智能电压表中量程自动转换电路研究

有稳压管进行限压，以保护运放。图中上半部分为档位选择电路，正负电压都可由整流桥整流后送分压电阻分压，基准电压都是- 2 V , 所以电压比较器的阈值为1 V . 下半部分为输入电压的最小值判断电路，对输入被测量的有和无进行直接判断。根据前级的分压比可以求得，当被测的电压值大于0. 2 V 或者小于- 0. 2 V 时，输出端G1才输出高电平。

图6 量程判断器的总电路3. 2. 2 档位选择器

输入值判断器已经把电压信号分档并转换为高低电平的数字输出值输出。档位选择器可根据输入值判断器所得结果来设计。输入值判断器的2 个输入端电压与5 个输出端的真值表如表1 所示。

表1 中，1 表示高电平，0 表示低电平。由真值表的特性可知，可以用一个3?8 译码器译码，对档位进行选择。其译码表如表2 所示。

对照表1 和表2 , 可得出译码电路对各量程选择的输出端，从小到大分别为： Y0、Y4、Y6、Y7 .

表1 真值表(truth table)

表2 译码表(decoding table)

根据芯片输入、输出的引脚特性，其电路接线图如图7 所示。

图7 档位判断电路

其中3 个控制引脚： G2A'、G2B' 为低电平开启，G1 为高电平开启。电路引脚中，若A、B、C无输入或悬空时，Y0 输出1 , 控制档位在最高量程电压档位上，起到保护电路的作用。

档位的开启电路如图8 所示。电路中采用了N沟道增强型场效应管。各场效应管的栅极分别接到3?8 译码器输出的相应量程档位上。各场效应管的漏极分别接由分压电阻分压后的电压，从而实现对档位的选择。

根据测量电压的量程，场效应的最大击穿电压必须大于300 V , 一般可选耐压为350 V 的开关管。前面的译码器中若控制端G2A' 和G1 分别不为0 和1 时，即量程不在0. 2~300 V 之内时，译码器所有输出为0 , 所有档位开启电路也都关断，起到保护仪表的作用。

图8 档位开启电路。

3. 2. 3 量程自动选择总电路

根据上述研究，可得量程自动转换电路如图9 所示。电路中所用的基准电压都是2 V , 可用同一直流电源提供。稳压管均采用2. 8 V 工作电压的稳压管。整个输入值判断器的电路在测量端的输入电阻值不小于20 ∥ 19 ∥ 19. 8 ∥ 29. 9 ∥ 20 = 4. 227 MΩ ,以实现高阻抗输入的特点。

图9 量程自动选择总电路。

4 芯片的选用

在选用3-8 译码器芯片时应当注意的是： 当前常用的3?8 译码器芯片为低功耗肖特基系列，即74LS 系列，如74LS138 . 其输出Y0~Y7 , 都是反相输出，而图7 中的则为正相输出。应用74LS138 时应在各输出端加反相器。

电路中共用了12 个运算放大器，可选用3 块LMP2014MT 芯片提供。LMP2014MT 系美国国家半导体公司2004 年12 月发布的低功耗、轨到轨输出(满压输出) 的精密放大器。主要利用其高集成度低功耗的特点： 每块集成4 个运算放大器。

芯片工作电压为2. 7 ~ 5. 25 V ; 工作温度为0 ~70 ℃ ; 最高输入输出电流为30 mA .

5 结论

提出并设计了一种适合于智能电压表的量程自动转换电路，并对所设计的电路图用EWB 软件进行了仿真。文中所设计的电路是按直流的电压输入量来设计的。对交流量的测量则需要在输入端加设一绝对值转换器，把交流电压幅值转换为对应的直流量值。而且对于范围更宽的输入量的测量则需要增设扩展档位，增加分压电路，提高场效应管的耐压值，选择更多输入输出线的译码芯片。

由于本文所设计的电路的选档部分和档位开关是通用型的，当这部分电路作适当的调整后，可移植到设计量程自动选择的电流表、欧姆表等测试仪表中。因此还可用在自动测试及控制等方面。