原创 自制无线电综合测量仪

在无线电工程或业余制作中，常常需要使用多种仪器仪表，为此，笔者设计了这台无线电综合测量仪，它具有以下特点：(1)功能多，集交、直流电压表，交、直流电流表，欧姆表，晶体管β测试仪，数字频率计，电容电感测量仪，函数信号发生器，正、负直流稳压电源于一身：(2)测量范围宽；(3)测量精度高，电容、电感、频率的最小分辨率分别为1pF、1mH、1Hz；(4)显示直观易渎，电压、电流、电阻、β各挡均为线性刻度，电容、电感、频率均为4位有效数字显示，(5)采用集成电路设计，电路结构简洁合理，工作稳定可靠。

技术指标

1．测量范围：
 (1)交、直流电压：0．1mV～1000V，内阻3MΩ，共分11挡量程。(2)交、直流电流：0．1μA～1A，内阻0．01Ω／A，共分11挡量程。(3)电阻：0．1Ω-3MΩ，共分11挡量程。(4)晶体管β值：1～300。(5)电容：lpF～9999μF，共分3挡量程。(6)电感：1mH～9999mH。(7)频率：1Hz～9999kHz，共分2挡量程；输人灵敏度小于20mV。
2．测量误差：≤5％
3．信号源：10Hz～100kHz，共分2挡，可输出方波、三角波，正弦波，输出电平可调。
4．电源：可外供土(1．2～30)V，1．5A，两路独立，连续可调。

电路工作原理

整机电路由模拟测量电路、数字测量电路、函数发生器和电源电路四大部分组成。

1．模拟测量电路部分
  该部分包括测量交、直流电压，交、直流电流，电阻值及晶体管β值等功能，其电路图见图1。Sl为量程选择开关，其各挡位Ω、V、A的满度值见表1。S2为测量选择开关：S3为交、直流选择开关。
  该部分的核心是由运放ICl构成的高输入阻抗(10MΩ)、高灵敏度(10mV)交直流两用电压表，微安表头PA接在ICl反馈回路中。其突出优点是表头内阻和整流二极管的温度特性对流过PA的电流无影响，保证了较高的测量精度。PA中的电流Ipa＝Vi/R-，式中： Vi为输入电压；R-为lCl负输入端对地电阻，即R27(交流)或R28(直流)。该电压表设计为10mV满度(100μA)，故测直流时R28=10mV／0．1mA=100Ω；测交流时，因PA反映的是正弦交流电的平均值，而常用量是有效值，需换算，故R27=0．9×（10mV／0．1mA）＝90Ω。
  测电压时，输入电压Vi经R3～R13构成的总阻值3MΩ的分压电阻串接地，通过改变10mV电压表从电阻串中截获电压的位置，即可实现不同挡位的电压测量。
  测电流时，输入电流流经R14～R24构成的取样电阻串中的一节或多节，通过10mV电压表测量取样电阻上的压降，来间接测量电流。由于10mV电压表的高灵敏度，所以取样电阻阻值可选得极小(0．01Ω／A)，对被测电路的影响几乎可以忽略。
  电阻的测量采用了恒流测量法，VTI与R1或R2构成恒流源，提供lmA或1μA的恒定电流，通过测量该恒定电流在被测电阻Rx上的压降，即可间接测知Rx的电阻值。采用恒流法测电阻的突出优点是表头指示的电阻值为线性刻度，直观易读，并可与电压、电流挡共用刻度线。与普通万用表电阻刻度不同的是，阻值越大表头指针向右偏转角度越大，即0Ω在最左边(0V、0A位置)，本量程最大阻值在最右边(满度)。
  测晶体管β值时，由VT2恒流源(NPIN管)或VT3恒流源(PNP管)向被测晶体管提供10μA基极电流，测量集电极电流即可得知其β值。

2，数字测量电路部分
  该部分包括测量电容、电感、频率等功能，电路图见图2。S4为测量选择开关，其各挡位功能见表2。
  该部分设计为4位有效数字显示，采用4块CMOS十进制计数／锁存／译码／驱动显示组合电路CLl02构成，简化了接线，提高了可靠性。
    IC8、IC9等组成秒脉冲发生电路，输出T1＝T0＝ls的对称方波脉冲，经IC3—1、2以及C4、R35和G5、R36两套微分电路，形成包括EN(计数／保持)、IK(送数／锁存)、R(清零)等的闸门脉冲，去控制计数／显示电路，其波形如图3所示。
    测频率时，被测信号fx经VT6、ICl0、IC3—5、IC3—6放大整形后，送人计数／显示电路。IC11、IC122组成“÷1000”(三级10分频)电路，fx经“÷1000”电路分频后，计数显示值的单位即为kHz。
  测电容、电感时，IC2与被测电容Cx或被测电感Lx构成多谐振荡器，其输出脉宽与Cx或Lx的值成比例关系。用该多谐振荡器的输出信号取代秒脉冲信号，形成与Cx或Lx相关的EN、LE、R等新的闸门脉冲，去对IC3—3、IC3—4产生的100kHz标准脉冲计数，即可直接显示出Cx或Lx的值。

3,函数发生器部分
  电路见图4，采用ICL8038专用集成电路，结构简洁，功能较全。产生的方波、三角波、正弦波信号经ICl4放大后输出，提高了工作稳定性和输出电平。S5为频率粗调开关，RPl为频率细调，RP2为输出电平调节，S6为波形选择开关。

4，电源部分
  电路图见图5，共产生正、负5种电源，其中：土12V、+5V供本机内部使用；土(1．2～30)V输出外供，电压连续可调，最大可供电流1．5A。RP3、RP4分别为正、负输出电源电压调节，S7为正、负电压指示选择开关。

制作与调试

1．元器件选择与自制
     ICl、ICl4为LF351或TL081单运放。IC2为NE555时基电路。IC3为CD4069六反相器。IC4-IC7为CLl02十进制计数／锁存／译码／驱动显示组合电路。IC8为KD3252模拟石英钟电路。IC9为CD4001四2输人或非门。ICl0为μPCI651宽带放大器。IC11、ICl2为CD4518双十进制同步计数器。ICl3为ICL8038函数发生器。ICl5为LM7812正稳压器。ICl6为LM7805正稳压器。ICl7为LM317可调正稳压器。ICl8为LM337可调负稳压器。ICl9为LM7912负稳压器。PA为100μA电流表头，内阻不限。PV为30V直流电压表。
   电源变压器采用次级具有双30V和双15V，功率大于80W的。电阻R3～R13为1／2W，其余电阻均为l／4W。R20-R24等特小阻值电阻可用漆包线自制：R24用长约29cm的2l号线(Φ0．8)；R23用长约18cm的27号线(Φ0．4)；R22用长约16cm的34号线(Φ0．23)；R21用长约2lcm的38号线(Φ0．14)；R20用长约20cm的44号线(Φ0．08)；以上线段均需用精密电桥准确测量阻值，然后对折绕成无感状即可。其余元器件的选择参见电路图。

2．制作
  电阻串等与各波段开关相连的元器件直接焊在波段开关的引脚上，以减少有害杂散耦合。各信号输入、输出端应采用屏蔽线，以防干扰。4个计数／显示组合电路直接固定在面板上，数码面朝外。电源部分各集成稳压块需安装散热板。整机面板结构可参见图6。
3．调试<?XML:NAMESPACE PREFIX = O />