简易模拟万用表.docx
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简易模拟万用表
电子技术课程设计技术任务报告
技术指标与方案论证
（设计题题目）用集成运放设计万用表技术指标
1.直流电压表测量范围：
（0—6V）
2.直流电流表测量范围：
（0—10mA
3.交流电压表测量范围及频率范围：
有效值（0-6V）,50Hz〜1kHz
4.交流电流表测量范围及频率范围：
有效值（0-10mA）
5.欧姆表测程：
（0—1KQ）
方案论证
在测量中，电表的接入应不影响被测电路的原工作状态，这就要求电压表应具有无穷大的输入电阻。
电流表的内阻应为零，但实际上，万用表表头的可动线圈总有一定的电阻。
例如100aA的表头，其内阻约为1KQ,用它进行测量时将影响被测量量，引起误差。
此外，交流电表中的整流二极管和非线性特性也会产生误差。
如果在万用表中使用运算放大器，
就能大大降低这些误差，提高测量精度。
在欧姆表中采用运算放大器，不仅能得到线性刻度，还能实现自动调零。
万用表的基本原理
万用表的基本原理是利用一只灵敏的磁电式直流电流表（微安表）做表头。
当微小电流通过表头，就会有电流指示。
但表头不能通过大电流，所以，必须在表头上并联与申联一些电阻进行分流或降压，从而测出电路中的电流、电压和电
阻。
下面分别介绍。
图22-1为同相端输入，高进度直流电压表电原理图
为了减小表头参数对测量精度的影响，将表头至于运算放大器的反馈回路中，这时，流经表头的电流与表头的参数无关，只要改变R1一个电阻，就可以
进行量程的切换。
图22—1直流电田表
表头电流I与被测电压Ui的关系为
应当指出：
图22-1适用于测量电路与运算放大器共地的有关电路。
此外，当被测电压较高时，在运放的输入端应设置衰减器。
测直流电流原理
图22-2是浮地直流电流表的电原理图。
在电流测量中，浮地电流的测量是普遍存在的。
例如：
若被测电流无接地点，就届丁这种情况。
为此，应把运算放大器的电源也对地浮动。
按此种方式构成的电流表就可像常规电流表那样，申联
在任何电流通路中测量电流。
图22-2直流电流表
表头电流I与被测电流I1间关系为:
I,R,=（L—I）R
）1
应给电流表表头并联分流电阻0
可见，改变电阻比（R1/R2）,可调节流过电流表的电流，以提高灵敏度如果被测电流较大时，
由运算放大器、二极管整流桥和直流毫安表组成的交流电压表如图22-3所
示。
被测交流电压Ui加到运算放大器的同相端，故有很高的输入阻抗，乂因为负反馈能减小反馈回路中的非线性影响，故把二极管桥路和表头至丁运算放大器的反馈回路中，以减小二极管本身非线性的影响。
表头电流I与被测电压ui的关系为:
R.
测交流电流原理
如图22-4为浮地交流电流表，表头读数由被测交流电流i的全波整流平■均
I="十3）项
值I1AY决定，即2
如果被测电流i为正弦电流，即
it=-V2Iisinuit#则I.式可写为
则表头可按有效值来刻度。
图22-4交流电流表
电流I全部流过桥路，其值仅与Ui/Ri有关，与桥路和表头参数无关。
表头中电流与被
测电压ui的全波整流平均值成正比，若ui为正弦波，则表头可按有效值来刻度。
被测电压
的上限频率决定于运算放大器的频带和上升速率。
测电阻原理
图22-5是多量程的欧姆表
图22-5欧姆表
在此电路中，运算放大器改用单电源供电，北侧电阻Rx跨在运算放大器的反馈回路中，同相端加基准电压UREF
VUr=UN=UftLt
【扇，_U.一Ir||
R,Rx叩
流纾表头的电流Im?
。
JC2TKn
由上两犬消去可徊i=ry%）
可见，电流I丁被测电阻成正比，而且表头具有线性刻度，改变Ri值，可改变欧姆表的量程。
这种欧姆表能自动调零，当Rx=0是，电路改成电压跟随器，Uo=URE瞅表头电流为零，从而实现了自动调零。
二极管D起保护作用，如果没有D,当Rx超量程时，特别是当Rx^8,运算放大器的输出电压将接近电源电压，使表头过载。
有了D就可使输出钳位，防止表头过载。
调整R2,可实现满量程调节
运放制作万用表的电路设计
总图:
如图，为设计的总电路图
电路说明：
黑框以外部位是万用表的内部结构，黑框以内是四种可能的待测
元件。
四种功能的切换是以开关S1、S3、S4、S6的控制完成的，其中在图示初始状态下，开关S1赋予控制键A,其余三个的控制键是B,这就能有四种组合
直流电压的电路图:
XMM2
说明:
5v为待测直流电压
直流电流的电路图:
说明:
4mA为待测直流电流
压有效值
交流电流的电路图:
■-gXMlt2-
□2
iMD,
11,
-12V-
!
J―1-!
-
UEE：
L：
M324N
VEE
990站呼..|vcpv…U2C
说明:
4mA为待测交流电流峰
欧姆表电路图:
暨c
：
Uc凯：
""
-.
说明：
R6为待测电阻，S1可控
制量程
三测试结果
用万用表测虽各种电流、电压、电阻的结果及其分析：
通过改变量程和被测量，测得数组结果，以下对结果进行定量分析
直流电压的测量结果及分析:
测里电压
绝对误差
相对误差
输入
电压
6V
6.0025V
0.0025V
0.042%
8V
8.0015V
0.0015V
0.019%
10V
10.003V
0.003V
0.03%
电阻
Ri
15V/60mA=0.25KQ
电表选用里程
0——60mA
直流电流的测量结果及分析:
测里电压
绝对误差
相对误差
输入
电流
4mA
3.9992mA
0.0008mA
0.020%
6mA
5.9992mA
0.0008mA
0.013%
8mA
7.9992mA
0.0008mA
0.010%
电阻
R1
30V/60mA=0.5KQ
R2
2.5KQ
电表选用里程
0——60mA
交流电压的测量结果及分析:
测里电压
绝对误差
相对误差
输入
电压
T2cos100tV
1.0400
0.0400V
4.00%
2屁os100tV
2.2015V
0.2015V
2.01%
4>/2cos100tV
4.0020V
0.9980V
3.20%
电阻
Ri
5V/60mA=0.0833KQ
电表选用里程
0——60mA
交流电流的测量结果及分析:
测里电压
绝对误差
相对误差
输入
电流
^?
2cos100tmA
4.235mA
0.235mA
5.875%
6龙COS100t
mA
6.357mA
0.357mA
5.950%
8很COS100t
mA
8.475mA
0.475mA
5.935%
电阻
Ri
30V/60mA=0.5KQ
R2
2.5KQ
电表选用里程
0-
——60mA
欧姆表测量结果及分析:
测里电压
绝对误差
相对误差
输入
电阻
300Q
303.5Q
3.5
0.44%
600Q
601.8Q
1.8Q
0.31%
900Q
902.2Q
2.2Q
0.22%
电阻
Ri
1KQ
R2
2.9KQ
电表选用量程01mA（忽略了Rm的影响）
实验设备和主要元器件
1、运算放大器HA17741
2、毫伏表表头满偏电流1mA内阻1000Q
3、一般电阻和12V直流电源
4、二极管IN4007
5、稳压管2CW51
参考文献
[1]活华大学电子学教研组编，童诗白，华成英主编.《模拟电子技术基础》.
第4版.北京：
高等教育出版社，2006
[2]王艳春主编，《电子技术实验与Multisim仿真》.合肥；合肥工业大学出版社2011
[3衣承斌，刘京南编.模拟集成电子技术基础.南京：
东南大学出版社，1994
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