用运算放大器组成万用电表的设计与调试_毕业设计.doc

模电课程设计 学院： 信息科学与工程学院 班级： 集成1301班 姓名： 璊翯 学号： 任课教师： 2015年1月 5日 模电课程设计 用运算放大器组成万用电表的设计与调试 一、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 二、设计要求: 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 5、 欧姆表 满量程分别为1KΩ，10KΩ，100KΩ 三、万用电表工作原理及参考电路: 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，万用电表表头的可动线圈总有一定的电阻，例如100μA的表头，其内阻约为1KΩ，用它进行测量时将影响被测量，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1为同相端输入，高精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R1一个电阻，就可进行量程的切换。 图1 直流电压表 表头电流I与被测电压Ui的关系为 应当指出：图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。 2、 直流电流表 图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可象常规电流表那样，串联在任何电流通路中测量电流。 图2 直流电流表 表头电流I与被测电流I1间关系为 －I1R1＝（I1－I）R2 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。 图3 交流电压表 表头电流I与被测电压ui的关系为 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。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。 4、 交流电流表 图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 如果被测电流i为正弦电流，即 i1＝I1sinωt，则上式可写为 则表头可按有效值来刻度。 图4 交流电流表 5、 欧姆表 图5为多量程的欧姆表。 图5 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。 ∵ UP＝UN＝UREF I1＝IX 即 流经表头的电流 由上两式消去(UO－UREF) 可得 //UREF =3.21实现了自动调零。 二极管D起保护电表的作用，如果没有D，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。 四、电路设计与仿真: 1、 直流电压表： (1)仿真图： (2)原始数据： Ui/V 理论值I/uA 实际值I/uA 偏差 1 100 100.142 0.142 1.5 150 149.88 0.12 2 200 200.284 0.284 2.5 250 250.022 0.022 3 300 300.204 0.204 3.5 350 350.386 0.386 4 400 399.68 0.32 4.5 450 450.306 0.306 5 50