一种改进测量电路中振荡器的设计方案

一种改进测量电路中振荡器的设计方案

　　DT9205多用表测量电容电路的改进

　　介绍一种改进测量电路中的振荡器，使数字万用表D T9205测量电容的误差由±(3%+3)减小到±1%的电路和实测结果。

　　DT9205多用表中的电容测量电路如图1。许多其他型号的多用表也用这个电路。该电路将电容值变换成频率约为400Hz的交流电压，再经多用表中的整流电路变换成直流电压，最后由3位半A/D转换与显示驱动电路ICL7106将直流电压值变换成数字量送显示器。上述电路可分为四级，如图2。

　　第一级由C1，C2，R1，R2，R3，R4和运放N3A3组成，是典型的文氏桥振荡器。当R1=R2，C1=C2时，该电路输出波形的基频可估算为

　　其负反馈放大倍数

　　由于该电路没有由A1F>3到A1F=3的自动调节能力，所以，在稳态，该电路输出为被限幅的“正弦波”，谐波失真较大，即除f1以外，还有f2=2f1≈812Hz，f3=3f1≈1218Hz等谐波分量。用EWB模拟得到的波形如图3，其峰值V01m≈VCC，VCC为运放的直流偏置电压。

　　R7为可调电阻，调节R7可调节放大电路的增益，用于整个电容测量电路的校准。该级放大倍数为0.02～0.04，输出V02是幅值为几十毫伏的近似方波。

　　第三级由D1，D2，D3，D4，R8，R9，R10，R11，R12和N3A1组成有源微分电路。输出

　　Rn为波段开关选中的电阻，Cx为待测电容。由式(4)可见，若V02为正弦波，则V03的有效值与Cx成正比。所以对电容的测量就转化为对交流电压有效值的测量。而实际电路中，四个二极管使本级的输入波形进一步趋向于方波。这样做的好处是使整个电容测量电路有较好的热稳定性。

　　考虑到运放的频率特性，将运放看作一阶单元，则微分电路是一个二阶系统。由于运放的开环增益很大，所以闭环后电路的品质因数Q值很高，可达到几十，其幅频特性曲线有一个很大的峰。取Rn=1kΩ，Cx=1μF，用EWB仿真得到微分电路的幅频特性，在f=12.2kHz的地方有一尖峰，该尖峰处增益比理想的微分电路的幅频特性曲线的增益增加了约30dB，频率大于12.2kHz后，增益急剧下降。而第一级文氏桥振荡器输出的被限幅的“正弦波”的频带很宽，经过微分后被限幅的“正弦波”中的高次谐波分量比基波有更大的增益，使波形严重失真，时域波形有明显的振荡。