[发明专利]数字万用表的交流测量电路及交流测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子测量技术领域，尤其涉及数字万用表的交流测量电路及交流测量方法。

背景技术

一般数字万用表能够测量交流电压信号的大小、交流电流信号的大小。为了较为精确地测量被测信号，数字万用表的交流电压测量功能和交流电流测量功能都分有多个测量量程。例如：交流电压测量功能分为100mV、1V、10V、100V、750V共5个量程；交流电流测量功能分为1A、3A两个量程。每个量程都有相同的读数位数，因此输入信号幅度在所选量程10％～100％范围时能获得最多的有效读数有效位，精度也更高。

图1所示是一种现有技术的数字万用表的交流测量电路。它是美国安捷伦公司生产的Agilent 34401A型数字万用表的交流测量电路框图。这个该电路要实现交流电压测量功能的100mV、1V、10V、100V、750V共5个量程和交流电流测量功能的1A、3A两个量程。真有效值转换器，例如可以是：Analog Device公司的AD637，其最佳输入有效值为2V，这个输入幅度范围内真有效值转换器的测量带宽最大、测量精度最高、输入信号波峰因数最大。为了在让各种量程输入范围内保持真有效值转换器的性能最佳，要对各种量程输入范围的信号做放大处理。下面以图1为例说明该电路实现交流电压测量功能和交流电流测量功能的所有量程的方法。

如图1所示现有技术的数字万用表的交流测量电路包括：依次串联的功能选择开关S6、程控增益级电路、固定增益级电路1、固定增益级电路2、固定增益级电路3、真有效值转换器和AD(模数)转换器；功能选择开关S6串联在交流电压输入端子V交流电流输入端子I与程控增益级电路之间。程控增益级电路与固定增益级电路1之间串联有开关S1，程控增益级电路与固定增益级电路2之间串联有开关S2，固定增益级电路1与固定增益级电路2之间串联有开关S3，固定增益级电路2与固定增益级电路3之间串联有开关S5，程控增益级电路和固定增益级电路3之间串联有开关S4。程控增益级电路的增益为0.2倍或0.002倍；固定增益级电路1的增益为10倍；固定增益级电路2的增益为10倍；固定增益级电路3的增益为1倍。真有效值转换器为Analog Device公司的AD637。

处理器系统从输入装置接收控制指令，根据接收到的控制指令控制开关S1～S6切换测量功能和测量量程。输入交流信号经过多个增益级电路(程控增益级电路和固定增益级电路)放大后耦合至真有效值转换器，真有效值转换器输出与耦合进来的交流信号有效值相等的直流信号，AD转换器将该直流信号转换为数字量后耦合至处理器系统。处理器系统对AD转换器转换后的数字量进行滤波、校准等处理，将所得测量结果送至输出装置。

交流电压测量功能时，处理器系统控制开关S6连接其端子2和端子3，交流电压输入端子V的交流信号耦合至程控增益级电路的输入端。交流电压测量功能的各个量程的其它电路设置如表1所示。

表1不同交流电压量程的电路设置

交流电流测量功能时，处理器系统控制开关S6连接其端子2和端子1，交流电流输入端子I的信号耦合至程控增益级电路的输入端。交流电流测量功能的各个量程的其它电路设置如表2所示。

表2不同交流电流量程的电路设置

从表1和表2所述，交流电压测量功能和交流电流测量功能的各个量程下耦合至真有效值转换器输入端的电压均最接近真有效值转换器的最佳输入电压(2V)，从而使交流测量的精度最好。

由此可见，现有技术中的交流测量电路及方法能够使得交流电压测量功能和交流电流测量功能的各个量程在满量程输入时耦合至真有效值转换器的信号都接近2V，解决了各个量程真有效值转换器处理精度的问题。

但是，发明人在实现本发明的过程中，发现上述现有技术还存在如下不足：

现有技术中数字万用表的交流测量电路的交流电流测量量程较少，不适合测量毫安级交流小电流和微安级交流弱电流；

众所周知，在第一放大电路噪声系数不变的前提下，多级放大电路的第一级增益越小，则多级放大电路的总噪声系数越差。现有技术中数字万用表的交流测量电路第一级程控增益级电路的最大增益为0.2，限制了整体噪声系数，因此不适合测量微弱交流信号，特别是微弱交流电流信号；

现有技术中数字万用表的交流测量电路的最大总增益为20，在满足真有效值转换器最佳工作条件的情况下能测量的小量程为0.1V，限制了测量微弱信号的能力。

发明内容