模电电子电工课程设计docWord文档下载推荐.docx
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2、单元电路1（用实际的单元电路名称，下同）...................5
3、单元电路2........................................6
4、单元电路3........................................7
5、单元电路4...........................8
6、单元电路5..........................9
7、单元电路6...........................10
8、总体电路原理相关说明.................................11
9、总体电路原理图......................................12
10、元件清单；
..........................................13
11、参考文献........................................14
12、设计心得体会......................................15
1、
总体方案与原理说明
数字万用表，拥有测量电流、交流电压、直流电压、电阻、二极管、线路通断及温度测量等功能。
是电工、技术人员、维修人员常用的工具。
整个电路图包含直流电压测量电路图（如图2）、交流电压测量电路图（如图3）、直流电流测量电路图（如图4）、电阻测量电路图（如图5）、电池测试电路图（如图6）、二极管测试电路（如图7）。
以下为数字万用表原理方框图：
2单元电路1直流电压测量电路
直流电压的测量：
将万用表的一个转换开关置于交、直流电压挡，另一个转换开关置于
直流电压的合适量程上，且“+”表笔（红表笔）接到高电位处，“-”表笔（黑表笔）接到
低电位处，即让电流从“+”表笔流入，从“-”表笔流出。
若表笔接反，表头指针会反方向
偏转，容易撞弯指针。
3、单元电路2交流电压测量电路
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。
如图，U0为电压表头的量程（如200mV），r为其内阻，r1、r2为分压电阻，U10为扩展后的量程。
由于r<
<
R，所以分压比为
U0/U10=r2/（r1+r2）
扩展后的量程为
U10=（r1+r2）U0/r2
4、单元电路3直流电流测量电路
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。
如图，由于r<
R，取样电阻R上的电压降为
Ui=IiR
即被测电流Ii=Ui/R
若数字表头的电压量程为U0，欲使电流档量程为I0，则该档的取样电阻（也称分流电阻）为R=U0/I0
5、单元电路4电阻测量电路
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）。
所以A/D转换器的参考电压URFE和输入电压UIN有如下关系：
URFE/UIN=R0/Rx
即
Rx=（UIN/URFE）/R0
6、单元电路5电池测试电路
7、单元电路6二极管测试电路
8、总体电路原理相关说明
数字万用表由以下几部分功能组成，复原电路、震荡电路、ADC输入、被测量显示、ADC使能控制。
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。
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。
9、总体电路原理图
注：
显示部分不在本设计中，故在总体原理电路图中未画出。
相关元件的参数在图中已给出，不另作说明。
10、DT830B型数字万用表元件清单
电阻R100.990.5%
电阻R890.3%
电阻R201000.3%
电阻R219000.3%
电阻R229K0.3%
电阻R2390K0.3%
电阻R24117K0.3%
电阻R25117K0.3%
电阻R35117K0.3%
电阻R26274K0.3%
电阻R27274K0.3%
电阻R51K5%
电阻R63K1%
电阻R730K1%
电阻R30100K5%
电阻R4100K5%
电阻R1150K5%
电阻R18220K5%
电阻R19220K5%
电阻R12220K5%
电阻R13220K5%
电阻R14220K5%
电阻R15220K5%
电阻R2470K5%
电阻R31M5%
电阻R321.5-2K5%
C1100pF
C2100nF
C3100nF
C4100nF
C5100nF
C6100nF
D31N4007
Q19013
保险管、座1套
HFE座1个
V型触片6片
[1]大学物理（修订版）罗圆圆江西高校出版社
[2]电工学简明教程（第二版）秦曾煌高等教育出版社
[3]数字万用表电路图集沙占友人民教育出版社
[4]实用电子控制电路方大千国防工业出版社
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。
自大学以来，我们仅学习了电工学、物理等方面的基本知识，没有对电子电工方面进行深入学习，在理解电路图的时候存在比较大的障碍，耗用时间比较多。
从开始设计到结束，用了整整一天时间，晚上绘图到凌晨一点多。
当时抱怨甚多，为什么老师偏要我们自行设计，不允许与他人雷同，不得复制他人现有的电路图。
现在才知道老师们用心良苦，因为一件作品，只有通过自己亲身体验，才知其中之奥妙和道理。
虽然对于备战六级的我们来说，当前时间紧张，但对比所得，颇感欣慰。
在设计数字万用表的过程中，我对电池测试、二极管测试电路图理解得不是很清楚，基本上采用前人的设计。
希望以后有机会能够继续学习，加深对一些基本电路的了解和认知。
在此，感谢金老师的指导！
万用表的设计与调试
一、实验目的
1、了解万用表的基本工作原理及其相关组成部分；
2、掌握用运算放大器组成万用表的设计方法；
3、掌握万用表的主要技术指标和调试方法。
二、知识点和涉及内容
本课程实验主要是运算放大器构成各种简单仪表的原理，直流电压、直流电流、交流电压、交流电流及电阻的测量测试方法。
三、技术指标
万用表的测量精确度：
2.5级
电源电压：
12V
1、直流电压表量程：
6V
2、直流电流表量程：
5mA
3、交流电压表量程：
6V，50Hz～1KHz
4、交流电流表量程：
5、欧姆表量程分别为1KΩ，10KΩ，100KΩ
四、万用表工作原理及参考电路
1.运算放大器调零电路原理
由于集成运放的输入失调电压和输入失调电流的影响，当运算放大器组成的线性电路输入信号为零时，输出往往不等于零。
为了提高电路的运算精度,要求对失调电压和失调电流造成的误差进行补偿，这就是运算放大器的调零。
“调零”技术是使用运放时必须掌握的。
特别是在作直流放大器用时，由于输入失调电压和失调电流的影响，当运放的输入为零时，输出不为零，将影响运算放大器的精度，严重时使运算放大器不能正常工作。
调零的原理是，在运放的输入端外加一个补偿电压，以抵消运放本身的失调电压，达到调零的目的。
有些运放已经引出调零端，只需要按照器件的规定，接入调零电路进行调零即可，例如本实验所用到的HA17741。
下面以HA17741为例，图1给出了常用外部调零电路。
它的调零电路由-12V电源、50kΩ的电阻和调零电位器Rp组成。
调零时应将电路接成闭环，将两个输入端接“地”，调节调零电位器，使输出电压为零。
图1调零电路
2.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2为同相端输入，高精度直流电压表电原理图。
图2直流电压表
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。
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3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4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。
表头中电流与被测电压ui的全波整流平均值成正比，若ui为正弦波，则表头可按有效值来刻度。
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5交流电流表
5、欧姆表
图5为多量程的欧姆表。
图6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
可见，电流I与被测电阻成正比，而且表头具有线性刻度，改变R1值，可改变欧姆表的量程。
这种欧姆表能自动调零，当RX＝0时，电路变成电压跟随器，UO＝UREF，故表头电流为零，从而实现了自动调零。
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。
五、电路设计
1、万用表的电路是多种多样的，建议用参考电路设计一只较完整的万用电表。
2、万用表作电压、电流或欧姆测量时，和进行量程切换时应用开关切换，但实验时可用引接线切换。
六、实验元器件及所用设备
1、表头：
灵敏度为1mA1块
2、运算放大器：
HA177411片
3、电位器：
500Ω1只，1KΩ2只，2KΩ1只，50KΩ1只，
100KΩ1只
4、电阻器：
1KΩ2只，2.7KΩ1只，10KΩ2只，100KΩ1只
均采用
的金属膜电阻器
5、二极管：
IN40074只，IN41481只
6、稳压管：
IN47281只
7、保险丝：
2.5A
8、实验所用设备：
模拟实验箱、信号发生器（SP1641B）、数字万用表、面包板
六、注意事项
1、在连接电源时，正、负电源连接点上各接大容量的滤波电容器和
0.01μf～0.1μf的小电容器，以消除通过电源产生的干扰。
2、万用表的电性能测试要用标准电压、电流表校正，欧姆表用标准电阻校正。
考虑实验要求不高，建议用数字式
位万用表作为标准表。
七、报告要求
1、根据设计指标要求，确定电压表、电流表、欧姆表的器件参数；
2、利用EWB仿真，画出各种表的输出刻度曲线与表头刻度曲线的对应关系；
3、用常用万用表作测试比较，记录万用表各功能档的读数，计算相对误差，各测量数据点表格见附录；
4、结合仿真及实验测试结果，对电路提出改进建议，试画出完整的万用表的设计电路原理图；
5、总结设计收获与体会。
八、附录
1、运算放大器HA17741引脚图
2、测量数据表
直流电压表测量数据表（V）
理论值
测量值
相对误差
1.2
2.4
3.0
3.6
4.8
直流电流表测量数据表（mA）
1.0
2.0
2.5
4.0
欧姆表测量数据表（欧）
1K
10K
100K
误差
200
500
2K
50K
2.7K
交流电流表测量数据（mA）
交流电压表测量数据（V）
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