电工电子技术课程设计.docx

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电工电子技术课程设计

题目_数字万用表电路设计

班级__________

学号________________

姓名________

指导____________

时间

景德镇陶瓷学院

电工电子技术课程设计任务书

姓名班级指导老师

设计课题：

数字万用表电路设计

设计任务与要求

设计任务：

数字万用表用以直流电压、交流电压、直流电流、交流电压测量，也可用以检查半导体二极管的导电性能，并能测量晶体管的电流放大系数等。

只要输入被测量，通过电阻、电流、电压参数转换电路即可测出被测量。

设计要求：

1、电路由四个部分组成；

2、数字万用表有直流电压测量电路、交流电压测量电路、直流电流测量电路和电阻测量电路；

3、用简单的电路图绘图软件绘出整体电路图，在电路图中加上自己的班级名称、学号、姓名等信息；

4、对整体电路原理进行完整功能描述；

5、列出标准的元件清单；

设计步骤

1、查阅相关资料，开始撰写设计说明书；

2、先给出电路设计的总体方案并对工作原理进行大致相关的说明；

3、依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；

4、列出设计电路的标准的元件清单；

5、总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；

6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。

参考文献

[1]秦曾煌电工学简明教程（第二版）高等教育出版社2007

[2]沙占友数字万用表电路图集人民教育出版社2001

[3]孙丽霞电子技术实践及仿真高等教育出版社1999

目录

1．总体方案与原理说明┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉4

2．直流电压测量电路┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉5

3．交流电压测量电路┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉6

4．直流电流测量电路┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉7

5．电阻测量电路┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉8

6．总体电路原理相关说明┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉9

7．总体电路原理图┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉10

8．元件清单┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉11

9．参考文献┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉12

10．设计心得体会┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉13

1．总体方案与原理说明

数字万用表是由数字电压表配上相应的功能转换电路构成的，它可对交、直流电压交、直流电流、电阻、电容以及频率等多种参数进行直接测量。

数字电压表通常使用一块集成电路芯片,它将A/D转换器与能够直接驱动显示器的显示逻辑控制器集成在一起，在其周围配上相关的电阻器、电容器和显示器,组成数字万用表表头。

它只测量直流电压，其它参数必须转换成和其自身大小成一定比例关系的直流电压后才能被测量。

数字万用表的整体性能主要由这一数字表头的性能决定。

数字电压表是数字万用表的核心，A/D转换器是数字电压表的核心，不同的A/D转换器构成不同原理的数字万用表。

功能转换电路是数字万用表实现多参数测量的必备电路。

电压、电流的测量电路一般由无源的分压、分流电阻网络组成；交、直流转换电路与电阻、电容等电参数测量的转换电路，一般采用有源器件组成的网络来实现。

功能选择可通过机械式开关的切换来实现，量程选择可通过转换开关切换，也可以通过自动量程切换电路来实现。

数字万用表电路设计包括复位电路、震荡电路、ADC输入、被测量显示。

复位电路用来清零进行下一次的测量；震荡电路用来消除一些外来干扰，使电路工作更加稳定；ADC输入则是将输入量进行AD转换；测量显示就是显示测量的数值。

数字万用表的组成包括显示器、电源开关、晶体管插孔、转换开关、输入插座等。

可用以直流电压、交流电压、直流电流、交流电压测量，也可用以检查半导体二极管的导电性能，并能测量晶体管的电流放大系数等。

只要输入被测量，通过电阻、电流、电压参数转换电路即可测出被测量。

2．直流电压测量电路

图一直流电压测量电路图

上图为测直流电压电路图。

由五个档位构成，即200mV、2V、20V、200V、1000V。

该电路的基本量程是200mV，也就是说被测直流电压一律衰减至200mV以下后，再送往量程为200mV的数字式表头进行测量和显示。

电路中的R14-R17均为分压电阻，均采用金属膜电阻，其中，分压电阻R32（9M

）可用两只4.5M

的电阻串联而成。

电路中的R2、C3构成了模拟输入端的高频阻容滤波器，其中R2又兼作IN+端的限流电阻。

被测电压加在“+”、“-”俩端。

其中R14.R15.R16.R17是倍压器电阻。

量程愈大，倍压器电阻愈大。

电压表的内阻愈大，从被测电路取用的电流愈小，被测电路受到的影响也愈小。

3、交流电压测量电路

图二交流电压测量电路图

如图，该电路由四个档位构成，即2V、20V、200V、1000V，所测交流电压值均为有效值。

电路中集成电路IC3b（

TL062）、VD5、R52、R53、R54、C13、C16等构成交流/直流转换器，其中C13、C16为隔直电容，以避免直流分量引起测量误差；VD4是保护二极管、VD5是整流二极管，该电流属于平均值响应的半波线性整流电路。

R52是运放的输入电阻、R53、R54是负反馈电阻，起稳定工作点的作用。

电路中VD3的作用是减小信号整流时的非线性失真。

R56、C17组成平滑滤波器电路，可得到平均值电压并送往数字式直流电压表头进行测量。

电路中的电阻R13-R17为分压电阻，R57、RP4构成了交流电压测量电路的校准电路，其中RP4是准电位器，调节RP4可使数字式表头的显示值等于被测交流电压的有效值。

在基准数字电压表头前面加一级分压电路（分压器），可以扩展直流电压测量的量程。

图为交流电压测量图，要测量交流电压必须有二极管，如图D。

二极管只允许一个方向的电流通过，反向电流不能通过。

被测交流电压也是加在“+”、“-”俩端。

4、直流电流测量电路

图三直流电流测量电路图

该电路共设置四个档位，即2mA、20mA、200mA、20A。

其中20A档另设一个专用输入插孔。

电路中的FU为0.2A/150V的快速熔丝管，起过电流保护作用。

二极管VD1、VD2是双向限幅二极管，起电压保护作用，一般采用1N4001或1N4148（1A/50V）硅塑封整流二极管，保护过程是当输入电压低于硅二极管的正向导通电压降是，二极管截止，当输入电压大于0.6～0.7V时，二极管便导通，从而限制表的输入电压，起到保护作用。

电路中的R37-R40是分流电阻，构成分流器。

其中，R18（90

）、R19（9

）采用精密金属膜电阻（±5%），R20（0.99

）采用线绕电阻，R21（0.01

）是20A的分流电阻，为避免损坏故需要采用锰铜丝电阻，以承受较大的电流。

被测电流从“+”、“-”俩端进出，改变转换开关的位置可改变分流器的电阻，从而改变电流量程。

如图，根据欧姆定理，用合适的取样电阻把待测电流转换为相应的电压，再进行测量。

由于r<

Ui=IiR即被测电流Ii=Ui/R

5、电阻测量电路

图四电阻测量电路图

测量电阻时要接入电池，被测电阻也要接在“+”、“-”俩端。

被测电阻愈小，电流愈大，因此指针的偏转角愈大。

测量前要先将“+”、“-”俩端短接，看指针是否偏转最大而指在零，否则应转动零欧姆调节电位器进行调整。

由稳压管ZD提供测量基准电压，流过标准电阻R0和被测电阻Rx的电流基本相等（数字表头的输入阻抗很高，其取用的电流可忽略不计）。

6、总体电路原理相关说明

数字万用表电路设计包括复位电路、震荡电路、ADC输入、被测量显示。

复位电路用来清零进行下一次的测量；震荡电路用来消除一些外来干扰，使电路工作更加稳定；ADC输入则是将输入量进行AD转换；测量显示就是显示测量的数值。

数字万用表是较精密的仪表，更换元件一定要用参数相同的元件，特别是更换A/D转换器，一定要采用生产厂家经严格筛选的集成块，否则将出现误差而达不到所需准确度。

新换的A/D转换器，也需要按前面所述的方法进行检查，切不可因新而置信不疑。

使用万用表时应注意转换开关的位置和量程，绝不能在带线路上测量电阻，用完要将转换开关转到最高档。

测量电阻前要先将“+”、“-”俩端短接，看指针是否偏转最大而指在零，否则应转动零欧姆调节电位器进行调整。

测量前，若无法估计被测电压或电流的大小，应先选择最高量程挡测量，然后根据显示选择恰当的量程

有一点我们特别要注意，就是要注意电路的保护，无论测试还是使用，都应当注意数字万用表电路的保护。

一般测量的电压电流超过量程范围易造成电路的损坏．如在交流20V档位测量市电，很易引起数字万用表交流放大电路损坏，使万用表失去交流测量功能。

在测量直流电压时，所测电压超出测量量程，同样易造成表内电路故障。

在测量电流时如果实际电流值超过量程，一般仅引起万用表内的保险丝烧断，不会造成其它损坏。

所以在测量电压参数时，如果不知道所测电压的大致范围，应先把测量档置于最高档，通过测量其值后再换档测量，以得到比较精确的数值。

如果所要测量的电压数值远超出万用表所能测量的最大量程，应另配高阻测量表笔。

如检测黑白彩电的第二阳极高压及聚焦高压。

7、总体电路原理图

图五

8、元件清单

器件名

大小

数量

器件名

大小

数量

R10

0.99

1

R18

220K

1

R8

9

1

R19

220K

1

R20

100

1

R12

220K

1

R21

900

1

R13

220K

1

R22

9K

1

R14

220K

1

R23

117K

1

R15

220K

1

R24

117K

1

R2

470K

1

R25

117K

1

R3

1M

1

R26

274K

1

R32

1.5-2K

1

R27

274K

1

C1

100pF

1

R5

1K

1

C2

100nF

1

R6

3K

1

C3

100nF

1

R7

30K

1

C4

100nF

1

R1

100K

1

C5

100nF

1

R4

100K

1

C6

100nF

1

R30

150K

1

D3

1N4007

1

R35

220K

1

Q1

9013

1

9．参考文献

[1]秦曾煌电工学简明教程（第二版）高等教育出版社2007

[2]沙占友数字万用表电路图集人民教育出版社2001

[3]孙丽霞电子技术实践及仿真高等教育出版社1999

[4]翁飞兵电子技术实践教程国防科技大学出版社2003

[5]康华光数字电子技术基础高等教育出版社1999

[6]夏路易电路原理图与电路板设计教程北京希望电子出版社2002

[7]沙占友新型数字万用表原理与应用机械工业出版社2006

[8]裴季生数字万用表的设计机械工业出版社2007

[9]杨志忠电子技术课程设计机械工业出版社2004

10.设计心得体会

作为理工科的学生，认知和理解电路图的能力是我们必须掌握的，经过此次查阅相关资料，设计数字万用表电路图，对基本的电路设计方式、方法有所了解。

掌握了基本的设计技巧和绘制电路图的能力，学会了使用MicrosoftVisio2003中文专业版绘图软件。

此次电工电子技术课程设计之所以选择数字万用表电路图设计，是因为高中对万用表有所了解，同时，本学期在电工与电子实习中跟着老师制作过万用表，相对来说，对数字万用表的认知程度要深一些。

通过这次的电子电工课程设计，让我对万用表有了更进一步的了解和认识。

以前做过万用表的组装，那时只是对它有一点浅浅的认识，并不知道其中所含的真正的电路设计图。

我觉得只要我们尽我们最大的努力去做就可以了。

虽然不是最好的但也是我们自己动手实践的结果。

在这次的课程设计中，我也学到了新的知识和受到了新的启发，我非常高兴有这样的一次机会进行这样的课程设计。

从中我了解到必须认真对待才会有结果的。

电子电工课程虽然有难度，但我觉得我们还是有必要去尝试一下，其实也挺有意思的，也挺有价值意义的。

这也是对我们另一种能力的考验，应该对我们今后有一定的帮助的。

总体来说，这次的电子电工课程设计使我对万用表有了进一步的了解，也让我受益匪浅。