万用电表课程设计文档格式.docx

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直流稳压电源（不含整流与滤波电路）。

2、要求采用模拟集成电路，器件自选。

3、采用0μA直流表，要求测试出其内阻

数值。

4、量程的转换调节要方便直观。

基本要求：

1.电表无错装漏装，档位开关旋扭转动灵活；

2.器件无丢失损坏；

3.档位开关旋扭转动灵活；

4.能正确使用各个档位。

5.运用模拟电子技术的理论设计、制定实验方案，并撰写课程设计论文要求符合模板的相关要求，字数要求3000字以上。

指导老师评价表

院（部）

机电学院

年级专业

学生姓名

学生学号

2012

题目

万用表的设计

一、指导老师评语

指导老师签名：

年月日

二、成绩评定

年月日

目录

摘要与关键词1

1实际内容及要求2

1.1设计要求2

1.2万用表的种类2

1.3万用表的组成2

1.4万用表的结构2

1.5器材数据参考3

2电子线路的设计与实现3

2.1万用表的原理及系统框图3

2.1.1直流电压表4

2.1.2直流电流表5

2.1.3交流电压表6

2.1.4交流电流表7

2.1.5欧姆表电路8

2.2直流稳压电源电路的设计9

2.2.1直流稳压电源电路方框图9

2.2.2各单元电路设计9

2.3电路总图10

3万用表的使用11

3.1机械调零11

3.2读数11

3.3测量交流电压11

3.4测量直流电流11

3.5测量电阻12

4总结12

参考文献13

附录14

摘要与关键词

摘要：

万用电表简称万用表或三用表，在国家标准中称作复用表。

万用电表实际上是一种可以进行多种项目测量的便携式仪器，主要用于测量电压、电流、电阻。

另外可粗略判断电容器、晶体三极管及二极管、集成电路等元器件的性能好坏。

万用表是最常用的电工仪表之一，我们应该在了解其基本工作原理的基础上学会安装、调试、使用，并学会排除一些万用表的常见故障。

。

通过本次万用表的原理与安装，要求学生了解万用表的工作原理，掌握锡焊技术的工艺要领及万用表的使用与调试方法。

关键词：

设计要求；

原理及系统框图；

测量电路；

万用表的使用。

1实际内容及要求

1.1设计要求

（1）无错装漏装；

（2）档位开关旋扭转动灵活

（3）焊点大小合适、美观；

（4）无虚焊调试符合要求；

（5）器件无丢失损坏；

（6）能正确使用各个档位。

1.2万用表的种类

万用表分为指针式、数字式两种。

随着技术的发展，人们研制出微机控制的虚拟式万用表，被测物体的物理量通过非电量/电量，将温度等非电量转换成电量，再通过A/D转换，由微机显示或输送给控制中心，控制中心通过信号比较做出判断，发出控制信号或者通过D/A转换来控制被测物体。

1.3万用表的组成

指针式万用表的型式很多，但基本结构是类似的。

指针式万用表的结构主要由表头、档位转换开关、测量线路板、面板等组成。

表头是万用表的测量显视装置，指针式万用表采用控制显示面板＋表头一体化结构；

档位开关用来选择被测电量的种类和量程；

测量线路板将不同性质和大小的被测电量转换为表头所能接受的直流电流。

万用表可以测量直流电流、直流电压、交流电压和电阻等多种电量。

当转换开关拨到直流电流档，可分别与5个接触点接通，用于测量500mA、50mA、5mA和500μA、50μA量程的直流电流。

同样，当转换开关拨到欧姆档，可分别测量×

1Ω、×

10Ω、×

100Ω、×

1kΩ、×

10kΩ量程的电阻；

当转换开关拨到直流电压档，可分别测量0.25V、1V、2.5V、10V、50V、250V、500V、1000V量程的直流电压；

当转换开关拨到交流电压档，可分别测量10V、50V、250V、500V、1000V量程的交流电压

1.4万用表的结构

万用表由机械部分、显示部分、与电器部分三大部分组成，机械部分包括：

外壳、档位开关旋钮及电刷等部分组成，显示部分是表头，电器部分由测量线路板，电位器，电阻，二极管，电容等部分组成。

指针式万用电表由表头、电阻测量档、电流测量档、直流电压测量档和交流电压测量档几个部分组成，图1-1中“－”为黑表棒插孔，“＋”为红表棒插孔。

图1-1指针式万用表的组成

1.5器材数据参考

1、直流电压测量范围：

（0~15V）

5%。

、

2、直流电流测量范围：

（0~10mA）

3、交流电压测量范围及频率范围：

有效值（0~5V）

5%,50Hz~1kHz。

4、交流电流测量范围：

有效值（0~10mA）

5、欧姆表测量：

0~1kΩ。

6、要求自行设计

7、采用0μA直流表，要求测试出其内阻

2电子线路的设计与实现

2.1万用表的原理及系统框图

万用表的基本原理是利用一只灵敏的磁电式直流电流表（微安表）做表头。

当微小电流通过表头，就会有电流指示。

但表头不能通过大电流，所以，必须在表头上并联与串联一些电阻进行分流或降压，从而测出电路中的电流、电压和电阻。

2.1.1直流电压表

图2-1同相输入、高精度直流电压表原理图

如图2-1为同相输入、高精度直流电压表原理图。

图中R2为头内阻与外接串联电阻之和。

在理想条件下，图中表头电流I与被测电压UI的关系为

I=Ui/R1（2-1）

由此可见，表头中电流与表头参数及串联电阻无关，只要改变R1可进行量程切换。

取R1=1KR2=2K当输入电压Ui=15V10V5V时，测量其实际值，并与理论值相比，算出相对误差。

2.1.2直流电流表

图2-2直流电流表电原理图

如图2-2为直流电流表电原理图。

因组件的开环增益Ao很大，所以U+=U-=0

又因运放的本身电阻很大，流入反相端的信号电流可以忽略，所以

-R1I1=R3（I1-I）（2-2）

即

I=（1+R1/R3）I1（2-3）

可见，改变电阻比R1/R3可调节流过电流表的电流，以提高灵敏度。

该图被测电流回路无接地点，即所谓浮地电流时，则把运算放大器的电源也对地浮起来。

若2，6间等效电阻为RF则

I1RF=I1R1+RMI（2-4）

则

I1RF=I1R1+RM（1+R1/R3）I1（2-5）

则

I1RF=R1+RM（1+R1/R2）（2-6）

应用密勒定理，将RF折算到2对地的电阻ri为

ri=RF/（1+Ao）（2-7）

ri为电流表的内阻

取R1=R3=1KR2=2K输入电流Ii=10mA6mA3mA时测量值与理论值比较计算误差。

2.1.3交流电压表

图2-3交流电压表原理图

如图（2-3）为交流电压表原理图。

因被测交流电压Ui加到运算放大器的同相端，故有很高的输入电阻；

又因为负反馈能减少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的反馈回路中，以减少二极管本身非线性的影响。

当组件近似理想特性，组件的输入电流近似为零，故电流I全部流过桥路，其值仅与Ui/Rf有关，与

桥路及表头参数无关，即

U+=U-=Ui（2-8）

I=Ui/R1（2-9）

被测电压的上限频率决定于运放的频带和上升速度。

设组件的差模输入电阻为rd,开环增益为Ao，则交流电压表的输入电阻为

Ri=AoFrd（2-10）

比表头内阻大得多。

取R1=1K当输入电压Ui=15√2cos100t10√2cos100t5√2cos100t（V）时测量值与理论值进行比较，计算误差。

2.1.4交流电流表

图2-4测量电位浮动的交流电流表

如图为测量电位浮动的交流电流，表头及二极管整流桥置与反馈回路中，运算放大器的两个输入端电位差近似为零，引用密勒定理，将反馈支路的电阻折算到输入端减小到原来的（1+Ao）分之一，即电流表的内阻ri极低，和交流电压表相同，流经表头的电流与二极管和表头的参数无关。

表头读数由被测交流电流的全波整流的平均值IIAU决定，则

I=（1+R1/R2）IIAU（2-11）

取R1=R2=1K输入电流Ii=10√2cos100t6√2cos100t3√2cos100t（mA）时，测量值与理论值比较，算出误差。

2.1.5欧姆表电路

图2-5欧姆表电路

电路图如图2-5所示，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，因为Up=Un=UREF,I1=IX

故

Uo-UREF/R1=UREF/Rx（2-12）

即

RX=R1/UREF（Uo-UREF）（2-13）

流经表头的电流

I=（Uo-UREF）/（R2+Rm）（2-14）

所以

I=UREFRX/R1（R2+Rm）（2-15）

可见，电流I与被测电阻RX成正比，而且表头具有线性刻度，改变电阻R1即可改变欧姆表的量程。

此欧姆表能自动调零，当RX=0时，电路变成电压跟随器，Uo=UREF，表头电流必为零，从而实现自动调零。

稳压管起保护作用，有了稳压管可将a点嵌位，表头就不会过载。

当RX为正常量程内的阻值时，因a点电位还不能使DZ反向击穿，故DZ不影响电表读数。

R1=500R2=1KRm=2k

2.2直流稳压电源电路的设计

2.2.1直流稳压电源电路方框图

2.2.2各单元电路设计

（1）电源变压器的原理及设计

电源变压器它是降压变压器，它的任务是将较高的市电电压v1（变压器初级电压）降低到符合整流电路所需要的交流电压（变压器次级电压）v2。

变压器的变比由变压器的副边电压确定。

（2）串联型稳压电路的原理及设计

稳压电路的一般工作原理是:

由反馈网络取出输出电压Vo的一部分送到比较放大器与基准电压进行比较，比较的差值信号经比较放大器放大后送到调整环节，使调整环节产生相反的变化来抵消输出电压的改变，从而维持输出电压的稳定。

T为调整管构成的射极跟随器，基极电压VB为，稳压管Dz和限流电阻R组成基准电压VREF，反馈网络由R1和R2组成，反馈电压VF=VoR2/（R1+R2）

VB=AVVid=AV（VREF-BVAo）≈Vo（2-16）

在深度负反馈的条件下，

VO≈VREF/BV=VREF（1+R1/R2）（2-17）

所以，VO与VREF成正比。

图2-6串联型稳压电路

2.3电路总图

图2-7电路总图

3万用表的使用

3.1机械调零

旋动万用表面板上的机械零位调整螺钉，使指针对准刻度盘左端的“0”位置。

3.2读数

读数时目光应与表面垂直，使表指针与反光铝膜中的指针重合，确保读数的精度。

检测时先选用较高的量程，根据实际情况，调整量程，最后使读数在满刻度的2/3附近。

测量直流电压把万用表两表棒插好，红表棒接“＋”，黑表棒接“－”，把档位开关旋钮打到直流电压档，并选择合适的量程。

当被测电压数值范围不确定时，应先选用较高的量程，把万用表两表棒并接到被测电路上，红表棒接直流电压正极，黑表棒接直流电压负极，不能接反。

根据测出电压值，再逐步选用低量程，最后使读数在满刻度的2/3附近。

3.3测量交流电压

测量交流电压时将档位开关旋钮打到交流电压档，表棒不分正负极，与测量直流电压相似进行读数，其读数为交流电压的有效值。

3.4测量直流电流

把万用表两表棒插好，红表棒接“＋”，黑表棒接“－”，把档位开关旋钮打到直流电流档，并选择合适的量程。

当被测电流数值范围不确定时，应先选用较高的量程。

把被测电路断开，将万用表两表棒串接到被测电路上，注意直流电流从红表棒流入，黑表棒流出，不能接反。

根据测出电流值，再逐步选用低量程，保证读数的精度。

3.5测量电阻

插好表棒，打到电阻档，并选择量程。

短接两表棒，旋动电阻调零电位器旋钮，进行电阻档调零，使指针打到电阻刻度右边的“0”Ω处，将被测电阻脱离电源，用两表棒接触电阻两端，从表头指针显示的读数乘所选量程的分辩率数即为挥发油电阻的阻值。

如选用R×

10档测量，指针指示50，则被测电阻的阻值为：

50Ω×

10＝500Ω。

如果示值过大或过小要重新调整档位，保证读数的精度。

I和被测电阻Rx不成线性关系，所以表盘上电阻标度尺的刻度是不均匀的。

当电阻越小时，回路中的电流越大，指针的摆动越大，因此电阻档的标度尺刻度是反向分度。

当万用表红黑两表棒直接连接时，相当于外接电阻最小Rx=0，那么此时通过表头的电流最大，表头摆动最大，因此指针指向满刻度处，向右偏转最大，显示阻值为0Ω。

反之，当万用表红黑两表棒开路时Rx→∞，R可以忽略不计，显示阻值为∞。

4总结

作为一名电子信息工程的大二学生，我觉得能做这样的课程设计是十分有意义。

在已度过的两年大学生活里我们大多数接触的是专业基础课。

我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去面对现实中的各种电子设计？

如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？

我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。

回顾此次课程设计，我学到了很多在书本上没有过的知识。

通过这次课程设计我懂得了理论与实践相结合是很重要的，只有把理论与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计和制作的过程中我们遇到了很多问题，也在设计过程中发现了自己的不足之处，对以前所学的知识理解的不够深刻。

掌握的不够牢固，通过这次课程设计之后，我一定要把以前学过的知识重新温故。

参考文献

【1】电子线路实验与课程设计葛汝明主编上东大学出版社

【2】低频电子线路

（1）董尚斌主编清华大学出版社

【3】万用表功能扩展与应用沙占友沙莎主编电子工业出版社

附录

使用仪器：

双踪示波器1台

直流稳压电源1台

毫伏表1台

万用表1台

低频信号发生器1台

模拟运算放大器若干

整流二极管若干

磁电式电压表（50μA或100μA）1只

电阻、电容