輸入輸出電平的差異等因素都造成了轉(zhuǎn)換器件的非理想特性。

（二）運(yùn)算放大器，電阻電容引起的誤差

設(shè)計中采用的運(yùn)放和電阻電容等一些常用元件，在實(shí)際應(yīng)用中，都或多或少的存在著誤差，如，隨著溫度的變化，電阻阻值的變動以及運(yùn)放的漂移，電容的非理想性造成了系統(tǒng)頻率響應(yīng)的改變。

（三）電源噪聲"數(shù)字信號跳變引起的噪波和布線中的分布電容和感生電感

在 PCB 布線中由于跡線和部分元件的非理想性，在高頻工作時，這些器件產(chǎn)生分布電容感生電感。電網(wǎng)電壓的變化引起的欠壓、過壓以及在線路傳輸中隨機(jī)竄入的高頻噪聲等都有可能通過電源引入到系統(tǒng)中，設(shè)計中使用大量數(shù)字芯片高頻工作時的電平跳變以及單片機(jī)晶振都是誤差的產(chǎn)生源。我們在電路的實(shí)際設(shè)計中，采用了多種措施來減少這種誤差的滲入，如，電源的濾波，線間的去耦，重干擾源的屏蔽，加寬電源線和地線以減少噪聲的傳輸路徑。

五、結(jié)語

由于使用的是高效單片機(jī)作為核心的測量系統(tǒng)，以及靈敏度和精度較高的A/D轉(zhuǎn)換器，使本直流電壓表具有精度高、靈敏度強(qiáng)、性能可靠、電路簡單、成本低的特點(diǎn)。隨著單片機(jī)的日益發(fā)展，它必將在未來顯示出更大的活力，為電子設(shè)計增加更多精彩。

參考文獻(xiàn)：

[1]李秋生，劉小燕.基于AT89C51的某數(shù)字電壓表的設(shè)計[J].微計算機(jī)信息，2008，24（25）：19～200，233.

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關(guān)鍵詞 AT89C52單片機(jī)；數(shù)字電壓；ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器

中圖分類號TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2013）102-0203-02

現(xiàn)在，由各種型號單片和A/D轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成的數(shù)字電壓表，因其性能優(yōu)越，被廣泛使用。數(shù)字電壓表是通過A/D轉(zhuǎn)換器把連續(xù)的直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量通過LED數(shù)碼管顯示出來的儀表，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化測量。模擬部分和數(shù)字部分是數(shù)字電壓表的兩個組成部分，前者的作用是獲取電壓，并把取得的電壓轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，傳給數(shù)字部分。后者的作用是實(shí)現(xiàn)邏輯控制運(yùn)算、譯碼過程、數(shù)字顯示等一些列功能。

1設(shè)計任務(wù)

單片機(jī)數(shù)字電壓表的設(shè)計：

基本要求：所設(shè)計的數(shù)字電壓表可以較準(zhǔn)確地測量0V～5V之間的直流電壓值，其測量最小分辨率為0.02V。

2系統(tǒng)總體方案設(shè)計

用A/D轉(zhuǎn)換器測量各路電壓值，測得相對應(yīng)的數(shù)字量，然后按模擬量與數(shù)字量成正比的關(guān)系，計算出對應(yīng)的模擬電壓值，把模擬值通過顯示器顯示出來就完成測量。設(shè)計時設(shè)定待測的輸入電壓為8路，電壓值的測量范圍為0V～5V，測量的最小分辨率5/255，測量誤差-0.02～+0.02。

控制系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0809。ADC0809是8位的A/D轉(zhuǎn)換器。當(dāng)輸入電壓為5V時，輸出的電壓為255（0FFH），因此最大分辨率為0.0196V（5/255）。ADC0809包括8路模擬量輸入端口，由3位地址輸入端對8路中的任選其中一路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。每隔一段時間依次改變3位地址輸入端的地址，就能實(shí)現(xiàn)8路輸入電壓的測量。LED數(shù)碼管采用軟件譯碼動態(tài)顯示。

3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)是能正常工作，所需硬件最少的系統(tǒng)，其組成有：單片機(jī)本身，電源，ROM，時鐘電路，復(fù)位電路。采用的晶振為12MHz，復(fù)位方式為按鍵復(fù)位。

3.2數(shù)模轉(zhuǎn)換電路

ADC0809實(shí)現(xiàn)對輸入通道的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。開始轉(zhuǎn)化時，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC為低電平，一段時間轉(zhuǎn)化結(jié)束后，EOC引腳輸出高電平，轉(zhuǎn)化結(jié)果存放在ADC0809內(nèi)部的輸出數(shù)據(jù)鎖存器中。當(dāng)轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)輸出允許控制端OE為高電平時，存放在輸出數(shù)據(jù)鎖存器中的數(shù)據(jù)，通過ADC0809的數(shù)據(jù)端D0～D7輸出給單片機(jī)。

3.4數(shù)碼管顯示設(shè)計

本設(shè)計采用四位8段共陽數(shù)碼管作為電壓測試顯示，共陽數(shù)碼管結(jié)構(gòu)為，數(shù)碼管的陽極接在一起，給一個高電平。陰極接ADC0809的數(shù)據(jù)輸出端，當(dāng)ADC0809的輸出為低電平的，此段的數(shù)碼管點(diǎn)亮。顯通過反相器來驅(qū)動四位數(shù)碼管。

3.5 完整的仿真電路圖設(shè)計

數(shù)字電壓表應(yīng)用系統(tǒng)仿真圖利用正玄脈沖作為ADC0809CLOCK引腳的驅(qū)動信號，利用模擬電壓表和滑動變阻器作為測試輸入端，將三個地址選擇端共地，則輸入鎖存端為IN0；

LED數(shù)碼管采用動態(tài)掃面方式鏈接，通過AT89C52的P1口和P3.0～P3.3控制端。P1口為LED數(shù)碼管的字段碼輸出端，P3.0～P3.3口為LED數(shù)碼管的位選碼輸出端，通過三級管驅(qū)動并反相。

4系統(tǒng)軟件的設(shè)計思路

數(shù)字電壓表系統(tǒng)軟件的程序設(shè)計從三方面來切入考慮。它的主程序部分，它A/D轉(zhuǎn)換子程序以及顯示子程序，一部分一部分的寫，最后融合在一起。

4.1 主程序設(shè)計

主程序設(shè)計包括三部分：初始化程序部分、調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序以及調(diào)用顯示程序。其中，初始化程序部分又包含存放通道數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)初始化和顯示緩沖區(qū)初始化。

4.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計

4.3顯示子程序設(shè)計

LED數(shù)碼管采用軟件譯碼動態(tài)掃描方式。每路數(shù)據(jù)顯示需經(jīng)過轉(zhuǎn)換變成十進(jìn)制BCD碼，放入數(shù)碼管的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。

5結(jié)論

以下是我們的一些切身體會：

1）硬件的選擇不能以元器件是否是高性能作為選擇元器件的標(biāo)準(zhǔn)，往往高性能器件的價格也是較高的。應(yīng)根據(jù)項目設(shè)計的需要選擇元器件，能夠滿足設(shè)計需要作為標(biāo)準(zhǔn)選擇元器件。

2）因為單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計是硬件和軟件相結(jié)合的設(shè)計，所以系統(tǒng)和硬件和軟件必須緊密配合，協(xié)調(diào)一致。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：AT89C52 模數(shù)轉(zhuǎn)換 TLC2543

中圖分類號：TP368.12 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)02-0110-01

1、引言

隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，電壓測量已經(jīng)成為電子工作和生活當(dāng)中必不可少的手段，而且對測量的精度和范圍也越來越高。數(shù)字電壓表主要是利用AD轉(zhuǎn)換技術(shù)，將連續(xù)變化的模擬電壓量轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量并加以顯示出來的儀器。

2、硬件設(shè)計

該系統(tǒng)主要包括以下幾個模塊：時鐘模塊、復(fù)位模塊、控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊以及報警模塊等，其中時鐘模塊和復(fù)位模塊在電路中必不可少的部分。

時鐘模塊選擇頻率為11.0592MHz的晶振，由于是在Proteus仿真，則頻率大小通過軟件設(shè)置來完成。復(fù)位模塊包括上電復(fù)位和手動復(fù)位兩種方式，按鈕S1就是用來實(shí)現(xiàn)手動復(fù)位操作的。控制模塊比較簡單，主要是以單片機(jī)AT89C52為控制核心，但是它要通過軟件編寫程序再載入單片機(jī)中，才能實(shí)現(xiàn)處理和控制功能。

A/D轉(zhuǎn)換模塊是本系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的部分，它要實(shí)現(xiàn)將采集到的連續(xù)變化的模擬電壓量轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量的功能，為此我們選擇了TLC2543芯片，它是美國TI公司生產(chǎn)的12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過程。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，可以節(jié)省AT89C52的I/O資源，且價格適中，分辨率較高，在儀器儀表中廣泛應(yīng)用。

顯示模塊采用四位一體7端BCD數(shù)碼管來動態(tài)掃描顯示。AT89C52的P0口作為四位 LED 數(shù)碼管動態(tài)顯示的段碼控制，P2.0～P2.3引腳作為四位LED數(shù)碼管動態(tài)顯示的位碼控制。報警模塊主要由一個模擬揚(yáng)聲器LS1組成。系統(tǒng)硬件電路仿真圖見圖1所示。

3、軟件設(shè)計

系統(tǒng)程序的內(nèi)容一般包括：延時子程序、顯示子程序、數(shù)據(jù)采集子程序、報警子程序和主程序等等。主程序流程圖見圖2所示。

一開始給系統(tǒng)上電，系統(tǒng)會自動復(fù)位一次，對AT89C52、TLC2543以及數(shù)碼管進(jìn)行快速初始化。我們選用TLC2543的0號通道作為模擬量電壓信號輸入口。在沒有將系統(tǒng)接入待測電壓電路時，數(shù)碼管會默認(rèn)顯示“0000”的狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)接入待測電壓的電路當(dāng)中時，TLC2543的0號通道就會采集模擬量電壓輸入信號，通過TLC2543和AT89C52的轉(zhuǎn)換處理，最終將所測的四位電壓值在數(shù)碼管上顯示出來。其中四位一體數(shù)碼管必須通過對AT89C52進(jìn)行軟件編程來實(shí)現(xiàn)動態(tài)掃描顯示。

在proteus軟件仿真當(dāng)中，待測電壓電路以一個滑動變阻器RV1來簡單代替。將TLC2543的0號通道口接線接到變阻器的滑動端，當(dāng)滑動端移動時，系統(tǒng)所測的電壓值就會隨之跟著變化。為了與真實(shí)的電壓值相比較，在其之間使用一個虛擬電壓表來測量電壓真實(shí)值。同時，系統(tǒng)每次都會自動判斷所測電壓值是否已經(jīng)達(dá)到系統(tǒng)量程的兩極限值，也就是0V和5V。如果達(dá)到了這兩個值，系統(tǒng)會自動發(fā)出報警提示。

在如圖1當(dāng)中，數(shù)碼管顯示的測量電壓值是2.798V，而虛擬電壓表的值是+2.80V。經(jīng)過多次測驗，可以發(fā)現(xiàn)所設(shè)計的數(shù)字電壓表的最大誤差是0.002V。

4、結(jié)語

本次對數(shù)字電壓表的軟硬件設(shè)計，主要是在proteus中硬件仿真，將keil軟件編譯生成的hex程序文件加載到核心芯片中來實(shí)現(xiàn)的。所設(shè)計的數(shù)字電壓表可以測量0～5V的電壓值，經(jīng)過反復(fù)的測試和比較，得知所測電壓值的最大誤差是0.002V。它具有結(jié)構(gòu)簡單、精度高、實(shí)用性強(qiáng)、操作簡單的優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]張洪潤,易濤.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程[M].清華大學(xué)出版社,2003.

[2]鄭鋒.51單片機(jī)典型應(yīng)用開發(fā)范例大全[M].北京:中國鐵道出版社,2011.

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關(guān)鍵詞： 直流電壓；直流參考標(biāo)準(zhǔn)；比例測量；測量不確定度

中圖分類號：TM938.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）01-0035-02

0 引言

目前的高精度數(shù)字多用表，其直流電壓已達(dá)到百萬分之幾的測量不確定度，如FLUKE 8508A、AGILENT 3458A的1V直流電壓測量年相對不確定度在4×10-6左右，如何對這些高精度數(shù)字多用表的直流電壓進(jìn)行校準(zhǔn)？通常我們校準(zhǔn)數(shù)字多用表使用的計量標(biāo)準(zhǔn)器是多功能校準(zhǔn)源，如FLUKE5520A、5700A、5720A等，但多功能校準(zhǔn)源中即使目前準(zhǔn)確度等級最高的FLUKE5720A，其1V直流電壓年相對不確定度為7×10-6，比FLUKE8508A和AGILENT 3458A的不確定度要大，因此不可能用多功能校準(zhǔn)源直接校準(zhǔn)高精度數(shù)字多用表的直流電壓，本文以校準(zhǔn)FLUKE8508A為例介紹如何使用直流電壓參考標(biāo)準(zhǔn)、多功能校準(zhǔn)源、直流分壓器和八位半數(shù)字多用表校準(zhǔn)高精度數(shù)字多用表的直流電壓。

1 校準(zhǔn)方法

1.1 當(dāng)校準(zhǔn)電壓Ux

式中：r ——標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字多用表顯示的前后面板輸入電壓之比；Ux——校準(zhǔn)點(diǎn)電壓期望值；U0——電壓參考標(biāo)準(zhǔn)證書值；k——分壓器分壓比（10或100）。

被校數(shù)字多用表置相應(yīng)的量程，讀取其顯示值。

1.2 當(dāng)校準(zhǔn)電壓2V≤Ux

被校數(shù)字多用表置相應(yīng)的量程，讀取其顯示值。

1.3 當(dāng)校準(zhǔn)電壓Ux≥20V時，按圖3連接儀器。

被校數(shù)字多用表置相應(yīng)的量程，讀取其顯示值。

2 測量結(jié)果的不確定度評定

下面以校準(zhǔn)數(shù)字多用表200mV量程的100mV測量點(diǎn)為例，對測量結(jié)果的不確定度進(jìn)行評定（k=100，r≈1）。

式中：Δ——被校數(shù)字多用表示值誤差；Um——被校數(shù)字多用表指示值；U0——10V直流參考電壓出證值；k——直流分壓器分壓比；r——標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字多用表比例測量示值。

②FLUKE734A直流電壓參考標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)中國計量院校準(zhǔn)，校準(zhǔn)結(jié)果為10.000073V，測量不確定度為5×10-7，k=2，溯源引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

③直流參考電壓引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.5 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字多用表引入的不確定度

測量時固定量程200mV，采用比率測量，校準(zhǔn)值為100mV時，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字多用表示值r≈1，應(yīng)用20分鐘傳遞測量不確定度（0.4×10-6Reading+0.3×10-6Range），k=2。比率測量引入的相對不確定度為：

2.6 電壓分壓器引入的不確定度

2.7 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

2.8 擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2

擴(kuò)展不確定度U=kuc=2×7.72×10-8V≈0.00016mV。

2.9 測量結(jié)果報告

測量結(jié)果為：（100.00006±0.00016）mV，k=2。

3 結(jié)束語

本文介紹了采用直流電壓參考標(biāo)準(zhǔn)，通過標(biāo)準(zhǔn)分壓器和數(shù)字多用表的比例測量功能校準(zhǔn)高精度數(shù)字多用表。通過100mV校準(zhǔn)點(diǎn)測量不確定度的分析，其測量不確定度為0.00016mV，8508A數(shù)字多用表在該點(diǎn)的最大允許誤差為±0.00055mV，滿足1/3倍關(guān)系的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]JJG315-1983，直流數(shù)字電壓表檢定規(guī)程.

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萬用表有兩種，即數(shù)字萬用表和指針萬用表。

指針萬用表原理：主要是利用一個磁電式微安級的直流電流表做表頭在表頭基礎(chǔ)上，通過與表頭并聯(lián)電阻分流來擴(kuò)大直流電流檔測量量程，被測大電流經(jīng)過分流電阻分流。

數(shù)字萬用表原理：主要是利用轉(zhuǎn)換器，與一個液晶顯示屏構(gòu)成一個數(shù)字電壓表，在這個數(shù)字電壓表表頭的基礎(chǔ)上加裝一些分壓電阻，分流電阻，以及運(yùn)放，整流裝置，等構(gòu)成一個數(shù)字式萬用表。

指針式萬用表交流電壓擋采用半波整流即二極管整流，而數(shù)字式萬用表交流電壓擋一般都是采用高精度，高靈敏度的

（來源：文章屋網(wǎng) ）

篇6

功率半導(dǎo)體器件應(yīng)用非常廣泛，是各種電子系統(tǒng)及儀器的基礎(chǔ)，通常包括功率二極管、三極管、MOS場效應(yīng)管、結(jié)型場效應(yīng)管、可控硅等。目前，功率半導(dǎo)體器件應(yīng)用單位涉及航天、航空、高等院校、電子研究所等諸多部門。其制造工藝及其設(shè)計水平較原來普通器件在功率上有了很大的提高，而功率器件直流參數(shù)是器件性能驗收必測參數(shù)，以功率半導(dǎo)體二極管為例，直流參數(shù)主要包括：擊穿電壓VR、反向直流電流IR、正向直流電壓VF、工作電壓VZ等。

功率半導(dǎo)體器件測試系統(tǒng)是用于測試半導(dǎo)體器件直流參數(shù)的系統(tǒng)。測試過程中，半導(dǎo)體器件的附加溫升導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)漂移和不穩(wěn)定，因此在美軍標(biāo)、國軍標(biāo)、國標(biāo)等標(biāo)準(zhǔn)中提出了“脈沖測試”法。美軍標(biāo)MIL-STD-750E半導(dǎo)體器件試驗方法4.3.2.1、國軍標(biāo)GJB128A-1997半導(dǎo)體分立器件試驗方法3.3.2.1中，300μs脈沖寬度的測試條件推薦選取。

功率半導(dǎo)體器件直流參數(shù)測量，需要高壓電壓源、脈沖大電流源、可測試大電流的恒壓源、小電流源、小電壓源、數(shù)字電壓表等多個模塊配合才能實(shí)現(xiàn)。其中，其技術(shù)要求為：上升下降時間快（優(yōu)于20μs）、脈沖寬度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求（優(yōu)選300μs）、脈沖電流幅度（高達(dá)1000A）。

總體設(shè)計方案

本文所研制功率半導(dǎo)體器件直流參數(shù)測試系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計，主要分為電源模塊、脈沖大電流矩陣開關(guān)模塊、高壓電壓源、脈沖大電流源、可測試大電流的恒壓源、小電流源、小電壓源、數(shù)字電壓表等模塊組成。測試系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

電源模塊分別給其他各模塊提供工作電源。測試系統(tǒng)通過計算機(jī)使用測量軟件進(jìn)行功率半導(dǎo)體器件參數(shù)測量控制。通過VC++6.0開發(fā)環(huán)境開發(fā)功率半導(dǎo)體器件直流參數(shù)測量軟件，可快速、準(zhǔn)確、全面的對二極管、雙極晶體管、場效應(yīng)晶體管和絕緣柵雙極晶體管（IGBT）進(jìn)行直流參數(shù)測試。

1各部分技術(shù)指標(biāo)及主要功能

1）系統(tǒng)背板

主要實(shí)現(xiàn)高壓電壓源、大電流源、可測試大電流的恒壓源、小電流源、小電壓源、數(shù)字電壓表各模塊與計算機(jī)通過專用接口之間的通信。

2）系統(tǒng)專用接口

實(shí)現(xiàn)計算機(jī)與系統(tǒng)背板之間通信。

3）計算機(jī)

為功率半導(dǎo)體器件直流參數(shù)測量軟件的運(yùn)行平臺。

4）高壓電壓源

提供擊穿電壓等高電壓電信號的供給，電壓范圍：30～3000V，最大允許誤差：±2%。

5）大電流源

提供測量所需偏置脈沖電流，脈沖電流范圍：10～500A（脈沖寬度：50A以下為100μs～10ms，50～500A為300μs），最大允許誤差：±2%，開路電壓：4V。

6）可測試大電流的恒壓源

通過該恒壓源，實(shí)現(xiàn)脈沖電流的測量，電壓范圍：-30～+30V，最大允許誤差：±1%。

7）小電流源

提供較小的直流電流驅(qū)動能力，電流范圍：10mA～10A。

8）小電壓源

提供較小的直流電壓驅(qū)動能力，電壓范圍：-30～+30V，最大允許誤差：±1%，開路電壓：20V。

9）數(shù)字電壓表

提供直流電壓的測量，測量范圍：1～3000V，最大允許誤差：±1%。

10）矩陣開關(guān)

通過矩陣開關(guān)實(shí)現(xiàn)各模塊資源的調(diào)配，為直流參數(shù)測量準(zhǔn)備好條件。

11）測試端子

實(shí)現(xiàn)與被測功率半導(dǎo)體器件的連接。

2直流參數(shù)測量原理

以絕緣柵雙極晶體管正向跨導(dǎo)gm參數(shù)測量原理為例進(jìn)行介紹，其余參數(shù)測量原理參照國軍標(biāo)GJB128A-1997半導(dǎo)體分立器件試驗方法。

可測試大電流的恒壓源（恒壓測流源一）施加規(guī)定電壓，調(diào)整小電壓源（恒壓測流源二）電壓值使所測試出的電流為規(guī)定值Id1，記錄此時的電壓V1，改變V1的電壓為V2，記錄此時可測試大電流的恒壓源（恒壓測流源一）測試出的電流為規(guī)定值Id2，正向跨導(dǎo)通過式1可計算

脈沖大電流源主要技術(shù)指標(biāo)為電流范圍：10～500A（脈沖寬度：50A以下為100μs～10ms，50～500A為300μs），最大允許誤差：±2%，開路電壓：4V。

脈沖大電流源主要實(shí)現(xiàn)脈沖大電流產(chǎn)生，自重脈沖電流幅度為50～500A部分，脈沖寬度采用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的300μs。該模塊的研制是本項目的關(guān)鍵技術(shù)之一，主要采用電容充放電技術(shù)，即通過精心挑選的變壓器對電容器矩陣進(jìn)行充電，充電達(dá)到一定值后，通過軟件控制負(fù)載通斷時間，實(shí)現(xiàn)脈沖大電流的產(chǎn)生。中間涉及多項難點(diǎn)，包括：1）脈沖電流幅度精度的保證，通過大功率精密電阻保證所提供脈沖電流幅度的準(zhǔn)確度；2）降低電容充放電矩陣容抗的影響，本項目通過采用低值電容進(jìn)行并聯(lián)的技術(shù)，既達(dá)到了需要的電容值，又降低了大電容必然產(chǎn)生高阻抗特性。

所設(shè)計脈沖大電流源模塊如圖3所示。

4技術(shù)指標(biāo)的保證

保證技術(shù)指標(biāo)是整個硬件設(shè)計的基本要求。這里以小電壓源、小電流源部分為例進(jìn)行說明。兩部分技術(shù)指標(biāo)為電壓范圍：-30～30V（零點(diǎn)除外）；最大允許誤差：±1%；電流范圍：10mA～10A；最大允許誤差：±1%，開路電壓：20V。為了提高精度采取以下措施：

1）數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片選擇完整的雙通道、12位、電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器。一個通道為電路提供驅(qū)動電壓和驅(qū)動電流，另一個通道提供鉗位電壓和鉗位電流。12位的DAC的精度是±0.024%；

3）防止地塌陷影響精度，對加流測壓反饋回路中的地進(jìn)行噪聲處理；

4）電壓分擋模式切換使用串聯(lián)連接方法組成不同的阻值，如果使用并聯(lián)方式，繼電器切換瞬間會構(gòu)成反饋環(huán)路斷開，主運(yùn)放開環(huán)輸出電壓接近電源軌道，影響精度；

5）如果輸出端與負(fù)載直接相連，在測試元件等效電阻小時，會由于線損而產(chǎn)生測試誤差，故在實(shí)際設(shè)計中，輸出端與負(fù)載的相連可采用開爾文電橋接法，負(fù)載兩端采用四線連接；

6）為了防止地、電源的干擾，把FORCE包裹起來，形成等電位，保證精度；

7）SENCE端采用電壓跟隨器，進(jìn)行隔離，保證精度；

8）在電路板布線的過程中，避免直角走線，減少噪聲輻射和耦合。同時電源和地線盡量粗，減小耦合噪聲。

5測量軟件開發(fā)

功率半導(dǎo)體器件直流參數(shù)測量軟件編制是基于PCI總線的控制軟件，該軟件采用VisualC++6.0作為開發(fā)平臺。功率半導(dǎo)體器件直流參數(shù)測量軟件，主要流程分為啟動程序，選擇器件類型，調(diào)入器件參數(shù)或者根據(jù)器件手冊編制器件參數(shù)文件，進(jìn)行電路保護(hù)判斷，防止損壞系統(tǒng)，調(diào)整參數(shù)直到滿足系統(tǒng)相關(guān)資源為止；啟動測試，以圖形或者文字形式進(jìn)行測試結(jié)果顯示。詳細(xì)流程如圖4所示。

6器件掃描新特性的開發(fā)

本測量軟件在完成二極管、雙極型晶體管、場效應(yīng)晶體管、IGBT模塊相關(guān)參數(shù)點(diǎn)測試的同時，通過對測量軟件的功能進(jìn)行升級，在點(diǎn)測試基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對器件特性曲線測量技術(shù)。實(shí)現(xiàn)了二極管、雙極型晶體管、場效應(yīng)晶體管、IGBT模塊直流參數(shù)器件4種特性曲線的描繪功能，對話框如圖5所示。

以功率半導(dǎo)體器件BSM111AR為例，特性曲線掃描結(jié)果如圖6所示。

篇7

一、 概述

（一）技術(shù)依據(jù)：JJG724-1991直流數(shù)字式歐姆表檢定規(guī)程；

JJG（航天）34-1999交流數(shù)字電壓表檢定規(guī)程；

JJG 315-1983直流數(shù)字電壓表檢定規(guī)程。

（二）環(huán)境條件：環(huán)境溫度（20±1）℃，相對濕度（45～75）%RH。

（三）測量標(biāo)準(zhǔn)：

（四）被測對象：VC9807A+數(shù)字萬用表。

（五）測量方法

用標(biāo)準(zhǔn)源法將標(biāo)準(zhǔn)器與被測表對接，由標(biāo)準(zhǔn)源法給出標(biāo)準(zhǔn)值給被測表，在被測表上讀出相應(yīng)讀數(shù)。被測表讀數(shù)減去標(biāo)準(zhǔn)器輸出標(biāo)準(zhǔn)值即為示值誤差。

二、數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)模型：

式中：E――被測表的示值誤差。

――被測表讀數(shù)。

――標(biāo)準(zhǔn)器示值。

三、輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

測量不確定度主要有以下幾種來源：

（1）數(shù)字萬用表測量重復(fù)性引入的不確定度分量，采用A類評定方法。

（2）測量標(biāo)準(zhǔn)的誤差引入的不確定度分量，采用B類評定方法。

（3）數(shù)字萬用表分辨力引入的不確定度分量，采用B類評定方法。

（4）環(huán)境溫度影響引入的不確定度分量，由于數(shù)字萬用表檢測過程對環(huán)境條件要求比較寬松，實(shí)驗室條件也完全能夠滿足，因此認(rèn)為該分量可忽略不計。

（一）被測數(shù)字萬用表測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評定

對被測數(shù)字萬用表，在測量點(diǎn)交流電壓100V，直流電壓10V，電阻100kΩ，分別重復(fù)測量10次，根據(jù)貝塞爾公式計算被測數(shù)字萬用表在各測量點(diǎn)的實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)偏差，又因為在本次測量中，以單次測量值為測量結(jié)果，則測量重復(fù)性產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：，測量結(jié)果如下表所示。

（二）測量標(biāo)準(zhǔn)的誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 的評定

此標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量來源于所使用的標(biāo)準(zhǔn)器自身的誤差，采用B類不確定度的評定。

交流電壓100V測量點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量主要是交流測試系統(tǒng)誤差引入的，采用B類評定方法。由儀器技術(shù)指標(biāo)可得在100V點(diǎn)的不確定度為：

U=0.05%×100V=50mV，k=2。 所以，= U/k=25mV。

直流電壓10V測量點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 主要是三相交直流攜式檢定裝置的誤差引入的，采用B類評定方法。由儀器技術(shù)指標(biāo)可得在10V點(diǎn)的不確定度為： U=0.03%×10V+0.02%×10V=5mV，k=2。所以， = U/k=2.5mV。

電阻100kΩ測量點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 主要是由標(biāo)準(zhǔn)電阻的誤差引入的，采用B類評定方法。由儀器技術(shù)指標(biāo)可得在100kΩ點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)電阻的最大允許誤差為±（100 kΩ×0.01%）。假設(shè)其服從均勻分布，則有：=5.8Ω。

（三）被測數(shù)字萬用表分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評定

交流電壓100V測量點(diǎn)：被測數(shù)字萬用表分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 ，采用B類評定方法。被測表在100V電壓點(diǎn)的的分辨力為 0.01V，其區(qū)間半寬為0.005V，假設(shè)其服從均勻分布，則：=0.005 V /31/2=2.9mV

直流電壓10V測量點(diǎn)：被測數(shù)字萬用表分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 ，采用B類評定方法。被測表在10V電壓點(diǎn)的的分辨力為 0.001V，其區(qū)間半寬為0.0005V，假設(shè)其服從均勻分布，則：=0.0005 V /31/2=0.29mV

電阻100kΩ測量點(diǎn)：被測數(shù)字萬用表分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 ，采用B類評定方法。被測表在100 kΩ測量點(diǎn)的分辨力為0.01kΩ，其區(qū)間半寬為0.005 kΩ，假設(shè)其服從均勻分布，則： =0.005 kΩ/31/2=2.9Ω

四、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

重復(fù)觀測中的任意一個示值都無例外地受到分辯力影響導(dǎo)致測量值的分散，因此，在計算 時只需取 和 的大者即可，又因為各分量之間相互彼此獨(dú)立，且靈敏度系數(shù)均為1，所以合成不確定度。

五、 擴(kuò)展不確定度評定：

取包含因子k=2，擴(kuò)展不確定度，相對擴(kuò)展不確定度

六、校準(zhǔn)結(jié)果報告

在標(biāo)準(zhǔn)源輸出交流電壓100V（60Hz）時，被測表讀數(shù)M=99.82V，E=-0.18V， U=6×10-2V（或Urel= 6×10-4），k=2。

篇8

每一種測量設(shè)備都有最合適的測量范圍,我們需要做的是正確選擇測量設(shè)備,以及正確選擇測量設(shè)備上的測量擋位。我們不要認(rèn)為選用精確度越高的,其測量結(jié)果越準(zhǔn)確。

例如:被測直流功率約為1050W,電路電流:I=4.8A。一只功率表量限為220V,15A,0.2級,表的最大可能誤差:r=220×15×0.002=6.6W,測量誤差r≈0.6%。另一只功率表量限為220V,5A,0.5級的,表的最大可能誤差:r=220×5×0.005=5.5W,測量誤差r≈0.5%所以,我們應(yīng)選用精度較低的0.5級的功率表來進(jìn)行測量,而不是選用精度較高的0.2級的功率表。

數(shù)字儀表的輸入級離不開放大器,所以在數(shù)字電表的輸入端接被測對象時會有零電流流過,這個電流具有恒流源的性質(zhì),即電流不隨被測對象內(nèi)阻變化而變化,輸入信號越小這項影響就越突出,操作人員要盡量選擇合適的輸入信號,減少零電流的影響。

測量儀器電鍵按鈕接觸不良,將導(dǎo)致回路接觸不良,熱電勢大,工作不穩(wěn)定,而回路時斷時通引起讀數(shù)不穩(wěn)定,主要原因就是銀觸點(diǎn)臟污造成的。轉(zhuǎn)換開關(guān)的質(zhì)量和磨損程度對測量的影響也很大,對測量盤、溫度補(bǔ)償盤、變換量限開關(guān)等,無論是定軸式、動軸式、油浸式,只要其性能變差,其接觸電阻、接觸熱電勢都會引起誤差,這類故障引起的誤差有其特點(diǎn),在切換到某一檔時,讀數(shù)不成規(guī)律變化或出現(xiàn)突變,或示值不穩(wěn),一般在反復(fù)旋動接點(diǎn)后,讀數(shù)會暫時恢復(fù)正常,要徹底解決問題就必須檢修。電位器觸點(diǎn)不良引起的誤差與此類似。換向開關(guān)、按鍵開關(guān)大多是不便拆開的,當(dāng)其接觸電阻變差不穩(wěn)定時,可以嘗試從手柄處滴人工業(yè)酒精同時不斷扳動手柄,有望恢復(fù)功能;轉(zhuǎn)換開關(guān)絕緣電阻降低,應(yīng)注意觀察觸點(diǎn)問是否有殘余金屬粉末,一般清除后即可恢復(fù)。

輔助設(shè)備的狀況對測量誤差也有影響,例如電橋供電不足會嚴(yán)重影響測量精度,其電源的選用必須按照說明書要求進(jìn)行,如沒有說明書時,可按不大于被測電阻或標(biāo)準(zhǔn)電阻額定電流的1/2作為電源的工作電流。對于電池的選取不當(dāng)也會引起誤差,一般工作電流1毫安以上的要用蓄電池,1毫安以下的用甲電池,標(biāo)準(zhǔn)電池原則上只能提供電勢,不能提供電流,有的標(biāo)準(zhǔn)電池長期使用后雖有電勢但內(nèi)阻過大,也會使線路靈敏度降低;對新充電的蓄電池必須經(jīng)過人工放電到穩(wěn)定值后才能使用。正確使用專用導(dǎo)線。因為有些測量儀器配有專用導(dǎo)線,對導(dǎo)線電阻的大小有要求。使用時,必須滿足。例如,低量限的電壓表和與分流器組合使用的大量限電流表;使用雙電橋時,跨線電阻必須很小。

2.環(huán)境因素產(chǎn)生的誤差

有些測量儀器受環(huán)境的影響較大,一般包括:溫度、濕度、電場、磁場、壓力、光照、振動、微塵和供電質(zhì)量等。

溫度的變化對測量的結(jié)果影響十分明顯。標(biāo)準(zhǔn)電阻由錳銅制成,阻值隨溫度的變化而變化,變化的情況以溫度系數(shù)表示,一個標(biāo)準(zhǔn)電阻如果溫度系數(shù)未知,當(dāng)不在20℃下使用,標(biāo)準(zhǔn)電阻值就無法準(zhǔn)確確定,從而失去檢測的意義;對于內(nèi)附穩(wěn)壓源的設(shè)備,例如一些內(nèi)附穩(wěn)壓源電位差計,溫度的變化對穩(wěn)壓值有影響,會影響到測量的結(jié)果。當(dāng)然,上述設(shè)備發(fā)生溫度偏差也可以通過各種公式和系數(shù)進(jìn)行換算,但是換算得出的畢竟只是個近似值,如果偏差過大,算出的結(jié)果是不能保證準(zhǔn)確度的。

防止溫度變動對測量影響的首要條件就是按照規(guī)程要求,嚴(yán)格控制實(shí)驗室環(huán)境溫度在規(guī)定范圍。當(dāng)溫度條件在20℃附近有少量偏差時,可以采用各種辦法進(jìn)行修正,標(biāo)準(zhǔn)電阻要通過溫度系數(shù)進(jìn)行換算;對于有溫度補(bǔ)償盤的電位差計要做好最小步值的檢測及調(diào)節(jié)。同時,嚴(yán)格按照規(guī)程的要求,對檢測設(shè)備及被檢儀器進(jìn)行恒溫、預(yù)熱,不同的儀器對于預(yù)熱的要求是不同的,必須滿足技術(shù)說明書的要求;不同的儀器對恒溫的要求也是不同的,不能一概而論,例如,對于電阻的測量,由于其自身發(fā)熱引起誤差,通電后測量要快,尤其是測量0.1Ω以下的電阻,電流的正、反向開關(guān)應(yīng)間歇使用,否則被測電阻因長時間通過大電流會引起很大的溫升誤差。

儀器對于環(huán)境濕度的要求也應(yīng)給予足夠的重視。特別是在梅雨季節(jié),房間內(nèi)濕度往往偏高,儀器中的電子元件等受潮后,易銹蝕、霉變,造成儀器接觸不良、性能下降,甚至損壞。潮濕的環(huán)境還容易使儀器的絕緣性能變差,產(chǎn)生不安全的因素。濕度對靜電感應(yīng)也會有影響,濕度低時靜電感應(yīng)的影響會加大,這時操作者相當(dāng)于一電容極板,儀器則是另一極板,簡單有效的檢查方法是,接好測量線后,用手靠近一下或輕碰一下儀器或引線,看看電流表有否不正常的偏轉(zhuǎn),有偏轉(zhuǎn)則說明有靜電感應(yīng)。防止靜電感應(yīng)的辦法是使人與儀器的外殼等電位。平時可以利用空調(diào)機(jī)的去濕功能來控制實(shí)驗室的濕度,必要時應(yīng)專門配備去濕機(jī)。對儀器內(nèi)放置的干燥劑一定要定期檢查,一旦失效要及時更換。

在使用數(shù)字電壓表等含電子回路的儀表時,電、磁場及工頻電源干擾影響比較顯著。數(shù)字電壓表、直流比較式電位差計、直流標(biāo)準(zhǔn)電壓發(fā)生器,都使用工業(yè)電網(wǎng)供電,在獨(dú)立工作時每個儀表都合格,但是它們在聯(lián)成為一個測量線路時卻發(fā)生較大的誤差,表現(xiàn)為數(shù)字電壓表和電位差計出現(xiàn)了零位示值。我們采用的措施是可以在每臺儀器上采用雙屏蔽,并利用隔離變壓器隔離電源,就能將干擾限制在有限范圍內(nèi)。同時盡量不與大電機(jī),大的通風(fēng)機(jī),空調(diào)機(jī)等大的用電設(shè)備共用一條供電線路,以免在這些用電設(shè)備起動時,供電線路的電壓大幅度的波動,造成儀器工作不穩(wěn)定。

儀器放置不水平,會使表計零點(diǎn)偏移;震動不僅會影響儀器的性能和測量結(jié)果,還會造成某些精密元件損壞,因此,要求將儀器安放在遠(yuǎn)離震源的水泥工作臺或基座上;單方面的光照輻射及熱源會造成熱偏差,光照標(biāo)準(zhǔn)電池會引起變質(zhì)及較大的滯后,必須將其放在不透光的容器內(nèi)保存及使用。總之,要保證測量的準(zhǔn)確度,我們需要認(rèn)真對待環(huán)境的影響,在測量之前,必須仔細(xì)檢查全部量具和儀器的調(diào)整狀況、位置狀況,例如儀表指針調(diào)零,防止儀器之間的干擾等,需要做好充分的準(zhǔn)備和保持良好的環(huán)境條件,才能保證測量的準(zhǔn)確。

3.人為因素引起的誤差

人為因素引起的誤差主要是方法不當(dāng)引起的誤差,如果方法使用不當(dāng),測量結(jié)果必然不對。

在連接測量儀表時,有時會發(fā)生連線錯誤、測試線脫開或接觸不好、連線順序不對等,這時機(jī)殼電位不但會引起誤差,而且可能損壞電路中的器件。當(dāng)接入被檢設(shè)備時其端鈕和接線應(yīng)擰緊,以減少接觸電阻的影響。插塞與插孔的配合要良好,保持清潔,插塞要插牢,每次松緊程度要一致。因此我們在開始檢測前一定要確認(rèn)連接正確,一定要先連線,再檢查,之后開機(jī)。并且連接線一定要連接牢靠,不能出現(xiàn)松動現(xiàn)象。

篇9

關(guān)鍵詞 數(shù)字萬用表；微小量；致差因素

中圖分類號TB9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2014）114-0115-02

0 引言

數(shù)字萬用表作為一種通用測試儀表，具有功能多、操作簡單、攜帶方便、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，無論在車間生產(chǎn)、家庭電工，還是在航天科研、軍工測試軍領(lǐng)域，它都是必不可少的計量器具之一。依據(jù)生產(chǎn)廠商和型號，數(shù)字萬用表有上百種之多。無論哪種數(shù)字萬用表都是按照J(rèn)JG315-1983《直流數(shù)字電壓表檢定規(guī)程》、JJG315-1989《直流數(shù)字電流表檢定規(guī)程》和JJG315-1991《直流數(shù)字歐姆表檢定規(guī)程》進(jìn)行檢定。筆者在從事多年的數(shù)字萬用表的檢定實(shí)踐中，總結(jié)了數(shù)字萬用表的使用誤區(qū)和在測量微小量是致差因素，并給出相應(yīng)解決辦法，在此作一交流。

1 數(shù)字萬用表的組成原理

圖1 數(shù)字萬用表組成

2 各測量檔精度的分析與討論

任何一臺數(shù)字萬用表都有測量誤差，即測量值與真實(shí)值之間的差值。通常使用人員是根據(jù)一臺數(shù)字萬用表顯示位數(shù)來判斷其精度，6位半的表比5位半的精度高，5位半的比4位半的精度高，這是判斷一臺數(shù)字萬用表精度的最粗略的方法。然而，一臺數(shù)字萬用表不同的測量檔和同一測量檔的不同量程的精度是否達(dá)到真正的顯示精度，這是使用人員應(yīng)該注意的。下面以Fluke289為例進(jìn)行說明。根據(jù)數(shù)字萬用表檢定規(guī)程和F289各測量檔的精度要求計算出部分測量檔的相對誤差的上限值和下限值，如表1。

表1

Fluke289數(shù)字萬用表是一臺4位半的表。從表1中可以得出該表各測量檔精度高低的基本順序依次是DCV、R、DCA、ACV、ACA。作為基本量程檔的DCV5V檔，精度最高，誤差值控制在顯示值的最后兩位內(nèi)變化，除最后兩位外的其他位可信度為“1” ，顯示值最后一位的可信度相對前一位較低。而在DCA5A檔、ACV5V檔、ACA500 uA檔、R30 MΩ檔等的誤差值是在顯示值的最后三位變化，顯示值最后一位的可信度相對前兩位更低，甚至可以認(rèn)為不可信；因此在F289數(shù)字萬用表的這些測量檔上，該表精度最多為3位半。若使用其他一些掃描速度快的表的低精度測量檔進(jìn)行測量時還會出現(xiàn)無法讀取最后一位和前一位數(shù)值的現(xiàn)象。若用F289測量一個較小量，加上受摩擦電效應(yīng)等致差因素的影響，使得測量結(jié)果更缺乏準(zhǔn)確性，導(dǎo)致測量結(jié)果與真實(shí)值相去甚遠(yuǎn)。這種測量顯示值最后一位或兩位的不可信現(xiàn)象在其他各種數(shù)字萬用表中均出現(xiàn)。一臺數(shù)字萬用表的不同測量檔和同一測量檔的不同量程的精度不一樣，而且差別很大。因此，使用經(jīng)計量檢定后合格的數(shù)字萬用表，掌握各測量檔的精度要求，才能獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果。

3 測量微小量的致差因素和解決辦法

除了示波器等測量設(shè)備外，也可以使用高精度的數(shù)字萬用表對微小物理量進(jìn)行測量，但應(yīng)盡量避免摩擦電效應(yīng)、漏電電流、壓電效應(yīng)等一些致差因素對測量結(jié)果的影響。以下簡單分析使用高精度的數(shù)字萬用表測量微小量過程中的致差因素和解決辦法。

3.1 摩擦電效應(yīng)

摩擦電電流是由導(dǎo)體和絕緣體之間摩擦產(chǎn)生的電荷生成。摩擦引起自由電子脫離導(dǎo)體，產(chǎn)生電荷不平衡，從而產(chǎn)生電流。使用“低噪聲”電纜能較好地降低這種效應(yīng)，“低噪聲”電纜通常使用聚乙烯作為內(nèi)層絕緣層，并在外層屏蔽層的內(nèi)表面涂覆石墨。石墨既有作用，又能形成導(dǎo)電的等電位圓柱體，是電荷平衡并降低由于電纜運(yùn)動的摩擦效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷。但是，“低噪聲”電纜在受到拉伸振動時仍然會產(chǎn)生一些些噪聲，所以所有電纜都要盡量短，同時避免溫度變化的影響。

3.2 壓電效應(yīng)

壓電效應(yīng)是當(dāng)某些材料（如晶體）受到機(jī)械壓力，晶體兩端會產(chǎn)生一定強(qiáng)度的電壓。利用這種效應(yīng)可以將晶體作為壓力傳感器；在晶體兩端加一定強(qiáng)度的電場，晶體本身也會產(chǎn)生一定程度的變形，電光調(diào)節(jié)器就是利用這一原理實(shí)現(xiàn)的。但是，壓電效應(yīng)對微小的物理量測量時不利的。為了避免壓電效應(yīng)，在測量時應(yīng)盡量避免使導(dǎo)線和絕緣體受到較大的壓力和交變扭曲，連接測試的夾具盡可能緊固。

3.3 漏電電流

漏電電流是由測量電路和附近的電壓源之間的寄生電阻通路產(chǎn)生，它會大大降低測量微小量的準(zhǔn)確度。因此在測量時，應(yīng)當(dāng)使用高質(zhì)量的絕緣材料，降低測量環(huán)境中的濕度，并進(jìn)行相應(yīng)的物理隔離。

3.4 介質(zhì)吸收效應(yīng)

在絕緣兩端施加電壓時，由于介質(zhì)本身的極化特性，正負(fù)電荷會一定程度地集中到物體的兩極，這就是介質(zhì)吸收效應(yīng)。在電荷移動過程中，會產(chǎn)生一定強(qiáng)度的電流，而當(dāng)電壓移除后，正負(fù)電荷又會以衰減振蕩的形式移動重新回到原來的非極化狀態(tài)，這樣也會產(chǎn)生強(qiáng)度逐漸減弱的電流。衰減電流可以持續(xù)幾分鐘到幾小時。例如，在做完電纜的絕緣導(dǎo)通測試之后，電纜中留有較強(qiáng)的靜電，足以傷人與損壞設(shè)備。因此，在電流測量中不應(yīng)該加過強(qiáng)的電壓，并且在測量過后進(jìn)行放電操作。

4 結(jié)論

綜上所述，在使用數(shù)字萬用表時，一定要熟悉各測量檔的測量精度，根據(jù)顯示值個顯示位的可信度和測量工作的準(zhǔn)確度要求合理地作出取舍；同時要考慮到摩擦電效應(yīng)、壓電效應(yīng)和漏電電流等致差因素的干擾，并采取相應(yīng)的解決措施。只有做到以上兩點(diǎn)，才能獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

[1]中國計量科學(xué)研究院.JJG 315-1983[S].中國計量出版社，2000.

[2]何希才，尤克.微小電流的測量[J].電測與儀表，1991，28（10）：22-23.

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2.課程設(shè)計理念

以企業(yè)真實(shí)項目為依托，從企業(yè)的真實(shí)項目中提煉出與本課程相關(guān)的一些項目，如八路搶答器，直流數(shù)字電壓表等項目，以培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)為目標(biāo)，以企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)工作過程為主線，企業(yè)參與的多方評價機(jī)制。

3.學(xué)生基礎(chǔ)和智能特點(diǎn)分析

本課程的授課對象為電子信息工程技術(shù)專業(yè)的大一學(xué)生，該學(xué)生來源復(fù)雜，有理科生、文科生及對口生，該學(xué)生的特點(diǎn)是基礎(chǔ)和動手能力參差不齊，但有很高的學(xué)習(xí)熱情。基于以上學(xué)生基本特點(diǎn)，我們采取的措施主要是：在教學(xué)過程中，將學(xué)生分成若干個學(xué)習(xí)小組，每個小組兼有理科生、文科生及對口生，充分發(fā)揮理科生邏輯思維較強(qiáng)，文科生語言表達(dá)清晰，對口生計算機(jī)應(yīng)用能力較好的優(yōu)勢。以取長補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。

4.課程內(nèi)容的選取和教學(xué)組織安排

本課程安排了5個綜合性的實(shí)訓(xùn)項目，聲光控制燈電路的制作、八路搶答器電路的制作、電子生日蠟燭電路的制作、流水彩燈電路的制作及直流數(shù)字電壓表的制作。以上5個實(shí)訓(xùn)項目在知識目標(biāo)和能力目標(biāo)上都是逐級遞深的，這一點(diǎn)也符合我們的認(rèn)知規(guī)律。教學(xué)組織安排：對于每個實(shí)訓(xùn)項目，都包含知識目標(biāo)、能力目標(biāo)以及子任務(wù)，在這里，我就不再一一贅述了。

5.教學(xué)模式及教學(xué)方法手段

在教學(xué)實(shí)施過程中，綜合采用了多種教學(xué)方法：項目教學(xué)法、演示法、小組討論法、角色扮演法、實(shí)踐教學(xué)法及匯報展示法。下面我以項目教學(xué)法為例，具體介紹一下該教學(xué)法在教學(xué)實(shí)施過程中的應(yīng)用。本課程安排了5個綜合性的實(shí)訓(xùn)項目，每個項目都以企業(yè)真實(shí)項目為依托，通過項目教學(xué)法，可以使學(xué)生對知識的理解實(shí)現(xiàn)從量的變化到質(zhì)的飛躍，還可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。在教學(xué)過程中，我們根據(jù)內(nèi)容的不同，靈活采用不同的教學(xué)方法，以滿足教學(xué)。教學(xué)手段包括：多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)板書教學(xué)有機(jī)結(jié)合，可以提高師生之間的互動；利用實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，提高學(xué)生的動手能力；利用仿真軟件進(jìn)行教學(xué)，提高教學(xué)的直觀性。

6.課程對教學(xué)條件的要求

師資方面：本課程專任教師共5名，均有豐富的信息類行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)一線的工作閱歷，且都具有高級無線電調(diào)試師職業(yè)資格和電子產(chǎn)品生產(chǎn)調(diào)試能力；兼職教師共3名，均有三年以上電子信息類的行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)一線的工作閱歷和熟練的電子產(chǎn)品生產(chǎn)調(diào)試能力，具有教師基本素質(zhì)。實(shí)訓(xùn)條件方面：我們有數(shù)字電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)室，可供學(xué)生進(jìn)行電路搭建，還有EDA實(shí)訓(xùn)室，學(xué)生可以進(jìn)行電路仿真，電子工藝實(shí)訓(xùn)室可以給學(xué)生提供電路焊接及調(diào)試的場所；校外實(shí)訓(xùn)基地有河北先控電源設(shè)備有限公司、河北鼎尚電子設(shè)備有限公司、河北方圓測控有限公司以及京華電子實(shí)業(yè)有限公司，為學(xué)生提供了崗位認(rèn)知及頂剛實(shí)習(xí)的校外場所。學(xué)習(xí)資源方面：我們選用的教材為高職高專教材，是由本課程專任教師與企業(yè)合作開發(fā)的校企合作課程，另外還提供了三本參考教材，給教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)提供了很好的輔助作用，網(wǎng)絡(luò)資源方面，首先包括《數(shù)字電子產(chǎn)品設(shè)計與制作》精品課建設(shè)，已經(jīng)通過了學(xué)院的遴選，現(xiàn)在正在建設(shè)期，目前可提供的資料有課程標(biāo)準(zhǔn)、授課計劃、項目評分標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)課件、習(xí)題及參考答案及數(shù)字集成電路資料等。

二、教學(xué)單元設(shè)計

下面我以項目二“八路搶答器電路的制作”這一項目為例，介紹一下教學(xué)單元設(shè)計。知識目標(biāo)：

1.能了解數(shù)制與數(shù)碼的種類及運(yùn)算；

2.能對較復(fù)雜的組合邏輯電路進(jìn)行分析；

3.會用門電路進(jìn)行電路設(shè)計，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的邏輯功能；

4.了解常用的組合邏輯電路的功能；

5.能分析8路搶答器電路的工作原理。能力目標(biāo)：

1.按要求用常用的集成門電路實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的邏輯功能；

2.能對常用組合邏輯集成電路進(jìn)行測試；

3.用組合邏輯集成電路設(shè)計制作8路搶答器。子任務(wù)：

1.用門電路制作簡單邏輯電路；

2.編碼器的邏輯功能測試；

3.譯碼器的邏輯功能的測試；

4.八路搶答器的制作與調(diào)試。教學(xué)組織實(shí)施過程包括五個環(huán)節(jié)：資訊、計劃、準(zhǔn)備、實(shí)施及評價環(huán)節(jié)。在資訊環(huán)節(jié)，首先明確學(xué)習(xí)目標(biāo)要求，教師對項目所能實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行演示，學(xué)生通過觀摩學(xué)習(xí)，閱讀并分析參考資料、工藝文件等相關(guān)資料，討論其功能，激發(fā)興趣，明確項目任務(wù)，用時1課時。在資訊環(huán)節(jié)主要采用了演示教學(xué)法。在計劃環(huán)節(jié)，班組長先組織小組討論，然后交流對工作任務(wù)的認(rèn)識及相關(guān)知識的分析，將工作任務(wù)進(jìn)行分解，初步制訂工作計劃，用時1課時。在計劃環(huán)節(jié)主要采用了小組討論教學(xué)法。在準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，主要是知識的準(zhǔn)備：采用講授法、演示法、分組討論等教學(xué)方法，使得學(xué)生獲得相關(guān)知識，用時4課時。在實(shí)施環(huán)節(jié)，首先對電路進(jìn)行設(shè)計，利用仿真軟件對電路進(jìn)行仿真調(diào)試，觀察和測量電路的性能指標(biāo)，并調(diào)整部分元器件參數(shù)，從而達(dá)到各項指標(biāo)的要求，用時4課時。然后是材料、工具準(zhǔn)備：工具人手一套，芯片等元器件利用課余時間分組去市場購買。接著進(jìn)行搭建電路、焊接、調(diào)試、檢查，用時10課時。在評價環(huán)節(jié)，主要包括四方面的評價：

1.項目積分50%

芯片的使用和檢測；電路制作；匯報演講。

2.課堂表現(xiàn)10%

課堂紀(jì)律；學(xué)習(xí)態(tài)度10%。

3.能力表現(xiàn)10%

動手實(shí)踐；電路分析及調(diào)試。

4.企業(yè)評價30%