信号调节和模拟转换部分对直流仪表的特性有极大的影响。ADC只在一个直流电压范围内测量,通常它具有相当低的输入阻抗。为了制作有效的直流仪表,需要一 个“前端”在模数转换之前对输人进行调节。信号调节能提高输入电阻、放大小信号以及哀减大信号,进行测量范围选择。
1、用于直流测量的信号调节
用于直流电压测量的输人信号调节包括放大和衰减。图1示出用于仪表的直流输人转接和量程转换部分的典型配置。对于较低的电压输人(一般小于12Vdc的电压),输入信号通过开关K1和S1直接加到放大器的输人端。对于较高的电压,输入信号通过继电器K2连接到由电阻器R4和R5形成的精密100 : 1分压器网络。分压器的低压输出通过开关S2转接到放大器的输人端。
图1 输入转接、两成选择和用于直流电压表的简化电路图
调节放大器的A1增益,以将输入电压定标到ADC的满度量程,一般为0±12Vdc。若ADC的标称满度输入为10Vdc,则直流输人衰减器和放大器将配置成对 100mV量程放大100倍(X100),而对1V量程放大10倍(X10)。对于10V测量量程,输入放大器将配置成单位增益(X1)。对于较高的电压量程,输入电压首先按 1/100被分压,然后进行放大,以将输入对ADC(在仪表内部)定标回10V。对于放大器,100Vdc减小到1Vdc,,,而1000Vdc被分压为10Vdc。
对于低电压量程,仪表的输人电阻实质上是放大器A1的输人电阻。输人放大器通常利用给出大于10GΩ输人电阻的小偏流(一般小于50pA)场效应晶体管(FET)输入级。仪表的输入电阻由用于高电压量程的100 : 1分压器的总电阻决定。大多数仪表都具有用于这些电压量程的10MΩ输入电阻。
2、消除放大器偏置——自动调零
直流信号调节部分的主要性能限制因素通常是其偏置电压。偏置电压影响仪器在短路时计读零伏的能力。大多数仪表都釆用将放大器偏置自动调零的某种方法。 图1中的开关S3用于周期性将放大器输入端对地“短路”来测量放大器的偏置电压。将测出的储存起来,然后从输人信号测量中减去测出的偏置,以去除放大器的偏置误差。在偏置测量期间,开关S1和S2同时打开,避免将仪表的输入端一起短路。
在多功能仪表中,所有的测量最终都被变换为由ADC测量的直流电压。其他直流信号常常经直流电压测量前端传送至ADC。图1中的开关S4可用来测量交流电压功能或直流电流部分的直流输出。