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5.5电表电路的设计

一．实验目的

1.学会磁电式模拟集成繁用表的设计方法。

2.掌握模拟集成繁用表的安装，调试过程，并了解电流表、电压表的内阻上的不同。

3.掌握电桥测量，表头刻度等电路的设计技巧。

二.设计原理

普通的模式电表中最常见的是以磁电式电流表（又称表头）作为指示器，它具有灵敏度高、准确度高、刻度线性以及受外磁场和温度影响小等优点，但

其性能还不能达到较为理想的程度。某些测量电路中，要求电压表有很高的内阻，而电流表的内阻却很低，

直流电压表或需要测量微小的电压、电流等。将集成运放与磁电式电流表结合，可构成内阻大于10MΩ/V的电压表和内阻小1Ω的微安表等性能优良的

电子测量仪器。

1.（一）.直流电压表和电流表

将表头接在运放的输出端，被测直流电压Ux接于反相输入端，构成反相输入式直流电压表；把被测信号Ux接于同相端，则构成如图5-5-1所示的同相输入式

直流电压表，图（a）是原理电路，图（b）是扩大成为多文件量程的实际电路。

下面分析5-5-1（b）所示电路的工作原理。在放大器的输出端接有量程为150mV的电压表，它由200μA表头和750Ω的电阻（包括表头内阻）串联而成。当输

入电压Ux=50mV时，输出

5-5-1

电压表达到满量程。由电阻分压器来扩大量程，分压后的各文件电压在同相输入端的值U+均不超过25mV。显然，由于同相输入方式的运放输入电阻非常

大，所以此电路可看作是内阻无穷大的直流电压表，它几乎不从被测电路吸收电流。

反相输入式电压表与同相输入式电压表的差别在于它的放大倍数为，表头在输出端的极性应与图5-5-1相反，而且输入电阻不能达到很大。

2．直流电流表

直流电流表测量的实质是将直流电流换成电压。仿照直流电压表的构成原理，电流

表是把表头接在运放的输出端，通过改变反馈电阻即可改变电流表的量程。由于电流表希望内阻越小越好，所以被测电流Ix常由运放的反相输入端加入。

这里介绍将表头接在反馈回路的直流电流表，其原理电路如图5-5-2（a）。电阻RM为表头内阻，表头流过的电流就是被测电流，即

I=Ix5-5-2

f

且与表头内阻RM无关。电流表的内阻很小，约为

5-5-3

其中AUO为运放的开环电压放大倍数。

图5-5-2（b）为高灵敏度直流电流表电路。由虚短原则U=U，可推导得表头流过的电流与被测电流的关系为

-+

5-5-4

可见，被测电流Ix小于流过表头的电流I，所以提高了电流表的灵敏度。利用运放和100μA的表头构成的直流电流表，适当选取参数，可达到量程为10μA、内

阻小于1Ω的高精度，这是普通微安表所达不到的。

（二）由运放构成的线性整流电路

在对交流电压和电流进行测量时，常常是先将它们进行整流，从交流量变换成直流量，然后再测量。第二编介绍由运放构成的性能优良的整流电路，在这里

可以加以应用。

将二极管整流接在运放的反馈回路中，即得到图5-5-3所示全波整流电路。

当输入电压U为正半周时，因运放为反相输入方式，其输出U为负半周，二极管V和V导通，负载R上电压为正，即U0；当输入U0时,U0,二

io24LLio

极管V1和V3导通，负载电压仍为正，即UL0，因而得到全波整流电压。二极管伏安特性的非线性影响很小可忽略不计，因而实现线性整流。负载电

压平均值与输入电压有效值（因输入为正弦电压）之间的关系为

U=0.9U5-5-5

Li

利用整流电路和微安表可构成交流电压表和电流表。

（三）交流电压表和电流表

1.交流电压表

精密半波整流交流电压表电路如图5-5-4所示，它由精密半波整流电路和分压电阻构成。因为被测电压为交流，所以接在运放输出端的是交流电压表。

图5-5-4点画线框内部分即为精密半波整流电路，它相当于量程为50mV,内