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报告 用运算放大器组成万用电表的设计与调试

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第三章低频电子线路综合设计型实验

实验十四 用运算放大器组成万用电表的设计与调试

一、设计实验目的

1． 设计由运算放大器组成的万用电表。

2． 组装与调试由运算放大器组成的万用电表。

二、设计内容及要求

*1．直流电压表 满量程+6V；

2．直流电流表 满量程10mA；

3．交流电压表 满量程6V，50Hz～1kHz；

4．交流电流表 满量程10mA 50Hz～500Hz；

*5．欧姆表 满量程分别为1k ,10k ,100k 。（打*为选做部分）

三、设计实验原理及参数计算

在测量中，电表的接入应不影响被测电路的原工作状态，这就要求电压表具有无穷大的输入电阻，而电流表的内阻应为零。但实际上，万用电表表头的可动线圈总有一定的电阻，例如2mA的表头，用它进行测量时将影响被测量物，引起误差。此外，交流电表中的整流二极管的压降和非线性特性也会产生误差。如果在万用电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。

1． 直流电压表

图14-1为同相输入，高精度直流电压表原理图。

为了减小表头参数对测量精度的影响，将表头置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的一个电阻，就可进行量程的切换。

表头电流I与被测电压Ui的关系为：I=Ui/R1。

234432-∞﹢﹢mA+12V-12VRmR1←I1+_U1+-↑I

图14-1直流电压表

应当指出：图14-1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。 51

2．直流电流表

图14-2（A）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，如若被测电流无接地点，就属于这种情况。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像按常规电流表那样，串联在任何电流通路中测量电流。

45TitleNumberSizeBDate:25-May-2006File:C:\Documents and Settin-∞﹢﹢R2R112V12VR3++++____RmmA+12V-12V→→←IIIUs

图14-2（A）直流电流表

345543TitlSizBDatFile-∞﹢﹢R2R112V12V10K++++____RmmA+12V-12V→→←III5V10k10kRx

图14-2 (B) 直流电流表

表头电流I与被测电流I1间的关系为：- I1R1=(I1-I)R2，I=121)1(IRR

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，应给电流表表头并联分流电阻。

3． 交流电压表

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13-3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，又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置于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：I=0.9ui/R1。

电流I 全部流过桥路，其值仅与ui/R1有关，与桥路和表头参数（如二极管的死区等非线性参数）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仅决定于运算放大器的频带和上升速率。 52

2345TitleSizeBDate:File:1234Rm∪1-∞﹢﹢+-+12V-12VR1mA+-↓ID*4

图14-3 交流电压表

4． 交流电流表

图14-4为浮地交流电流表，表头读数由被测交流电流i的全波整流平均值I1AV决定，即AVIRRI121)1(。如果被测电流i为正弦电流，即tIisin211，则上式可写为：I=0.9(1+R1/R2)I1。因此，表头可按有效值来刻度。

345543TitSizBDaFil1234D×4mA+-RmR1R2+12v-12v-∞﹢﹢++--↓I←→II11R信号源

图14-4（A）交流电流表 5431234IN4007×4mA+-RmR1R2+12v-12v-∞﹢﹢++--↓I←→II11R1KHZ信号源10k10k10kRx

图14-4 (B )交流电流表 53

5． 欧姆表

图13-5为多量程的欧姆表。在此电路中，运算放大器改由单电源供电，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。由于UP=UN=UREF，I1=Ix,xREFoREFRUURU1，即)(1REFoREFxUUURR。因此，流经表头的电流为

mREFoRRUUI2。由上两式消去)(REFoUU可得)(21RRRRUImxREF

123R2RmmAVDVDz-+R3-∞﹢﹢R4R5R6↓IUREF←←II1xUNUPRx←←Uo+12V

图14-5 欧姆表

可见，电流I与被测电阻成正比，而且表头具有线性刻度改变R1值，可改变欧姆表的量程。这种欧姆表能自动调零，当Rx=0时，电路变成电压跟随器，即Uo=UREF，故表头电流为零，从而实现了自动调零。

二极管VD起保护电表的作用，如果没有VD，当Rx超量程时，特别是当Rx→∞，运算放大器的输出电压将接近电源电压，使表头过载。有了VD就可以使输出箝位，防止表头过载。调整R2，可实现满量程调节。

６.参数计算

①直流电压表Ui/R1。

1162vmAR 13Rk

②直流电流表=121)1(IRR 12II

用2mA档测量大于2mA的电流，并xR（mR为表头内阻，1I流过表头电流）

100101110mxsssxRRIIIIR （取100mR，10xR）

100101110mxsssxRRIIIIR 54

则 1112sII

取 121RRk

③交流电压表 I=0.9ui/R1。 110Rk

④交流电流表 I=0.9(1+R1/R2)I1。 ２=0.9(1+R1/R2)×１＝＞ 121.1RR＝＞ 121.1RR

取 210Rk 111Rk

⑤欧姆表 01REFREFXVVVRR ＝＞ 10)(REFXREFRVVRV 忽略mR的电阻

＝＞

12.REFXVRIRR 图中选DZV为６V的稳压管

26121vkmAkR ＝＞ 23Rk 61Rk （量程为１K时）

261021vkmAkR ＝＞ 230Rk 510Rk （量程为１０K时）

2610021vkmAkR ＝＞ 2300Rk 4100Rk （量程为１００K时）

四、仿真结果：

直流电流

SU()V 3R()K 1I()mA sI()mA

5 10 0.5 0.09

5 1 5

0.909

8 1 8 1.455

测量电压 表头显示 测量结果

0.1mA 0.2mA 0.1mA

0.5mA

1mA 0.5mA

1mA 2mA 1mA

交流电压

测量电压 表头显示 测量结果

0.5V 0.167mA 0.5V

3V 1mA 3V

6V 2mA 6V

交流电流 55

测量电压 表头显示 测量结果

0.1mA 0.198mA 0.1mA

0.5mA 0.99mA 0.5mA

1mA 1.98mA 1mA

五、设计方案调试验证：

1．直流电流表

20mA档

1I

()mA SU

()V 3R

()K 1R

()K 2R

()K ()ImA

测量值 理论值 误差%

5 5 1 2 2 9.9 10 1

0.5 0.5 1 2 2 1.069 1

6.0

2mA档

1I

()mA SU

()V 3R

()K 1R

()K 2R

()K xR

() ()ImA

测量值 理论值 误差%

5 0.5 1 2 2 10 0.9 1

1

以上数据表明，该设计满足设计要求.

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，应给电流表表头并联分流电阻。

2．交流电压表 ()100HzfHz

iU

()V 1R

()K ()ImA

测量值 理论值 误差%

2 10 0.184 1.18 2.2

5 10 0.461 0.45 2.4

以上数据符合表头电流I与被测电压ui的关系式：I=0.9ui/R1。满足了设计要求.则表头可按有效值来刻度。

3．交流电流表 ()100HzfHz

20mA档

1I

()mA SU

()V 3R

()K 1R

()K 2R

()K ()ImA

测量值 理论值 误差%

5 5.4 1 2 2 9.03 9 0.3

0.5 0.5 1 2 2 0.901 0.9 0.1 56

2mA档

1I

()mA SU

()V 3R

()K

1R

()K 2R

()K xR

() ()ImA

测量值 理论值 误差%

5 5.4 1 2 2 10 0.9 0.9 1

以上数据表明，该设计满足设计要求.

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，应给电流表表头并联分流电阻。

六、注意事项：

①在连接电源时，正、负电源连接点上各接大容量的滤波电容器和0.01～0.1F的小电容器，以消除通过电源产生的干扰。

②万用电表的电性能测试要用标准电压表和电流表校正，而欧姆表用标准电阻校正，考虑到实验要求不高，建议用数字式214位万用电表作为标准表。

③万用电表的电路是多种多样的，建议用参考电路设计一只较完整的万用电表。

④万用电表作电压、电流或欧姆表测量时，和进行量程切换时应用开关切换，但实验可引用接线切换。

七、实验设备及主要元器件

1． 信号发生器 一台

2． 双踪示波器 一台

3． 万用表 一只

4． 交流毫伏表 一台

5． 实验箱 一台

6． 运算放大器 LM324

7． 桥堆 W08

8． 表头 灵敏度为1mA，内阻为100（也可以用数字万用表直流电流2mA档）

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数字万用表的设计毕业设计

数字万用表的设计毕业设计

目 录

第一部分 设计任务与调研…………………………………………………………1

第二部分 设计说明……………………………………………………………………3

第三部分 设计成果....................................................9

第四部分 结束语………………………………………………………………………15

第五部分 致谢……………………………………………………………………………16

第六部分 参考文献………………………………………………………………….....17 1 第一部分 设计任务与调研

1、毕业设计的主要任务

数字多用表（DMM）就是在电气测量中要用到的电子仪器。它可以有很多特殊功能，但主要功能就是对电压、电阻和电流进行测量，数字多用表，作为现代化的多用途电子测量仪器，主要用于物理、电气、电子等测量领域。

自从1977年世界上首台手持式数字万用表问世以来，研究者在万用表的功能和设计上不断创新，新品迭出。 数字万用表是电测技术中的一种常用仪表，它把电子技术、计算技术、自动化技术的成果和电测技术结合在一起，以其操作方便、读数准确、体积小巧、携带方便等优点成为现代测量中不可缺少的仪器，它可以测量直流电流、交流电流、直流电压、交流电压、电阻、电容、二极管的正向压降等，正在许多领域取代模拟式(即指针式)万用表。具有使用方便、灵敏度高、测量速度快、量程宽、过载能力强、输人阻抗高、指示值具有客观性(不存在视觉误差)、扩展能力强等优点。

数字万用表的简介

万用表是电力电子等部门不可缺少的测量仪表，一般以测量电压、电流和电阻为主要目的。万用表按显示方式分为指针万用表和数字万用表。是一种多功能、多量程的测量仪表，一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、电阻和音频电平等，有的还可以测交流电流、电容量、电感量及半导体的一些参数（如β）等。所以需要设计一款具有更高的灵敏度、可以测量温度、频率(在一个较低的范围)、电容、电感，做信号发生器等等一些功能的数字型万用表。

运算放大电路实验报告

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引言

运算放大电路是电子工程领域中一种常见的电路，它广泛应用于信号放大、滤波、积分、微分等功能。本实验旨在通过搭建运算放大电路并进行实际测试，探究其工作原理和特性。

实验目的

1. 了解运算放大电路的基本原理和组成结构；

2. 熟悉运算放大电路的实际搭建和调试方法；

3. 掌握运算放大电路的特性参数测量方法。

实验器材

1. 运算放大器（OP-AMP）；

2. 电阻、电容等元件；

3. 示波器、函数发生器等测试仪器。

实验步骤

1. 搭建基本的非反馈运算放大电路。

将运算放大器的正、负输入端分别连接到电压源和接地，输出端接入负载电阻。根据实验要求选择适当的电阻值，并使用示波器检测输出信号。

2. 测试运算放大器的放大倍数。

将输入信号接入运算放大器的正输入端，通过函数发生器输入不同频率和幅度的信号，并测量输出信号的幅度。根据测量结果计算得到运算放大器的放大倍数。 3. 探究运算放大器的输入阻抗和输出阻抗。

使用电压源作为输入信号，通过改变输入电阻的值，测量输入电压和输出电压之间的关系。同样地，通过改变负载电阻的值，测量输出电压和负载电阻之间的关系。分析测量结果，得出运算放大器的输入阻抗和输出阻抗。

4. 实现运算放大器的反相放大功能。

在基本的非反馈运算放大电路的基础上，引入反馈电阻，并调整电阻的值，使得输出信号与输入信号呈反相关系。通过示波器观察和测量输入信号和输出信号的波形，验证反相放大的功能。

实验结果与分析

1. 在搭建基本的非反馈运算放大电路后，通过示波器观察到输出信号与输入信号具有相同的波形，且幅度有所放大。这表明运算放大器实现了信号的放大功能。

2. 在测试运算放大器的放大倍数时，发现输出信号的幅度与输入信号的幅度成正比。根据测量数据计算得到的放大倍数与理论值相符合，说明运算放大器具有较好的放大性能。

3. 通过测量输入电压和输出电压之间的关系，得到运算放大器的输入阻抗约为几十兆欧姆，说明输入电阻较高，不会对输入信号产生较大的负载效应。同时，通过测量输出电压和负载电阻之间的关系，得到运算放大器的输出阻抗约为几十欧姆，说明输出电阻较低，能够驱动较大的负载。

集成运放放大电路实验报告

集成运放放大电路实验报告

集成运放放大电路实验报告

一 实验目的：

用运算放大器等元件构成反相比例放大器，同相比例放大器，反相求和电路，同相求和电路，通过实验测试和分析

，进一步掌握它们的主要特征和性能及输出电压与输入电压的函数关系。

二 仪器设备：

i SXJ-3B型模拟学习机

ii 数字万用表

iii 示波器

三 实验内容：

每个比例求和运算电路实验，都应进行以下三项：

（1）按电路图接好后，仔细检查，确保无误。

（2）调零：各输入端接地调节调零电位器，使输出电压为零（用万用表200mV档测量，输出电压绝对值不超过0.5mv）。

A. 反相比例放大器

实验电路如图所示

R1=10k Rf=100k R’=10k

输出电压：Vo=-(Rf/R1)V1

实验记录：

直流输入电压V1 0.1V 0.3V 1V

输出理论估算值 -1V - 3V -10 V 实测值

-0.978V

-2.978V -

9.978V

误差

0.022V

0.022V

0.022V

将电路输入端接学习机上的直流信号源的OUTPUT，调节换档开关置于合适位置，并调节电位器，使V1分别为表中所

列各值，（用万用表测量）分析输出电压值，

填在表内。实际测量V0的值填在表内。

B 同相比例放大器

R1=10k, Rf=100k R＇=10k

输出电压：V0=（1+Rf/R1）V1

调零后，将电路输入端接学习机上的直流信号源的ＯＵＴＰＵＴ，调节换挡开关置于合适位置，并调节电位器，使Ｕ１分

别为表中所列各值，（用万用表测量）分析输出电压值，填在表内。

E 电压跟随器

实验电路： 直流输入电压V1 0.1V 0.3V 1V

输出电压V0 理论估算值 1.1V 3.3V 11V

实测值

集成运算放大器的应用实验报告

集成运算放大器的应用实验报告

一、实验目的

1. 了解集成运算放大器的基本特性和工作原理。

2. 掌握集成运算放大器的基本应用电路的设计与调试方法。

3. 熟悉集成运算放大器在实际电路中的应用，提高电子电路设计能力。

二、实验原理

集成运算放大器（Op-Amp）是一种高增益、低输入阻抗、高输入电阻、低输出阻抗的直接耦合放大器。它广泛应用于各种模拟信号处理和产生电路中。本实验主要研究集成运算放大器的基本应用电路，包括反相比例放大电路、同相比例放大电路、加法运算电路、减法运算电路等。

三、实验仪器与设备

1. 集成运算放大器：TL082

2. 直流稳压电源：±15V

3. 数字万用表

4. 示波器

5. 面包板

6. 连接线

7. 电阻、电容等元件

四、实验内容

1. 反相比例放大电路

（1）电路连接：将集成运算放大器TL082的输入端分别连接到输入电阻R1和地，输出端连接到负载电阻R2，反馈电阻Rf与R1并联后连接到反相输入端。

（2）电路调试：将输入电压信号输入到电路中，使用示波器观察输出电压波形，调整R1和Rf的值，使输出电压与输入电压成反相关系。

（3）实验结果：当R1和Rf的值分别为1kΩ和10kΩ时，输出电压与输入电压成反相关系，放大倍数为-10。 2. 同相比例放大电路

（1）电路连接：将集成运算放大器TL082的同相输入端连接到输入电阻R1，反相输入端连接到地，输出端连接到负载电阻R2，反馈电阻Rf与R1并联后连接到同相输入端。

（2）电路调试：将输入电压信号输入到电路中，使用示波器观察输出电压波形，调整R1和Rf的值，使输出电压与输入电压成正比关系。

（3）实验结果：当R1和Rf的值分别为1kΩ和10kΩ时，输出电压与输入电压成正比关系，放大倍数为10。

3. 加法运算电路

（1）电路连接：将集成运算放大器TL082的反相输入端连接到地，同相输入端连接到两个输入电阻R1和R2，输出端连接到负载电阻R3，反馈电阻Rf与R1、R2并联后连接到同相输入端。