ha調(diào)零電路萬用表的設(shè)計與調(diào)試

1、萬用表的設(shè)計與調(diào)試實驗?zāi)康?、了解萬用表的基本工作原理及其相關(guān)組成部分；2、掌握用運算放大器組成萬用表的設(shè)計方法；3、掌握萬用表的主要技術(shù)指標和調(diào)試方法。知識點和涉及內(nèi)容本課程設(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。技術(shù)指標 萬用表的測量精確度：2.5級電源電壓：12V 1.直流電壓表 量程：6V 2.直流電流表 量程：5mA 3.交流電壓表 量程：6V，50Hz1KHz 4.交流電流表 量程：5mA 5.歐姆表 量程分別為1K，10K，100K萬用表工作原理及參考電路1. 運算放大器調(diào)零電路原理由于集成運放

2、的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的影響，當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)電壓和失調(diào)電流造成的誤差進行補償，這就是運算放大器的調(diào)零。“調(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)零電路進行調(diào)零即可，例如本實驗所用到的HA17741。下面以HA17741為例，圖1給出

3、了常用外部調(diào)零電路。它的調(diào)零電路由-12V電源、50k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。本實驗采用的集成運算放大器為HA17741。圖1 調(diào)零電路2.工作原理及參考電路在測量中，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100A的表頭，其內(nèi)阻約為1K，用它進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

4、測量精度。在歐姆表中采用運算放大器，不僅能得到線性刻度，還能實現(xiàn)自動調(diào)零。1） 直流電壓表圖2為同相端輸入，高精度直流電壓表電原理圖。圖2 直流電壓表表頭電流I與被測電壓Ui的關(guān)系為: 應(yīng)當指出：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，當被測電壓較高時，在運放的輸入端應(yīng)設(shè)置衰減器。2） 直流電流表圖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。表頭電流I與被測電流I1間關(guān)系為: I1R1（I1I）R2 可

5、見，改變電阻比（R1R2），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。圖3 直流電流表3） 交流電壓表由運算放大器、 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。圖4 交流電壓表表頭電流I與被測電壓Ui的關(guān)系為電流I全部流過橋路，其值僅與UiR1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

6、，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。4）、 交流電流表圖5 交流電流表圖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，即如果被測電流I1為正弦電流，即II1sint，則上式可寫為則表頭可按有效值來刻度。5）、 歐姆表圖6為多量程的歐姆表。圖6 歐姆表在此電路中，運算放大器改用單電源供電，被測電阻RX跨接在運算放大器的反饋回路中，同相端加基準電壓UREF。 UPUNUREFI1IX 即 流經(jīng)表頭的電流由上兩式消去(UOUREF) 可得 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

7、表能自動調(diào)零，當RX0時，電路變成電壓跟隨器，UOUREF，故表頭電流為零，從而實現(xiàn)了自動調(diào)零。二極管D起保護電表的作用，如果沒有D，當RX超量程時，特別是當RX，運算放大器的輸出電壓將接近電源電壓，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)。 電路設(shè)計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。2.萬用表作電壓、電流或歐姆測量時，和進行量程切換時應(yīng)用開關(guān)切換，但實驗時可用跳線切換。實驗元器件及所用設(shè)備1、 表頭： 靈敏度為1mA 1 塊2、 運算放大器： HA17741 1片3、 電位器： 500 1只，1K2只，2K1只，50K 1只， 100K 1只4、 電阻器： 1K 2只，2.7K 1只，10K 2只，100K 1只 均采用的金屬膜電阻器5、 二極管： IN4007 4只，IN4148 1只6、 穩(wěn)壓管： IN4728 1只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）注意事項1、在連接電源時，正、負電源連接點上各接大容量的濾波