【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 R151KR161KR17NPNR19GNDVCC`C6ad4765u4BRoVCCC7125R20J2BJ2ad3DA210KR2150KR22GND1KR25`1KR22`GND10KR21`1KR26`J3BJTAG1R20`50KR251kRW2GND+C12500R114GNDVCC`1KR1111KR112C111TL431TL431 圖 4 恒流源電路圖 該方案有關(guān)計(jì)算： 設(shè)萬(wàn)用表內(nèi)部電源為 Ucc，內(nèi)部電阻為 R。 (Uccad6/2)/Io=R公式 1 (ad4/4)/Rx=Io 公式 2 Rx：電流采樣電阻。 通過(guò)公式 公式 2 的出 R，然后通過(guò)與 R 的標(biāo)準(zhǔn)組織進(jìn)行比較，然后將 R的誤差值轉(zhuǎn)換到格擋的輸出中，根據(jù)萬(wàn)用表誤差等級(jí)計(jì)算萬(wàn)用表各檔的所允許的測(cè)量誤差得出最大誤差測(cè)量電阻值，將 R的誤差與測(cè)量最大誤差進(jìn)行比較得出萬(wàn)用表的自身誤差值，進(jìn)而是實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)。 電流檔電路設(shè)計(jì) 電流 檔的任務(wù)是當(dāng)輸出端構(gòu)成封閉回路時(shí)，電路能夠提過(guò)一個(gè)穩(wěn)定的電流源。此電流源在一定情況下，不會(huì)因?yàn)檩敵龆丝谕饨拥碾娐纷兓兓? 方案分析 方案一：通過(guò)設(shè)計(jì)程控電壓源經(jīng)過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)的夠成一定量的電流值輸出。電基于 STM32的數(shù)字化萬(wàn)用表校驗(yàn)儀開(kāi)發(fā) 第 9 頁(yè) 阻網(wǎng)絡(luò)的各支路的電阻值是恒定的，電流大小通過(guò)調(diào)節(jié)程控電壓源電壓值的大小來(lái)調(diào)節(jié)。電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，作為簡(jiǎn)單的電流輸出，配上輸出采集特性完全可以很好。但是由于并不是恒流源，所以輸出并不能表現(xiàn)出良好的恒流特性，而是會(huì)以為外接電流表內(nèi)阻的大小變化而使輸出發(fā)生變化。所以此方案不太實(shí)用與固定點(diǎn)式的校驗(yàn)。 方案二： 通過(guò)三極管恒流源電路設(shè)計(jì)可控恒流源電路，采用開(kāi)環(huán)增益大的運(yùn)放作為閉環(huán)控制，減小由于三級(jí)管的非線性誤差。由于此電路依然是電壓控制輸出，所以可以通過(guò)軟件控制數(shù) /模來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電流的控制。 由于輸出電流較小，所以采用線性恒流源。雖然仍有較大的功率損耗，但是基本能夠保證輸出穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。如圖 5 所示： 12348OP1A765OP1BR3`R4`10KR310KR410R5R625R71R82wVCCGNDC13Io +Io 30KR1510KR14R16GNDVCCC12GNDI1 I2 I3ad1Q11R92w100uHL6100uHL5X0 圖 5 線性恒流源電路 方案三：制作高效率開(kāi)關(guān)恒流源，進(jìn)而減小功率損耗，提高電路的穩(wěn)定性。不過(guò)需要考慮 EMC 對(duì)電路的信噪比的影響。（還未論證） 電流檔恒流源設(shè)計(jì) 一、需要考慮問(wèn)題 、 最小值 二、具體 思路 校驗(yàn)儀電流檔，是輸出基準(zhǔn)電流的。并且，輸出電流不能根據(jù)所接負(fù)載的大基于 STM32的數(shù)字化萬(wàn)用表校驗(yàn)儀開(kāi)發(fā) 第 10 頁(yè) 小變化而變化。因此，需要保證，恒流源最大極限負(fù)載。根據(jù)恒流源的供電電壓，和最大輸出電流確定。 其中，供電電壓需要分為，采樣電壓、功率管工作壓降、負(fù)載壓降。調(diào)節(jié)采樣電阻，進(jìn)而改變輸出電流，根據(jù) I=U/。 方案原理說(shuō)明及有關(guān)計(jì)算 OP1A 的反饋網(wǎng)絡(luò) 運(yùn)算放大器 OP1A 的反饋網(wǎng)絡(luò)由 R R Q1發(fā)射結(jié)構(gòu)成，圖 5電路中 X0端口作為輸入， Q1 的發(fā)射極作為輸出，而電源電壓為恒定值， Q1 的發(fā)射極電壓變化時(shí)， R6（ R R8//R9）上面就會(huì)有一定的壓差，這部分壓差和 R6（ R R8//R9）造成的電流值經(jīng)過(guò)三極管的 C、 E流出。 設(shè)電源電壓為 Vcc Io=(VCCX0)/Rx Rx: R R R8//R9 測(cè)量電路時(shí)通過(guò)采樣電阻上的電壓值獲得。 恒流源的供電電壓小于預(yù)算放大器的供電電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)放大電路輸出最大電壓值大于恒流源電源電壓。這樣根據(jù)以上電路輸出的公式，得知 VCC 減去運(yùn)放電路輸出電壓值，就是控制恒流 源的主要電壓值，當(dāng)運(yùn)放輸出為 VCC時(shí)，電路輸出電流為 0. 采集電路不再采用單一的電壓緩沖器，而是通過(guò) 4倍的放大來(lái)獲取輸出電流經(jīng)采樣地組的電壓。由于在模數(shù)采集前已經(jīng)對(duì)對(duì)象進(jìn)行放大，然后只需數(shù)據(jù)處理時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行縮小即可。正是由于將這個(gè)信號(hào)進(jìn)行了放大處理，那么 CPU采集后的可以對(duì)不穩(wěn)定和不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行排除（原理同過(guò)采樣），所以可以極大的提高分辨率。 電壓檔電路設(shè)計(jì) 電壓檔的任務(wù)輸出工頻交流電壓 0～ 500v（有效值），直流電壓 0～ 500v，且基于 STM32的數(shù)字化萬(wàn)用表校驗(yàn)儀開(kāi)發(fā) 第 11 頁(yè) 輸出電壓值任意可調(diào)，兼顧設(shè)點(diǎn)輸出。 方案分析 方案一：用正弦波逆變電源，通過(guò)軟件控制器輸出，電壓檔同時(shí)兼顧作為電源輸出使用。問(wèn)題是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度大。 方案二：通過(guò)單片機(jī)輸出工頻正弦波，然后經(jīng)過(guò)可控增益放大電路和功率放大電路，帶動(dòng)升壓變壓器最后同時(shí)可以轉(zhuǎn)換為直流電路輸出。此方案相比直線容易實(shí)現(xiàn)，且輸出穩(wěn)定。對(duì)于轉(zhuǎn)換為直流后，由于轉(zhuǎn)換到高壓的直流方法采用整流濾波的方法，所以在直流電壓從高壓降到低壓時(shí)依舊存在降壓時(shí)間慢的問(wèn)題。電路如圖 6 所示： DA201 是由 STM32 提供的 的電壓，通過(guò)電阻衰減后，穩(wěn)定在 左右，然后通過(guò)放大 器、電壓控制增益放大器 VCA8然后經(jīng)過(guò)緩沖器接入功放電路LM1875輸出，最終輸出能夠達(dá)到有 0～ 12v（有效值）。其中需要注意的就是 VCA810的使用，由于此放大器是開(kāi)環(huán)放大，所以由于增益大小對(duì)控制電壓很靈敏，對(duì)電壓控制端的輸出通道的干凈程度要求很高（此部分可以根據(jù) VCA810datasheet 上說(shuō)明的來(lái)做），控制端 Vc。后面功放電路需要注意的就是電源電壓和功率，電源電壓在雙 25v 之內(nèi)就可以，由在這里我們采用標(biāo)稱值雙 的環(huán)形變壓器作為供電變壓器。另外采用 TL431 設(shè)計(jì)正負(fù)基準(zhǔn)源，保證 VCA810 的偏置電壓的穩(wěn)定。 基于 STM32的數(shù)字化萬(wàn)用表校驗(yàn)儀開(kāi)發(fā) 第 12 頁(yè) 30R20110KR20250R2101KR2081KR2091KR21350R214581+VS6VS73322U203R204+5V 5VGND1ufC209R20730ufC217GNDPVCCPVEE+REFREF10uHL20510uHL206C213 C214C216GNDGND1122P2021122P2O3100uHL201GNDC211C212D209 D210+5V 5VH1散熱 110KR2031KR2051KR206GND+REFREF+5VC204C205GNDGND10uHL20310uHL20447ufC2011ufC2021ufC2101ufC2071ufC20810KR21510KR2165KR217+5V5VGND1000uFC2031000uFC2061122P2052PIN+IN1IN2VEE3out4VCC5U206GNDC220GND GND1uFC2221uFC224C225C223GNDGNDGNDC2215VQ202PUT5kR2275VG1K2A3Q201PUT5kR226GND+5V+REF REFGNDD26G24S23D25Q204B1uFC2261uFC22722KR2181MR2191KR22010KR22124KR22324KR224870R222870R22512KR2513KR252GNDDA202DA201D1333446655D307B1KR253D1412348U201A765U201B12348U202A765U202BQ20730R201` 圖 6 信號(hào)可控放大電路基于 STM32的數(shù)字化萬(wàn)用表校驗(yàn)儀開(kāi)發(fā) 第 13 頁(yè) 關(guān)于 VCA810的壓控放大器的說(shuō)明 ? 高增益的調(diào)整范圍 : 177。 40dB ? 差分輸入 /單端輸出 ? 輸入噪聲電壓 :? 穩(wěn)定的增益帶寬： 35MHz ? 高分貝增益線性 : 177。 ? 增益控制帶寬 : 25MHz ? 低產(chǎn)出的直流誤差 : 177。 40mV ? 高輸出電流：177。 60mA ? 低電源電流 :(最多溫度范圍 40℃到 + 85℃） ? 供給電壓177。 5V、 VCA810 增益控制電壓在 0V 時(shí)為 40dB，在 2V 為 + 40dB。增 加地面控制電 壓將衰減信號(hào) 80dB。信號(hào)帶寬和壓擺率保持在整個(gè)增益調(diào)節(jié)范圍內(nèi)保持恒定。這 40db/ V 增制在177。 （最高誤差范圍177。 ），讓?xiě)?yīng)用程序在一個(gè) AGC 增益控制電壓精確到作為接收信號(hào)強(qiáng)度指示器（ RSSI）的使用精度為177。 。 ? 出色的共模抑制和兩個(gè)高阻抗輸入的共模輸入范圍允許 VCA810 提供一個(gè)增 益調(diào)節(jié)差分接收器的操作。輸出信號(hào)是相對(duì)于地面。零差分輸入電壓提供了一個(gè)帶有小的直流偏移誤差 0V 輸出。低輸入噪聲電壓，確保在最高增益設(shè)置好輸出信噪比。 ? 在應(yīng)用脈沖邊緣信息是至關(guān)重要的，正在使用的 VCA810 變信道損失，以平 衡，最小增益設(shè)置的變動(dòng)將在留住優(yōu)秀延遲脈沖的邊緣信息。 ? 一種改進(jìn)的輸出級(jí)提供了足夠的輸出電流來(lái)驅(qū)動(dòng)最苛刻的負(fù)載。而主要用于 驅(qū)動(dòng)模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ ADC）或第二級(jí)放大器，177。 60mA 的輸出電流將輕松驅(qū)動(dòng)雙端 50Ω或被動(dòng)后在177。 的輸出電壓范圍篩選階段。 基于 STM32的數(shù)字化萬(wàn)用表校驗(yàn)儀開(kāi)發(fā) 第 14 頁(yè) VCA810 輸出幅頻特性與電壓增益控制關(guān)聯(lián)圖 VCA810 的輸出電流最大只有 30mA，另外由于 VCA810 的開(kāi)環(huán)增益是很大的受噪聲影響也很明顯，所以在輸出端有一個(gè) 50 歐姆的電阻作為濾波用，如果將這個(gè)電阻去掉之后，電路不會(huì)正常工作的。而另一方面由于輸出電路過(guò)小導(dǎo)致其和后級(jí)功放電路連接的時(shí)候不能夠驅(qū)動(dòng)功放電路，所以我們做了一個(gè)電壓跟隨器來(lái)驅(qū)動(dòng)功放電路?，F(xiàn)在看來(lái)，從 810 驅(qū)動(dòng)功放（匹配問(wèn)題） 更換電阻（本質(zhì)問(wèn)題不能解決 810 的驅(qū)動(dòng)能力） 出現(xiàn)問(wèn)題調(diào)試 2 個(gè)小時(shí)（調(diào)試功放、測(cè)試電路）換回電阻（記錯(cuò)電阻值） 增加跟隨器（解決本質(zhì)問(wèn)題） 升壓調(diào)試正常。 電壓檔測(cè)量電路 此電路包含直流電壓檔的整流濾波電路，和直流放電電路。通過(guò)隔離器件切換交流電壓檔和直流電 壓檔，同時(shí)由同一電阻分壓網(wǎng)絡(luò)和緩沖器構(gòu)成放電壓采集電路。直流電壓采集直接通過(guò) CPU 進(jìn)行電壓測(cè)量，交流電壓測(cè)量則是通過(guò) CPU跟隨采集，獲取最大值進(jìn)而計(jì)算出有效值。此電路的采集電路時(shí)可以改進(jìn)的，比如交流檔，如果采集交流電壓時(shí)