1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)技術(shù)任務(wù)報(bào)告萬用表技術(shù)指標(biāo)與方案論證（設(shè)計(jì)題題目）用集成運(yùn)放設(shè)計(jì)萬用表技術(shù)指標(biāo)1直流電壓表測(cè)量范圍：（06V ）2直流電流表測(cè)量范圍：（010mA） 3交流電壓表測(cè)量范圍及頻率范圍:有效值(0-6V)，50Hz1kHz4交流電流表測(cè)量范圍及頻率范圍: 有效值(0-10mA) 5歐姆表測(cè)程：（01K）方案論證在測(cè)量中，電表的接入應(yīng)不影響被測(cè)電路的原工作狀態(tài)，這就要求電壓表應(yīng)具有無窮大的輸入電阻。電流表的內(nèi)阻應(yīng)為零，但實(shí)際上，萬用表表頭的可動(dòng)線圈總有一定的電阻。例如100A的表頭，其內(nèi)阻約為1K，用它進(jìn)行測(cè)量時(shí)將影響被測(cè)量量，引起誤差。此外，交流電表中的整流二極管和非線性特性也會(huì)產(chǎn)

2、生誤差。如果在萬用表中使用運(yùn)算放大器，就能大大降低這些誤差，提高測(cè)量精度。在歐姆表中采用運(yùn)算放大器，不僅能得到線性刻度，還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)零。萬用表的基本原理萬用表的基本原理是利用一只靈敏的磁電式直流電流表（微安表）做表頭。當(dāng)微小電流通過表頭，就會(huì)有電流指示。但表頭不能通過大電流，所以，必須在表頭上并聯(lián)與串聯(lián)一些電阻進(jìn)行分流或降壓，從而測(cè)出電路中的電流、電壓和電阻。下面分別介紹。圖22-1為同相端輸入，高進(jìn)度直流電壓表電原理圖為了減小表頭參數(shù)對(duì)測(cè)量精度的影響，將表頭至于運(yùn)算放大器的反饋回路中，這時(shí)，流經(jīng)表頭的電流與表頭的參數(shù)無關(guān)，只要改變R1一個(gè)電阻，就可以進(jìn)行量程的切換。 表頭電流I與被測(cè)電壓U

3、i的關(guān)系為 應(yīng)當(dāng)指出：圖22-1適用于測(cè)量電路與運(yùn)算放大器共地的有關(guān)電路。此外，當(dāng)被測(cè)電壓較高時(shí)，在運(yùn)放的輸入端應(yīng)設(shè)置衰減器。測(cè)直流電流原理圖22-2是浮地直流電流表的電原理圖。在電流測(cè)量中，浮地電流的測(cè)量是普遍存在的。例如：若被測(cè)電流無接地點(diǎn)，就屬于這種情況。為此，應(yīng)把運(yùn)算放大器的電源也對(duì)地浮動(dòng)。按此種方式構(gòu)成的電流表就可像常規(guī)電流表那樣，串聯(lián)在任何電流通路中測(cè)量電流。 圖22-2 直流電流表表頭電流I與被測(cè)電流I1間關(guān)系為： 可見，改變電阻比（R1/R2），可調(diào)節(jié)流過電流表的電流，以提高靈敏度如果被測(cè)電流較大時(shí)，應(yīng)給電流表表頭并聯(lián)分流電阻。由運(yùn)算放大器、二極管整流橋和直流毫安表組成的交流電

4、壓表如圖22-3所示。被測(cè)交流電壓Ui加到運(yùn)算放大器的同相端，故有很高的輸入阻抗，又因?yàn)樨?fù)反饋能減小反饋回路中的非線性影響，故把二極管橋路和表頭至于運(yùn)算放大器的反饋回路中，以減小二極管本身非線性的影響。表頭電流I與被測(cè)電壓ui的關(guān)系為：測(cè)交流電流原理如圖22-4為浮地交流電流表，表頭讀數(shù)由被測(cè)交流電流i的全波整流平均值I1AY決定，即如果被測(cè)電流i為正弦電流，即 則表頭可按有效值來刻度。電流I全部流過橋路，其值僅與Ui/Ri有關(guān)，與橋路和表頭參數(shù)無關(guān)。表頭中電流與被測(cè)電壓ui的全波整流平均值成正比，若ui為正弦波，則表頭可按有效值來刻度。被測(cè)電壓的上限頻率決定于運(yùn)算放大器的頻帶和上升速率。測(cè)電

5、阻原理圖22-5是多量程的歐姆表 圖22-5 歐姆表在此電路中，運(yùn)算放大器改用單電源供電，北側(cè)電阻Rx跨在運(yùn)算放大器的反饋回路中，同相端加基準(zhǔn)電壓UREF?？梢?，電流I于被測(cè)電阻成正比，而且表頭具有線性刻度，改變Ri值，可改變歐姆表的量程。這種歐姆表能自動(dòng)調(diào)零，當(dāng)Rx=0是，電路改成電壓跟隨器，Uo=UREF,故表頭電流為零，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)零。二極管D起保護(hù)作用，如果沒有D，當(dāng)Rx超量程時(shí)，特別是當(dāng)Rx，運(yùn)算放大器的輸出電壓將接近電源電壓，使表頭過載。有了D就可使輸出鉗位，防止表頭過載。調(diào)整R2，可實(shí)現(xiàn)滿量程調(diào)節(jié)。運(yùn)放制作萬用表的電路設(shè)計(jì)總圖：如圖，為設(shè)計(jì)的總電路圖。電路說明：黑框以外部位是

6、萬用表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，黑框以內(nèi)是四種可能的待測(cè)元件。四種功能的切換是以開關(guān)S1、S3、S4、S6的控制完成的，其中在圖示初始狀態(tài)下，開關(guān)S1賦予控制鍵A，其余三個(gè)的控制鍵是B，這就能有四種組合方式，從而達(dá)到四種電表的測(cè)量功能。AB電表類型10直流電流01交流電壓11直流電壓00交流電流其中1表示對(duì)應(yīng)鍵在初始態(tài)下按下，0表示初態(tài)。黑框中以類似的方式快速切換，便于仿真的進(jìn)行。直流電壓的電路圖：說明：5v為待測(cè)直流電壓直流電流的電路圖：說明：4mA為待測(cè)直流電流交流電壓的電路圖：說明：50mV為待測(cè)交流電壓有效值交流電流的電路圖：說明：4mA為待測(cè)交流電流峰值歐姆表電路圖：說明：R6為待測(cè)電阻，S1可控

7、制量程三 測(cè)試結(jié)果用萬用表測(cè)量各種電流、電壓、電阻的結(jié)果及其分析： 通過改變量程和被測(cè)量，測(cè)得數(shù)組結(jié)果，以下對(duì)結(jié)果進(jìn)行定量分析。直流電壓的測(cè)量結(jié)果及分析：測(cè)量電壓絕對(duì)誤差相對(duì)誤差輸入電壓6V6.0025V0.0025V0.042%8V8.0015V0.0015V0.019%10V10.003V0.003V0.03%電阻R115V/60mA=0.25K電表選用量程0 60 mA直流電流的測(cè)量結(jié)果及分析：測(cè)量電壓絕對(duì)誤差相對(duì)誤差輸入電流4mA3.9992mA0.0008mA0.020%6mA5.9992mA0.0008mA0.013%8mA7.9992mA0.0008mA0.010%電阻R130V

8、/60mA=0.5KR22.5K電表選用量程0 60 mA交流電壓的測(cè)量結(jié)果及分析：測(cè)量電壓絕對(duì)誤差相對(duì)誤差輸入電壓1.04000.0400V4.00%22.2015V0.2015V2.01%44.0020V0.9980V3.20%電阻R15V/60mA=0.0833K電表選用量程0 60 mA交流電流的測(cè)量結(jié)果及分析：測(cè)量電壓絕對(duì)誤差相對(duì)誤差輸入電流44.235mA0.235mA5.875%66.357mA0.357mA5.950%88.475mA0.475mA5.935%電阻R130V/60mA=0.5KR22.5K電表選用量程0 60 mA歐姆表測(cè)量結(jié)果及分析：測(cè)量電壓絕對(duì)誤差相對(duì)誤差輸入電阻300303.53.50.44%600601.81.80.31%900902.22.20.22%電阻R11KR22.9K電表選用量程0 1mA（忽略了Rm的影響）實(shí)驗(yàn)設(shè)備和主要元器件1、運(yùn)算放大器HA177412、毫伏表 表頭滿偏電流1mA 內(nèi)阻10003、一般電阻和12V直流電源4.二極管 IN40075.穩(wěn)壓管 2CW51參考文獻(xiàn)1 清華大