万用表的课程设计

淮海工学院课程设计报告书课程名称：电子技术课程设计（一）题目：电表电路的设计系（院）：电子工程学院学期：10-11-2专业班级：姓名：学号：电表电路的设计1 引言万用电表简称万用表或三用表，在国家标准中称作复用表。

万用电表实际上是一种可以进行多种项目测量的便携式仪器，主要用于测量电压、电流、电阻。

另外可粗略判断电容器、晶体三极管及二极管、集成电路等元器件的性能好坏。

2 实际内容及要求2．1 设计任务设计一个模拟万用表。

技术要求如下：1、直流电压测量范围：（0~15V）5%。

、2、直流电流测量范围：（0~10mA）5%。

3、交流电压测量范围及频率范围：有效值（0~5V）5%,50Hz~1kHz。

4、交流电流测量范围：有效值（0~10mA）5%。

5、欧姆表测量：0~1kΩ。

6、要求自行设计和-直流稳压电源(不含整流与滤波电路)。

7、要求采用模拟集成电路，器件自选。

8、采用0μA直流表，要求测试出其内阻数值。

9、量程的转换调节要方便直观。

2.2 设计报告要求1.按照设计任务玩曾电表电路设计，画出设计电路图。

2.根据设计任务中的技术指标，对所设计的电压表、电流表、电阻器进行调试、检测。

3.计算误差范围，分析误差原因，确定所设计电压表的精度。

3 电子线路的设计与实现3.1 万用表的原理及系统框图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串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。

3.1.1直流电压表如图为同相输入、高精度直流电压表原理图。

图中R2为头内阻与外接串联电阻之和。

在理想条件下，图中表头电流I 与被测电压UI 的关系为 I=Ui/R1直流电压档交流电流档欧姆档直流电流档电源电路直流电流测量电路 直流电压测量电路交流电流测量电路 交流电压测量电路电阻测量电路交流电压档由此可见，表头中电流与表头参数及串联电阻无关，只要改变R1可进行量程切换。

取R1=1K R2=2K 当输入电压Ui=15V 10V 5V时，测量其实际值，并与理论值相比，算出相对误差。

3.1.2直流电流表如图为直流电流表电原理图。

因组件的开环增益Ao很大，所以U+=U-=0又因运放的本身电阻很大，流入反相端的信号电流可以忽略，所以-R1I1=R3(I1- I)即I=(1+R1/R3)I1可见，改变电阻比R1/R3可调节流过电流表的电流，以提高灵敏度。

该图被测电流回路无接地点，即所谓浮地电流时，则把运算放大器的电源也对地浮起来。

若2，6间等效电阻为RF 则I1RF=I1R1+RMI则I1RF=I1R1+RM(1+R1/R3)I1则 I1RF=R1+RM(1+R1/R2)应用密勒定理，将R折算到2对地的电阻ri为Fri=RF/(1+Ao) ri为电流表的内阻取R1=R3=1K R2=2K 输入电流Ii=10mA 6mA 3mA时测量值与理论值比较计算误差。

3.1.3 交流电压表如图为交流电压表原理图。

因被测交流电压Ui加到运算放大器的同相端，故有很高的输入电阻；又因为负反馈能减少反馈回路中的非线性影响，故把二极管桥路和表头置于运算放大器的的反馈回路中，以减少二极管本身非线性的影响。

当组件近似理想特性，组件的输入电流近似为零，故电流I全部流过桥路，其值仅与Ui/Rf 有关，与桥路及表头参数无关，即U+=U-=UiI=Ui/R1被测电压的上限频率决定于运放的频带和上升速度。

设组件的差模输入电阻为rd,开环增益为Ao，则交流电压表的输入电阻为Ri=AoFrd比表头内阻大得多。

取R1=1K 当输入电压Ui=15√2cos100t 10√2cos100t 5√2cos100t(V)时测量值与理论值进行比较，计算误差。

3.1.4 交流电流表如图为测量电位浮动的交流电流，表头及二极管整流桥置与反馈回路中，运算放大器的两个输入端电位差近似为零，引用密勒定理，将反馈支路的电阻折算到输入端减小到原来的（1+Ao）分之一，即电流表的内阻ri极低，和交流电压表相同，流经表头的电流与二极管和表头的参数无关。

决定，则表头读数由被测交流电流的全波整流的平均值IIAUI=(1+R1/R2) IIAU取R1=R2=1K 输入电流Ii=10√2cos100t 6√2cos100t 3√2cos100t(mA)时，测量值与理论值比较，算出误差。

3.1.5 欧姆表电路电路图如图所示，被测电阻RX跨接在运算放大器的反馈回路中。

同相端加基准电压UREF，因为Up=Un=UREFI 1=IX故 Uo-UREF /R1= UREF/Rx即 RX = R1/UREF(Uo-UREF)流经表头的电流I=( Uo-UREF)/(R2+Rm)所以 I=UREF RX/ R1(R2+Rm)可见，电流I与被测电阻RX成正比，而且表头具有线性刻度，改变电阻R1即可改变欧姆表的量程。

此欧姆表能自动调零，当RX =0时，电路变成电压跟随器，Uo=UREF，表头电流必为零，从而实现自动调零。

稳压管起保护作用，有了稳压管可将a点嵌位，表头就不会过载。

当RX 为正常量程内的阻值时，因a点电位还不能使DZ反向击穿，故DZ不影响电表读数。

R1=500 R2=1K Rm=2k3.2 直流稳压电源电路的设计 3.2.1 直流稳压电源电路方框图3.2.2 各单元电路设计3.2.2.1 电源变压器的原理及设计电源变压器它是降压变压器，它的任务是将较高的市电电压v1(变压器初级电压)降低到符合整流电路所需要的交流电压（变压器次级电压）v2。

变压器的变比由变压器的副边电压确定。

3.2.2.2 串联型稳压电路的原理及设计稳压电路的一般工作原理是:由反馈网络取出输出电压Vo 的一部分送到比较放大器与基准电压进行比较，比较的差值信号经比较放大器放大后送到调整环节，使调整环节产生相反的变化来抵消输出电压的改变，从而维持输出电压的稳定。

T 为调整管构成的射极跟随器，基极电压VB 为，稳压管Dz 和限流电阻R 组成基准电压VREF ，反馈网络由R1和R2组成，反馈电压VF=VoR2/(R1+R2) VB=AVVid=AV(VREF-BVAo)≈Vo在深度负反馈的条件下，VO ≈VREF/BV= VREF(1+R1/R2) 所以，VO 与VREF 成正比。

电源变压器 稳压电路3.3 电路总图4 元件清单4.1仪器双踪示波器 1台直流稳压电源 1台毫伏表 1台万用表 1台低频信号发生器 1台4.2 元器件模拟运算放大器若干整流二极管若干磁电式电压表（50μA或100μA） 1只电阻、电容5 思考题5.1电压表内阻不够高，而电流表内阻不够低，则所设计的万用表在测量时回有什么影响？答：理想的万用表要求电压表内阻越大越好，电流表的内阻越小越好。

否则将会产生误差。

测量直流电流通常都采用磁电系电流表。

由于测量时，电流表是串接在被测电路中的，为了减小对被测电路工作状态的影响，要求电流表的内阻越小越好，否则将产生较大的测量误差。

测量交流电流通常采用电磁系电流表。

由于交流电流的分流与各支路的阻抗有关，而且阻抗分流很难做得精确，所以通常使用电流互感器来扩大交流电流表的量程。

钳形电流表就是用互感器扩大电流表量程的实例。

钳形电流表使用非常方便，但准确度不高。

5.2.影响交流表测量频率的有哪些因素？为什么？答：造成万用表频率特性较差主要原因有几下几点：1、万用表的分流电阻大都采用精密线绕电阻，本身的分布电容大；2、交流当分压电阻也存在着分布电容，其容抗随频率的升高而降低，对分压电阻的并联作用显著较大；3、早期的万用表其整流效率随频率的升高而降低6 心得学习本学期我们开设了《低频电子线路（1）》与《信号与系统》课，这两门学科与我们的专业也都有联系，且都是理论方面的指示。

正所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事要躬行。

”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期暨模电、信号与系统刚学完之际，紧接着来一次电子电路课程设计是很及时、很必要的。

这样不仅能加深我们对电子电路的任职，而且还及时、真正的做到了学以致用。

作为一名电子科学与技术的大二学生，我觉得能做这样的课程设计是十分有意义。

在已度过的两年大学生活里我们大多数接触的是专业基础课。

我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去面对现实中的各种电子设计？如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。

在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅了很多次设计书和指导书。

为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一次次翻阅电子课程设计书是十分必要的，同时也是必不可少的。

我们做的是课程设计，而不是艺术家的设计。

艺术家可以抛开实际，尽情在幻想的世界里翱翔，我们是工程师，一切都要有据可依.有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。

此次，我们这组做的是电路电表的设计，才发现作为一名专业学生掌握一门或几门制图软件同样是必不可少的，这次设计是我第一次运用相关软件制图，所以查了相关资料，并向上届师兄请教，掌握了一定的基础后，自已能画一些简单的电路图，虽然有些麻烦棘手，但学到的很多，感觉受益匪浅。

另外，课堂上也有部分知识不太清楚，于是我又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是我作本次课程设计的第二大收获。

7 参考文献【1】电子线路实验与课程设计葛汝明主编上东大学出版社【2】低频电子线路（1）董尚斌主编清华大学出版社【3】万用表功能扩展与应用沙占友沙莎主编电子工业出版社↓＋－↓←→↑∞△↓↓↓。