萬用表的設計與調(diào)試

關(guān)于萬用表的設計與調(diào)試一、實驗目的1、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計方法；3、掌握萬用表的主要技術(shù)指標和調(diào)試方法。二、知識點和涉及內(nèi)容本課程實驗主要是運算放大器構(gòu)成各種簡單儀表的原理，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。三、技術(shù)指標萬用表的測量精確度：2.5級電源電壓：12V1、直流電壓表量程：6V2、直流電流表量程：5mA

3、交流電壓表

量程：6V，50Hz～1KHz

4、交流電流表

量程：5mA5、歐姆表量程分別為：1KΩ，10KΩ，100KΩ第2頁,共15頁，2024年2月25日，星期天四、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。第3頁,共15頁，2024年2月25日，星期天

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。

圖1調(diào)零電路第4頁,共15頁，2024年2月25日，星期天運算放大器HA17741引腳圖第5頁,共15頁，2024年2月25日，星期天2.工作原理及參考電路

在測量中，電表的接入應不影響被測電路的原工作狀態(tài)，這就要求電壓表應具有無窮大的輸入電阻，電流表的內(nèi)阻應為零。但實際上，萬用電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，用它進行測量時將影響被測量，引起誤差。此外，交流電表中的整流二極管的壓降和非線性特性也會產(chǎn)生誤差。如果在萬用電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。在歐姆表中采用運算放大器，不僅能得到線性刻度，還能實現(xiàn)自動調(diào)零。

第6頁,共15頁，2024年2月25日，星期天1、直流電壓表圖為同相端輸入，高精度直流電壓表電原理圖。第7頁,共15頁，2024年2月25日，星期天為了減小表頭參數(shù)對測量精度的影響，將表頭置于運算放大器的反饋回路中，這時，流經(jīng)表頭的電流與表頭的參數(shù)無關(guān)，只要改變R1一個電阻，就可進行量程的切換。表頭電流I與被測電壓Ui的關(guān)系為應當指出：圖1適用于測量電路與運算放大器共地的有關(guān)電路。第8頁,共15頁，2024年2月25日，星期天2、直流電流表圖2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。第9頁,共15頁，2024年2月25日，星期天表頭電流I與被測電流I1間關(guān)系為可見，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，應給電流表表頭并聯(lián)分流電阻。－I1R1＝（I1－I）R2第10頁,共15頁，2024年2月25日，星期天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3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。第11頁,共15頁，2024年2月25日，星期天電流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。表頭電流I與被測電壓ui的關(guān)系為:第12頁,共15頁，2024年2月25日，星期天4、交流電流表圖為浮地交流電流表，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i為正弦電流，即i1＝I1sinωt，則上式可寫為則表頭可按有效值來刻度。第13頁,共15頁，2024年2月25日，星期天多量程的歐姆表。在此電路中，運算放大器改由單電源供電，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。∵UP＝UN