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文檔簡介
1、<p><b> 萬用表的設(shè)計與調(diào)試</b></p><p><b> 實驗?zāi)康?lt;/b></p><p> 1、了解萬用表的基本工作原理及其相關(guān)組成部分;</p><p> 2、掌握用運算放大器組成萬用表的設(shè)計方法;</p><p> 3、掌握萬用表的主要技術(shù)指標(biāo)和調(diào)試方法。&l
2、t;/p><p><b> 知識點和涉及內(nèi)容</b></p><p> 本課程設(shè)計的知識點主要是用運算放大器構(gòu)成各種簡單儀表的原理,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量測試方法。</p><p><b> 技術(shù)指標(biāo) </b></p><p> 萬用表的測量精確度:2.
3、5級</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> 萬用表工作原理及參考電路</p><p> 運算放大器調(diào)零電路原理</p><p> 由于集成運放的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的影響,當(dāng)運算放大器組成的線性電路輸入信號為零時,輸出往往不等于零。為了提高電路的運算精度,要求對失調(diào)電壓
5、和失調(diào)電流造成的誤差進(jìn)行補償,這就是運算放大器的調(diào)零?!罢{(diào)零”技術(shù)是使用運放時必須掌握的。特別是在作直流放大器用時,由于輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流的影響,當(dāng)運放的輸入為零時,輸出不為零,將影響運算放大器的精度,嚴(yán)重時使運算放大器不能正常工作。調(diào)零的原理是,在運放的輸入端外加一個補償電壓,以抵消運放本身的失調(diào)電壓,達(dá)到調(diào)零的目的。有些運放已經(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,例如本實驗所用到的HA17741。下面以?
6、A17741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)零時應(yīng)將電路接成閉環(huán),將兩個輸入端接“地”,調(diào)節(jié)調(diào)零電位器,使輸出電壓為零。</p><p> 本實驗采用的集成運算放大器為HA17741。</p><p><b> 圖1 調(diào)零電路</b></p><p> 2.工作原理及參考
7、電路</p><p> 在測量中,電壓表或者電流表的接入應(yīng)不影響被測電路的原工作狀態(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。但實際上,萬用表表頭的可動線圈總有一定的電阻,例如100μA的表頭,其內(nèi)阻約為1KΩ,用它進(jìn)行測量時將影響到被測量,從而引起誤差。此外,交流表中的整流二極管的壓降和非線性特性也會產(chǎn)生誤差。如果在萬用表中使用運算放大器,就能大大降低這些誤差,提高測量精度。在歐姆表中采用運
8、算放大器,不僅能得到線性刻度,還能實現(xiàn)自動調(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與被測電壓Ui的關(guān)系為: </p&g
9、t;<p> 應(yīng)當(dāng)指出:圖1適用于測量電路與運算放大器共地的有關(guān)電路。此外,當(dāng)被測電壓較高時,在運放的輸入端應(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。在電流測量中,浮地電流的測量是普遍存在的,例如:若被測電流無接地點,就屬于這種情況。為此,應(yīng)把運算放大器的電源也對地浮動,按
10、此種方式構(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量電流。</p><p> 表頭電流I與被測電流I1間關(guān)系為: -I1R1=(I1-I)R2 </p><p> 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。如果被測電流較大時,應(yīng)給電流表表頭并聯(lián)分流電阻。</p><p><b> 圖3 直流電流
11、表</b></p><p><b> 3) 交流電壓表</b></p><p> 由運算放大器、 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。被測交流電壓Ui加到運算放大器的同相端,故有很高的輸入阻抗,又因為負(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置于運算放大器的反饋回路中,以減小二極管本身非線性的影響。</p>
12、<p><b> 圖4 交流電壓表</b></p><p> 表頭電流I與被測電壓Ui的關(guān)系為</p><p> 電流I全部流過橋路,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)等非線性參數(shù))無關(guān)。表頭中電流與被測電壓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。被測電壓的上限頻率決定于運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)由被測交流電流i的全波整流平均值I1AV決定,即</p><p> 如果被測電流I1為正弦電流,即I=I1sinωt,則上式可寫為&l
14、t;/p><p> 則表頭可按有效值來刻度。</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,運算放大器改用單電源供電,被測電阻RX跨接在運算放大
15、器的反饋回路中,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>
16、 由上兩式消去(UO-UREF) 可得 </p><p> 可見,電流I與被測電阻成正比,而且表頭具有線性刻度,改變R1值,可改變歐姆表的量程。這種歐姆表能自動調(diào)零,當(dāng)RX=0時,電路變成電壓跟隨器,UO=UREF,故表頭電流為零,從而實現(xiàn)了自動調(diào)零。</p><p> 二極管D起保護(hù)電表的作用,如果沒有D,當(dāng)RX超量程時,特別是當(dāng)RX→∞,運算放大器的輸出電壓將接近電源電壓,
17、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,可實現(xiàn)滿量程調(diào)節(jié)。</p><p><b> 電路設(shè)計</b></p><p> 1.萬用表的電路是多種多樣的,建議用參考電路設(shè)計一只較完整的萬用表。</p><p> 2.萬用表作電壓、電流或歐姆測量時,和進(jìn)行量程切換時應(yīng)用開關(guān)切換,但實驗時可用跳線切換。</p>
18、<p> 實驗元器件及所用設(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、<p> 7、實驗所用設(shè)備:模擬實驗箱、信號發(fā)生器(SP1641B)、數(shù)字萬用表、面包板、鑷子、螺絲刀、保險絲(2.5A)</p><p><b> 注意事項</b></p><p> 1、在連接電源時,正、負(fù)電源連接點上各接大容量的濾波電容和0.01μF~0.1μF的小電容,以消除通過電源產(chǎn)生的干擾。</p><p>
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