数字万用表的自动关机电路

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目前,在国产数字万用表DT840D、DT1000以及DT980电表的改进型表中都增加了自动关机功能,这样可有效地防止因忘记关断电源而长时间空耗电池。当仪表停止使用的时间超过15分钟时,能自动切断电源,使仪表进入“休眠”状态,此时整机功耗降至几十毫瓦,耗电量可忽略不计。重新开启电源时,只要按动两次电源按钮即恢复正常工作。

自动关机电路的工作原理

数字万用表中自动关机的典型电路加附图所示。电路由9V叠层电池E、电源开关S、电解电容器C1(47μF)、电压比较器(单运放TL061)、NPN型晶体管VT1(JE9013)、PNP型晶体管VT2(JE9015)组成。其中,R1和C1在电路中起到定时作用。运放TL061接成比较器。VT1为推动管,VT2起开关作用。

图1
图1 🔍原图 (713×442)

当S拨于“OFF”(关)位置时,表内的9V叠层电池E向C1充电,使Vc1=E。S拨至“ON”(通)位置时,C1的正极经过C点接TL061的第3脚,电池E的正极则经过V点加至VT2的发射极上。由图可见,TL061的第3脚与第2脚分别为同相输入端、反相输入端。设这两端电压依次是Va、Vb。初始状态下,Va= E=9V,Vb=E·R3/(R2+R3)=9×200k/(1M+200k)=1.5V。由于Va>Vb,因此TL061输出高电平,使得VT1、VT2均导通。VT2导通后就将A/D转换器等芯片的电源V+接通。A/D转换器的型号有两种,3\(\sqrt{1;2}\)位数字万用表选ICL7106(或TSC7106),41;2位数字万用表选ICL7129。

随着C1不断向R1(10MΩ)放电,致使Va逐渐降低,当Va<1.5V时,比较器翻转,输出呈低电平,强迫VT1、VT2截止,V+的线路被切断,仪表即停止工作。设自动关机电路的供电时间为t,有公式

Vc1(t)=Ee\(^{-}\)t/R1C1

将Vc1(t)=Vb=1.5V,E=9V,R1=10MΩ,C1=47μF一并代入上式,计算出t=842秒,约等于15分钟。

自动关机后仪表消耗的电流甚微,因为E的负载只有R2和R3。泄漏电流I0由下式确定:

I0=E/(R2+R3)

典型情况下E=9V,再根据R2=1MΩ,R3=200kΩ,很容易计算出I0=7.5μA,功耗仅为67.5mV。

需要指出,在临近自动关机时,液晶显示器上的读数会出现闪烁并迅速消失。若数字万用表具有低电压指示功能,则首先出现低电压指示符(LOW BATT等标记),然后读数才开始闪烁。此现象可作为自动关机动作的预警信号,提醒操作人员注意。上述闪烁现象是由于V+已降到ICL7106(或ICL7129)的临界电压(约为6V),芯片处于间断工作状态所致。这段时间很短,一般不超过几秒钟。

使用与故障检修

(1)C1宜选用漏电小,介质损耗低的钽电容。使用时应注意,当印制板受潮导致R1的阻值下降时,会使C1上的电荷较快地泄放掉。假如储能电容C1严重漏电,仪表每次连续工作时间也将大为缩短。

(2)若想延长仪表每次连续工作的时间,可适当增大C1的容量。例如取C1=100μF时,连续工作时间大约为30分钟。但是增大C1的容量后,9V叠层电池的使用寿命也会相应地缩短些。这是因为电池瞬间放电电流过大所造成的。调整连续工作时间的规律如下:

C1↑→t↑;C1↓+t↓;

R1↓→t↓;R1↑→t↑。

(3)为提高芯片的利用率,TL061可用双运放TL062(只用其中一组运放)。例如,DT840D型数字万用表即是如此,剩下一组运放作交流电压档的线性整流器用。

(4)当电池电压为9V时,图中所标各工作点的典型电压值见附表,可供检修自动关机电路时参考。表中数据是用DT830型3\(\frac{1}{2}\)位数字万用表实际测出的。

图2
图2 🔍原图 (1100×236)

(5)仪表不能自动关机。

①电解电容器C1开路。

②单运放TL061(或1/2 TL062)损坏。

③电源开关或量程开关接触不良,脱焊。

④晶体管VT1或VT2损坏。

(6)自动关机电路的供电时间过短(远小于15分钟)。

①C1严重漏电或容量减小,储存的电量太少。

②R1(10MΩ)处的印制板存在漏电,使其放电时间大为缩短。

③R2、R3的电阻值改变,使电压比较器的参考电压Vb升高。

(7)自动关机电路的连续供电时间过长(远大于15分钟)。

原因大多是R1开路造成的。因C1的电荷只能缓慢地向TL061的输入电阻泄放,故放电时间延长。(邱凯)