模電課程設(shè)計(jì)-萬(wàn)用表

1、<p><b>　　萬(wàn)用表的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　1、了解萬(wàn)用表的基本工作原理及其相關(guān)組成部分；</p><p>　　2、掌握用運(yùn)算放大器組成萬(wàn)用表的設(shè)計(jì)方法；</p><p>　　3、掌握萬(wàn)用表的主要技術(shù)指標(biāo)和調(diào)試方法。</

2、p><p><b>　　知識(shí)點(diǎn)和涉及內(nèi)容</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)的知識(shí)點(diǎn)主要是用運(yùn)算放大器構(gòu)成各種簡(jiǎn)單儀表的原理，主要內(nèi)容則是直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流及電阻的測(cè)量測(cè)試方法。</p><p><b>　　技術(shù)指標(biāo) </b></p><p>　　萬(wàn)用表的測(cè)量精確度：2.5級(jí)&

3、lt;/p><p><b>　　電源電壓：12V</b></p><p>　　1.直流電壓表 量程：6V</p><p>　　2.直流電流表 量程：5mA</p><p>　　3.交流電壓表 量程：6V，50Hz～1KHz</p><p>　　4.交流電流表 量程：5mA<

4、;/p><p>　　5.歐姆表 量程分別為1KΩ，10KΩ，100KΩ</p><p>　　萬(wàn)用表工作原理及參考電路</p><p>　　運(yùn)算放大器調(diào)零電路原理</p><p>　　由于集成運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的影響，當(dāng)運(yùn)算放大器組成的線(xiàn)性電路輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出往往不等于零。為了提高電路的運(yùn)算精度,要求對(duì)失調(diào)電壓和失調(diào)

5、電流造成的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，這就是運(yùn)算放大器的調(diào)零?！罢{(diào)零”技術(shù)是使用運(yùn)放時(shí)必須掌握的。特別是在作直流放大器用時(shí)，由于輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流的影響，當(dāng)運(yùn)放的輸入為零時(shí)，輸出不為零，將影響運(yùn)算放大器的精度，嚴(yán)重時(shí)使運(yùn)算放大器不能正常工作。調(diào)零的原理是，在運(yùn)放的輸入端外加一個(gè)補(bǔ)償電壓，以抵消運(yùn)放本身的失調(diào)電壓，達(dá)到調(diào)零的目的。有些運(yùn)放已經(jīng)引出調(diào)零端，只需要按照器件的規(guī)定，接入調(diào)零電路進(jìn)行調(diào)零即可，例如本實(shí)驗(yàn)所用到的HA17741。下面以?A17

6、741為例，圖1給出了常用外部調(diào)零電路。它的調(diào)零電路由-12V電源、50kΩ的電阻和調(diào)零電位器Rp組成。調(diào)零時(shí)應(yīng)將電路接成閉環(huán)，將兩個(gè)輸入端接“地”，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使輸出電壓為零。</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)采用的集成運(yùn)算放大器為HA17741。</p><p><b>　　圖1 調(diào)零電路</b></p><p>　　2.工作原理及參考電路&

7、lt;/p><p>　　在測(cè)量中，電壓表或者電流表的接入應(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(wú)窮大的輸入電阻，電流表的內(nèi)阻應(yīng)為零。但實(shí)際上，萬(wàn)用表表頭的可動(dòng)線(xiàn)圈總有一定的電阻，例如100μA的表頭，其內(nèi)阻約為1KΩ，用它進(jìn)行測(cè)量時(shí)將影響到被測(cè)量，從而引起誤差。此外，交流表中的整流二極管的壓降和非線(xiàn)性特性也會(huì)產(chǎn)生誤差。如果在萬(wàn)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

8、器，不僅能得到線(xiàn)性刻度，還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)零。</p><p><b>　　1） 直流電壓表</b></p><p>　　圖2為同相端輸入，高精度直流電壓表電原理圖。</p><p><b>　　圖2 直流電壓表</b></p><p>　　表頭電流I與被測(cè)電壓Ui的關(guān)系為: </p>

9、<p>　　應(yīng)當(dāng)指出：圖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。</p><p><b>　　2） 直流電流表</b></p><p>　　圖3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(wú)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

10、式構(gòu)成的電流表就可象常規(guī)電流表那樣，串聯(lián)在任何電流通路中測(cè)量電流。</p><p>　　表頭電流I與被測(cè)電流I1間關(guān)系為: －I1R1＝（I1－I）R2 </p><p>　　可見(jiàn)，改變電阻比（R1／R2），可調(diào)節(jié)流過(guò)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。</p><p><b>　　圖3 直流電流表&l

11、t;/b></p><p><b>　　3） 交流電壓表</b></p><p>　　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壓表如圖4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(xiàn)性影響，故把二極管橋路和表頭置于運(yùn)算放大器的反饋回路中，以減小二極管本身非線(xiàn)性的影響。</p><

12、;p><b>　　圖4 交流電壓表</b></p><p>　　表頭電流I與被測(cè)電壓Ui的關(guān)系為</p><p>　　電流I全部流過(guò)橋路，其值僅與Ui／R1有關(guān)， 與橋路和表頭參數(shù)（如二極管的死區(qū)等非線(xiàn)性參數(shù)）無(wú)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(lái)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。<

13、;/p><p><b>　　4）、 交流電流表</b></p><p><b>　　圖5 交流電流表</b></p><p>　　圖5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I1AV決定，即</p><p>　　如果被測(cè)電流I1為正弦電流，即I＝I1sinωt，則上式可寫(xiě)為</

14、p><p>　　則表頭可按有效值來(lái)刻度。</p><p><b>　　5）、 歐姆表</b></p><p>　　圖6為多量程的歐姆表。</p><p><b>　　圖6 歐姆表</b></p><p>　　在此電路中，運(yùn)算放大器改用單電源供電，被測(cè)電阻RX跨接在運(yùn)算放大器的反

15、饋回路中，同相端加基準(zhǔn)電壓UREF。</p><p>　　∵ UP＝UN＝UREF</p><p><b>　　I1＝IX</b></p><p><b>　　即 </b></p><p><b>　　流經(jīng)表頭的電流</b></p><p>　　由

16、上兩式消去(UO－UREF) 可得 </p><p>　　可見(jiàn)，電流I與被測(cè)電阻成正比，而且表頭具有線(xiàn)性刻度，改變R1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時(shí)，電路變成電壓跟隨器，UO＝UREF，故表頭電流為零，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)零。</p><p>　　二極管D起保護(hù)電表的作用，如果沒(méi)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

17、過(guò)載。有了D 就可使輸出鉗位，防止表頭過(guò)載。調(diào)整R2，可實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)量程調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.萬(wàn)用表的電路是多種多樣的，建議用參考電路設(shè)計(jì)一只較完整的萬(wàn)用表。</p><p>　　2.萬(wàn)用表作電壓、電流或歐姆測(cè)量時(shí)，和進(jìn)行量程切換時(shí)應(yīng)用開(kāi)關(guān)切換，但實(shí)驗(yàn)時(shí)可用跳線(xiàn)切換。</p>&l

18、t;p>　　實(shí)驗(yàn)元器件及所用設(shè)備</p><p>　　1、 表頭： 靈敏度為1mA 1 塊</p><p>　　2、 運(yùn)算放大器： HA17741 1片</p><p>　　3、 電位器： 500Ω 1只，1KΩ2只，2KΩ1只，50KΩ 1只，</p><p><b>　　100KΩ 1只<

19、;/b></p><p>　　4、 電阻器： 1KΩ 2只，2.7KΩ 1只，10KΩ 2只，100KΩ 1只</p><p>　　均采用的金屬膜電阻器</p><p>　　5、 二極管： IN4007 4只，IN4148 1只</p><p>　　6、 穩(wěn)壓管： IN4728 1只</p>&

20、lt;p>　　7、實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備：模擬實(shí)驗(yàn)箱、信號(hào)發(fā)生器（SP1641B）、數(shù)字萬(wàn)用表、面包板、鑷子、螺絲刀、保險(xiǎn)絲（2.5A）</p><p><b>　　注意事項(xiàng)</b></p><p>　　1、在連接電源時(shí)，正、負(fù)電源連接點(diǎn)上各接大容量的濾波電容和0.01μF～0.1μF的小電容，以消除通過(guò)電源產(chǎn)生的干擾。</p><p>　　2、萬(wàn)

21、用表的電性能測(cè)試要用標(biāo)準(zhǔn)電壓表、電流表校正，歐姆表則用標(biāo)準(zhǔn)電阻校正?？紤]實(shí)驗(yàn)要求不高，建議用數(shù)字式位萬(wàn)用表作為標(biāo)準(zhǔn)校正表。</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　1、運(yùn)算放大器HA17741引腳圖</p><p><b>　　2、測(cè)量數(shù)據(jù)表</b></p><p><b