基于通用模数变换器的袖珍数字毫欧计电路设计

日照职业技术学院 贾仟伟 吴 健



基于通用模数变换器的袖珍数字毫欧计电路设计

日照职业技术学院 贾仟伟 吴 健

【摘要】在工作和科研中，经常需要测量小阻值电阻。采用以电池、模数变换器为主体而设计制作的数字毫欧计可实现高精度测量，并且整机尺寸小巧，便于携带。

【关键词】模数变换器；数字毫欧计

0　引言

在工作和科研中，经常需要测量小阻值电阻。万用表可以测电阻，但测量10欧姆以下的小阻值时误差太大或不能胜任。电机、变压器绕组以及电线、电缆、电路板印刷线等等的电阻值都很小，要测量其阻值实施质量和故障判断，就需要毫欧计。较早的毫欧计是使用凯尔文电桥，4线测量并使用标准电阻，机器大而复杂，使用不便。随着微电子技术的发展，出现了以小的恒定电流流过被测电阻，通过测量电阻上的压降获知其阻值的仪器。但这些仪器要依靠交流市电工作，形体、重量仍然大，适用范围仍受限。

1　电路基本原理

我们在试验的基础上，采用以电池、模数变换器为主体而设计制作的数字毫欧计可实现高精度测量，并且整机尺寸小巧，便于携带。

测量基本原理是利用3节1.5V五号电池构成4.5V电源并利用该电源制作一个高精度恒流源。高精度恒流源输出的恒定电流流过被测电阻。被测电阻两端的电压被模数变换器进行测量并换算成电阻值，通过显示器显示。

2　电路组成

整机分为5个功能块，分别是高精度恒流源、使ICL7106获得适用电压的镜像负电压变换器、开机定时器、模数变换及显示系统及辅助功能。各功能块的具体说明如下：

2.1高精度恒流源

本机的高精度恒流源如图1所示。VR1（型号：TL431）是高精度电压基准器件，在图1中它的两端有2.5V的恒定电压。由于运算放大器两输入端的等值特性，R4两端的电压也是2.5V。根据欧姆定律，在被测电阻RX处于量程范围内时，通过R4和RX的电流为30.12毫安。运算放大器对场效应管TR3的控制不是直接控制，而是通过R10和D1进行，这是为了使TR3栅极电压有0.3V的提高，使低电压下工作的恒流源数值更适应所用电池的能耗。与恒流源电流数值密切相关的电阻R4需要有高度的稳定性，为避免因通过电流生热而发生阻值飘移，应由2个以上的功率较大的电阻串联或并联而成。

2.2镜像负电压变换器

图2所示的是一个镜像负电压变换器。芯片7660S第3脚接电源零，第8脚接1.5-12V范围内的正电压，其第5脚输出的是与第8脚等值的负电压，在本图中它输出-4.5V。输出端有大约60欧内阻。

正、负4.5V的电压为模数变换器提供了标准的电源。

2.3开机定时器

开机定时器电路如图3所示，为避免忘记关机的意外耗电而设。瞬间按动双联式开机开关SW1，电路右侧将有正负4.5V工作电压并由定时电路维持大约4分钟；瞬间按动关机开关SW2，则正负4.5V工作电压会被立刻关断。电容器C3和电阻R3是时间元件。

图1　高精度恒流源

图2　镜像负电压变换器

图3　开机定时器

2.4模数变换及显示系统

模数变换器采用低功耗、高分辨率、高可靠性而廉价的ICL7106。它需要9V的电源，但需要的电流很小，仅1.8毫安。用4.5V电源变换出它需要的电压，就免去了对它的9V电池配备。

模数变换器ICL7106与液晶屏EDS803搭配构成模数变换及显示系统，二者之间的笔段连接一一对应。ICL7106具有10微伏的分辨率。如果被测阻值是1毫欧，该阻值上的电压降将是30.12微伏，远远超出了ICL7106的基本分辨率，确保了其测量准确性和抗干扰性。

仪器需要节距校准和实时的零点校准，电路如图4所示。为防止数字漂移和闪动，两种校准都需要高度稳定的电压。在这里由R9和VR2构成一个2.5V稳压源，由W2利用该电压进行节距校准，R15和R17决定上、下限定值；由W3利用该电压进行零点校准，以消除测量引线造成的偏差。R16使得零点调节电位器与测量引线更匹配，便于精准调零。表笔线用接线柱紧固，表笔测量搭接端宜为银质。

在测量输入端并联有极性相反的二极管D3、D4，对仪表实施防超压保护。

图4　校准电路

2.5辅助功能

辅助功能包括自身电池能量检测和档位转换。

由HA17358的1、2、3脚及相关电路（见图4）构成电压判断器。当电池电能基本耗尽时，HA17358的1脚呈高电位，通过4异或门CD4070第11脚使液晶屏显示“LOWBAT”字样。

档位变换使仪器具有测量0.001-1.999欧（低阻档）和0.1-199.9欧（高阻档）两个档位，恒流源电流在高阻档时是低阻档的百分之一。通过双联开关切换。小数点的位置随档而变。由于液晶屏的显示笔段不能用直流电压驱动，利用ICL7106第21脚的背极交流信号与相关控制信号进行“异或”逻辑处理后驱动液晶屏的相关笔段。

3　结语

本毫欧计测量分辨率达0.001欧，结构小巧，器件价廉，为毫欧测量增加了手段。所用模数变换器ICL7106具有广泛的适用性。就本设计而言，采用镜像负电压变换的思路拓展了它的电源适用空间；如果取消其“恒流源”，将“调零”改为抗干扰和抗静电，电路稍变，经过校验就会成为能测量到微伏级的高精度电压表。

参考文献

［1］赵少波.毫欧姆级电阻测量电路设计［J］.仪器仪表学报，2001，22（4）：136-138.

作者简介：

贾仟伟（1980—），女，山东莒县人，研究生，讲师，主要从事自动化及汽车教学科研工作。