电路课程设计万用表设计.docx

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电路课程设计万用表设计

电路课程设计——万用表设计

摘要：

万用表是一种多功能、多量程便于携带的电学仪器。

它可用不同的量程测量直流电流、直流电压、交流电压及电阻。

有的万用表还可以测量阻抗、容抗和音频功率等。

学习制作和设计万用表非常重要，还有利于我们大学同学提高电路分析的能力并加深对万用电表工作原理的理解，提高自身的动手能力。

关键字：

万用电表、表头、测量电路、转换装置。

设计目的：

现代生活离不开电，我们电类和非电类专业的许多学生都有必要掌握一定的用电知识及电工操作技能。

通过实习要求学生学会使用一些常用的电工工具及仪表，比如尖嘴钳、剥线钳、万用表，并且要求学生掌握一些常用开关电器的使用方法及工作原理。

通过本次电工实习学生要接触到一定的电学知识，实现理论联系实际，认识一些常用电工器具的外形及结构特点，为后续课程的学习打下一定的基础。

电子与机械是密不可分的，在万用表的组装中还可以了解电子产品的机械结构、机械原理，这对将来的产品设计开发非常有帮助。

设计指标和要求：

1.设计任务

设计一个模拟万用表。

技术要求如下：

1、直流电压测量范围：

（0~15V）5%。

、

2、直流电流测量范围：

（0~10mA）5%。

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%。

5、欧姆表测量：

0~1kΩ。

6、要求自行设计和-直流稳压电源（不含整流与滤波电路）。

7、要求采用模拟集成电路，器件自选。

8、采用0μA直流表，要求测试出其内阻数值。

9、量程的转换调节要方便直观。

2.设计报告要求

1.按照设计任务玩曾电表电路设计，画出设计电路图。

2.根据设计任务中的技术指标，对所设计的电压表、电流表、电阻器进行调试、检测。

3.计算误差范围，分析误差原因，确定所设计电压表的精度。

第1章MF-47型万用表概述........................................................................3

第2章万用表的原理..................................................................................3

2.1直流电压表..........................................................................................4

2.2直流电流表..........................................................................................5

2.3交流电压表...........................................................................................6

2.4交流电流表...........................................................................................7

2.5欧姆表电路...........................................................................................7

第3章MF-47型万用表的工作原理...........................................................8

第4章MF-47万用电表安装调试...............................................................9

第5章MF-47的硬件电路图.....................................................................10

第6章课程设计心得体会........................................................................12

附录：

......................................................................................................12

参考文献..................................................................................................12

第1章MF-47型万用表概述

万用表是一种多功能、多量程的便携式电工仪表，是电子工程师最常用的测量仪表一般的万用表可以测量直流电流、交直流电压和电阻，有些万用表还可测量电容、功率、晶体管共射极直流放大系数hFE等。

MF47型万用表具有26个基本量程和电平、电容、电感、晶体管直流参数等7个附加参考量程，是一种量限多、分档细、灵敏度高、体形轻巧、性能稳定、过载保护可靠、读数清晰、使用方便的新型万用表，可广泛用于企业和实验室中。

第2章万用表的原理

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直流电压表

如图为同相输入、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

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。

2.2直流电流表

如图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）

即

I=（1+R1/R3）I1

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

则I1RF=I1R1+RM（1+R1/R3）I1

则I1RF=R1+RM（1+R1/R2）

应用密勒定理，将RF折算到2对地的电阻ri为

ri=RF/（1+Ao）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。

2.3交流电压表

如图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

I=Ui/R1

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

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。

2.4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

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。

2.5欧姆表电路

电路图如图所示，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

即RX=R1/UREF（Uo-UREF）

流经表头的电流

I=（Uo-UREF）/（R2+Rm）

所以I=UREFRX/R1（R2+Rm）

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

第3章MF-47型万用表的工作原理

MF-47型万用表的原理图：

3.1MF-47万用表电阻档工作原理

MF-47万用表电阻档工作原理（见图4-1），电阻档分为×1Ω、×10Ω、×100Ω、×1kΩ、×10kΩ、5个量程。

例如将档位开关旋钮打到×1Ω时，外接被测电阻通过“－COM”端与公共显示部分相连；通过“＋”经过0.5A熔断器接到电池，再经过电刷旋钮与R18相连，WH1为电阻档公用调零电位器，最后与公共显示部分形成回路.

图3-1

第4章MF-47万用电表安装调试

在没有专用调试设备的情况下，可用普通数字万用表校准，方法如下：

1.将装配好的万用表仔细检查，确保无装错、短路的情况下，将万用表档位旋至最小电流档0.25V/μA处，用数字万用表测量其“+”、“-”插座两端的电阻值，应在4.9——5.1之间。

如不符合要求，应调整电路中的750Ω电阻阻值，直到达到要求为止。

此时基准档调试完毕。

2.将基准档位调试正常的万用表从电流档开始逐档检测其满度值。

检测时应从最小档位开始，首先检测直流电流档位，然后是直流电压、交流电压、直流电阻（中心值）及其他。

各档位检测合格后，该表即可正常使用。

第5章MF-47的硬件电路图

图5-1MF-47的内部硬件电路图

图5-2MF-47的内部硬件电路图

图5-3MF-47的外观图

第6章课程设计心得体会

经过两个星期的学习，我们小组终于完成了MF-47万用表的制作。

当调试成功的那一刻，我们小组成员都特别高兴。

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。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多原理、操作上的问题，最后在樊老师的细心指导下都一一解决，同时，我也得到了各位指导老师及同学的到帮助，对你们表示感谢！

在今后的学习中我会不断总结经验，踏实务实，不断进步！

附录：

参考文献

[1]沙占有，王彦明编.万用表原理与维修电子工业出版社.2009

[2]马克联，张宏