電路課程設(shè)計——萬用表設(shè)計

1、<p>　　摘要：萬用表是一種多功能、多量程便于攜帶的電學(xué)儀器。它可用不同的量程測量直流電流、直流電壓、交流電壓及電阻。有的萬用表還可以測量阻抗、容抗和音頻功率等。學(xué)習(xí)制作和設(shè)計萬用表非常重要，還有利于我們大學(xué)同學(xué)提高電路分析的能力并加深對萬用電表工作原理的理解，提高自身的動手能力。</p><p>　　關(guān)鍵字：萬用電表、表頭、測量電路、轉(zhuǎn)換裝置。</p><p><b&g

2、t;　　設(shè)計目的：</b></p><p>　　現(xiàn)代生活離不開電，我們電類和非電類專業(yè)的許多學(xué)生都有必要掌握一定的用電知識及電工操作技能。通過實習(xí)要求學(xué)生學(xué)會使用一些常用的電工工具及儀表，比如尖嘴鉗、剝線鉗、萬用表，并且要求學(xué)生掌握一些常用開關(guān)電器的使用方法及工作原理。通過本次電工實習(xí)學(xué)生要接觸到一定的電學(xué)知識，實現(xiàn)理論聯(lián)系實際，認識一些常用電工器具的外形及結(jié)構(gòu)特點，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下一定的基礎(chǔ)。

3、 電子與機械是密不可分的，在萬用表的組裝中還可以了解電子產(chǎn)品的機械結(jié)構(gòu)、機械原理，這對將來的產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)非常有幫助。</p><p><b>　　設(shè)計指標(biāo)和要求：</b></p><p><b>　　1.設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計一個模擬萬用表。技術(shù)要求如下：</p><p>

4、　　1、直流電壓測量范圍：（0~15V）5%。、</p><p>　　2、直流電流測量范圍：（0~10mA）5%。</p><p>　　3、交流電壓測量范圍及頻率范圍：有效值（0~5V）5%,50Hz~1kHz。</p><p>　　4、交流電流測量范圍：有效值（0~10mA）5%。</p><p>　　5、歐姆表測量：0~1kΩ。<

5、/p><p>　　6、要求自行設(shè)計和-直流穩(wěn)壓電源(不含整流與濾波電路)。</p><p>　　7、要求采用模擬集成電路，器件自選。</p><p>　　8、采用0μA直流表，要求測試出其內(nèi)阻數(shù)值。</p><p>　　9、量程的轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)要方便直觀。</p><p><b>　　2.設(shè)計報告要求</b>

6、;</p><p>　　1.按照設(shè)計任務(wù)玩曾電表電路設(shè)計，畫出設(shè)計電路圖。</p><p>　　2.根據(jù)設(shè)計任務(wù)中的技術(shù)指標(biāo)，對所設(shè)計的電壓表、電流表、電阻器進行調(diào)試、檢測。</p><p>　　3.計算誤差范圍，分析誤差原因，確定所設(shè)計電壓表的精度。</p><p><b>　　目錄</b></p>&l

7、t;p>　　第1章MF-47型萬用表概述........................................................................3</p><p>　　第2章萬用表的原理..................................................................................3</p>

8、;<p>　　2.1直流電壓表..........................................................................................4</p><p>　　2.2直流電流表............................................................................

9、..............5</p><p>　　2.3交流電壓表...........................................................................................6</p><p>　　2.4交流電流表...................................................

10、........................................7</p><p>　　2.5歐姆表電路...........................................................................................7</p><p>　　MF-47型萬用表的工作原理...................

11、........................................8</p><p>　　MF-47萬用電表安裝調(diào)試...............................................................9</p><p>　　MF-47的硬件電路圖.............................................

12、........................10</p><p>　　課程設(shè)計心得體會........................................................................12</p><p>　　附錄：...............................................................

13、.......................................12</p><p>　　參考文獻..................................................................................................12</p><p>　　第1章MF-47型萬用表概述</p><

14、;p>　　萬用表是一種多功能、多量程的便攜式電工儀表，是電子工程師最常用的測量儀表一般的萬用表可以測量直流電流、交直流電壓和電阻，有些萬用表還可測量電容、功率、晶體管共射極直流放大系數(shù)hFE等。MF47型萬用表具有26個基本量程和電平、電容、電感、晶體管直流參數(shù)等7個附加 參考量程，是一種量限多、分檔細、靈敏度高、體形輕巧、性能穩(wěn)定、過載保護可靠、讀數(shù)清晰、使用方便的新型萬用表，可廣泛用于企業(yè)和實驗室中。</p>&

15、lt;p>　　第2章 萬用表的原理</p><p>　　萬用表的基本原理是利用一只靈敏的磁電式直流電流表（微安表）做表頭。當(dāng)微小電流通過表頭，就會有電流指示。但表頭不能通過大電流，所以，必須在表頭上并聯(lián)與串聯(lián)一些電阻進行分流或降壓，從而測出電路中的電流、電壓和電阻。</p><p><b>　　2.1直流電壓表</b></p><p>　

16、　如圖為同相輸入、高精度直流電壓表原理圖。圖中R2為頭內(nèi)阻與外接串聯(lián)電阻之和。</p><p>　　在理想條件下，圖中表頭電流I與被測電壓UI的關(guān)系為</p><p><b>　　I=Ui/R1</b></p><p>　　由此可見，表頭中電流與表頭參數(shù)及串聯(lián)電阻無關(guān)，只要改變R1可進行量程切換。</p><p>　　取

17、R1=1K R2=2K 當(dāng)輸入電壓Ui=15V 10V 5V時，測量其實際值，并與理論值相比，算出相對誤差。</p><p><b>　　2.2直流電流表</b></p><p>　　如圖為直流電流表電原理圖。因組件的開環(huán)增益Ao很大，所以U+=U-=0</p><p>　　又因運放的本身電阻很大，流入反相端的信號電流可以忽略，所以</p

18、><p>　　-R1I1=R3(I1- I) </p><p><b>　　即</b></p><p>　　I=(1+R1/R3)I1</p><p>　　可見，改變電阻比R1/R3可調(diào)節(jié)流過電流表的電流，以提高靈敏度。</p><p>　　該圖被測電流回路無接地點，即所謂浮地電

19、流時，則把運算放大器的電源也對地浮起來。</p><p>　　若2，6間等效電阻為RF則I1RF=I1R1+RMI</p><p>　　則I1RF=I1R1+RM(1+R1/R3)I1</p><p>　　則 I1RF=R1+RM(1+R1/R2)</p><p>　　應(yīng)用密勒定理，將RF折算到2對地的電阻ri為</p>&

20、lt;p>　　ri=RF/(1+Ao) ri為電流表的內(nèi)阻</p><p>　　取R1=R3=1K R2=2K 輸入電流Ii=10mA 6mA 3mA時測量值與理論值比較計算誤差。</p><p><b>　　2.3交流電壓表</b></p><p>　　如圖為交流電壓表原理圖。因被測交流電壓Ui加到運算放大器的同相端，故有很高的輸

21、入電阻；又因為負反饋能減少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的反饋回路中，以減少二極管本身非線性的影響。當(dāng)組件近似理想特性，組件的輸入電流近似為零，故電流I全部流過橋路，其值僅與Ui/Rf有關(guān)，與</p><p>　　橋路及表頭參數(shù)無關(guān)，即</p><p><b>　　U+=U-=Ui</b></p><p><

22、b>　　I=Ui/R1</b></p><p>　　被測電壓的上限頻率決定于運放的頻帶和上升速度。</p><p>　　設(shè)組件的差模輸入電阻為rd,開環(huán)增益為Ao，則交流電壓表的輸入電阻為 Ri=AoFrd</p><p><b>　　比表頭內(nèi)阻大得多。</b></p><p>　　取R1=1

23、K 當(dāng)輸入電壓Ui=15√2cos100t 10√2cos100t 5√2cos100t(V)時測量值與理論值進行比較，計算誤差。</p><p><b>　　2.4交流電流表</b></p><p>　　如圖為測量電位浮動的交流電流，表頭及二極管整流橋置與反饋回路中，運算放大器的兩個輸入端電位差近似為零，引用密勒定理，將反饋支路的電阻折算到輸入端減小到原來的（1+A

24、o）分之一，即電流表的內(nèi)阻ri極低，和交流電壓表相同，流經(jīng)表頭的電流與二極管和表頭的參數(shù)無關(guān)。</p><p>　　表頭讀數(shù)由被測交流電流的全波整流的平均值IIAU決定，則</p><p>　　I=(1+R1/R2) IIAU</p><p>　　取R1=R2=1K 輸入電流Ii=10√2cos100t 6√2cos100t 3√2cos100t(mA)時，測量值與

25、理論值比較，算出誤差。</p><p><b>　　2.5 歐姆表電路</b></p><p>　　電路圖如圖所示，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(zhǔn)電壓UREF，因為</p><p>　　Up=Un=UREF</p><p><b>　　I1=IX</b></p>

26、<p>　　故 Uo-UREF/R1= UREF/Rx</p><p>　　即 RX= R1/UREF(Uo-UREF)</p><p><b>　　流經(jīng)表頭的電流</b></p><p>　　I=( Uo-UREF)/(R2+Rm)</p><p>　　所以 I=UREF RX

27、/ R1(R2+Rm)</p><p>　　可見，電流I與被測電阻RX成正比，而且表頭具有線性刻度，改變電阻R1即可改變歐姆表的量程。</p><p>　　此歐姆表能自動調(diào)零，當(dāng)RX=0時，電路變成電壓跟隨器，Uo=UREF，表頭電流必為零，從而實現(xiàn)自動調(diào)零。穩(wěn)壓管起保護作用，有了穩(wěn)壓管可將a點嵌位，表頭就不會過載。當(dāng)RX為正常量程內(nèi)的阻值時，因a點電位還不能使DZ反向擊穿，故DZ不影響電

28、表讀數(shù)。</p><p>　　R1=500 R2=1K Rm=2k</p><p>　　第3章MF-47型萬用表的工作原理</p><p>　　MF-47型萬用表的原理圖：</p><p>　　3.1 MF-47萬用表電阻檔工作原理</p><p>　　MF-47萬用表電阻檔工作原理（見圖4-1），電阻檔分為

29、5;1Ω、×10Ω、×100Ω、×1kΩ、×10kΩ、5個量程。例如將檔位開關(guān)旋鈕打到×1Ω時，外接被測電阻通過“－COM”端與公共顯示部分相連；通過“＋”經(jīng)過0.5A熔斷器接到電池，再經(jīng)過電刷旋鈕與R18相連，WH1為電阻檔公用調(diào)零電位器，最后與公共顯示部分形成回路.</p><p><b>　　圖 3-1</b></p>&

30、lt;p>　　第4章 MF-47萬用電表安裝調(diào)試</p><p>　　在沒有專用調(diào)試設(shè)備的情況下，可用普通數(shù)字萬用表校準(zhǔn)，方法如下：</p><p>　　將裝配好的萬用表仔細檢查，確保無裝錯、短路的情況下，將萬用表檔位旋至最小電流檔0.25V/μA處，用數(shù)字萬用表測量其“+”、“-”插座兩端的電阻值，應(yīng)在4.9——5.1之間。如不符合要求，應(yīng)調(diào)整電路中的750Ω電阻阻值，直到達到要求

31、為止。此時基準(zhǔn)檔調(diào)試完畢。</p><p>　　將基準(zhǔn)檔位調(diào)試正常的萬用表從電流檔開始逐檔檢測其滿度值。檢測時應(yīng)從最小檔位開始，首先檢測直流電流檔位，然后是直流電壓、交流電壓、直流電阻（中心值）及其他。各檔位檢測合格后，該表即可正常使用。</p><p>　　第5章 MF-47的硬件電路圖</p><p>　　圖5-1 MF-47的內(nèi)部硬件電路圖</p&g

32、t;<p>　　圖5-2 MF-47的內(nèi)部硬件電路圖</p><p>　　圖5-3 MF-47的外觀圖</p><p>　　第6章課程設(shè)計心得體會</p><p>　　經(jīng)過兩個星期的學(xué)習(xí)，我們小組終于完成了MF-47萬用表的制作。當(dāng)調(diào)試成功的那一刻，我們小組成員都特別高興?；仡櫞舜握n程設(shè)計，我學(xué)到了很多在書本上沒有過的知識。通過這次課程設(shè)計我懂得了理論

33、與實踐相結(jié)合是很重要的，只有把理論與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。</p><p>　　在設(shè)計和制作的過程中我們遇到了很多問題，也在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)的知識理解的不夠深刻。掌握的不夠牢固，通過這次課程設(shè)計之后，我一定要把以前學(xué)過的知識重新溫故。</p><p>　　這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計

34、中遇到了很多原理、操作上的問題，最后在樊老師的細心指導(dǎo)下都一一解決，同時，我也得到了各位指導(dǎo)老師及同學(xué)的到幫助，對你們表示感謝！</p><p>　　在今后的學(xué)習(xí)中我會不斷總結(jié)經(jīng)驗，踏實務(wù)實，不斷進步！</p><p><b>　　附錄：</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><

35、p>　　[1]沙占有，王彥明編.萬用表原理與維修 電子工業(yè)出版社. 2009</p><p>　　[2]馬克聯(lián)，張宏編.萬用表實用檢測技術(shù) 化學(xué)工業(yè)出版社. 2006</p><p>　　[3]李斌編.萬用表修理 重慶大學(xué)出版社.2007</p><p>　　[4]邵宏圖.電工基礎(chǔ) 中國勞動社會保障出版社. 2007</p>