用运算放大器组成万用电表的设计与调试.docx
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用运算放大器组成万用电表的设计与调试
模电课程设计
学院：
信息科学与工程学院
班级：
集成1301班
姓名：
璊翯
学号：
任课教师：
2015年1月5日
模电课程设计
用运算放大器组成万用电表的设计与调试
一、实验目的:
1、设计由运算放大器组成的万用电表
2、组装与调试
二、设计要求:
1、直流电压表满量程+6V
2、直流电流表满量程10mA
3、交流电压表满量程6V，50Hz～1KHz
4、交流电流表满量程10mA
5、欧姆表满量程分别为1KΩ，10KΩ，100KΩ
三、万用电表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1为同相端输入，高精度直流电压表电原理图。
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。
图1直流电压表
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2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3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。
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4交流电流表
5、欧姆表
图5为多量程的欧姆表。
图5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
//UREF=3.21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。
四、电路设计与仿真:
1、直流电压表：
（1）仿真图：
（2）原始数据：
Ui/V
理论值I/uA
实际值I/uA
偏差
1
100
100.142
0.142
1.5
150
149.88
0.12
2
200
200.284
0.284
2.5
250
250.022
0.022
3
300
300.204
0.204
3.5
350
350.386
0.386
4
400
399.68
0.32
4.5
450
450.306
0.306
5
500
500.044
0.044
5.5
550
549.782
0.218
6
600
600.409
0.409
（3）坐标分析:
2、直流电流表满量程10Ma
（1）仿真图：
（2）原始数据：
I1/mA
理论值I/mA
实际值I/mA
偏差
1
1.052
1.052
0
2
2.104
2.105
0.001
3
3.156
3.157
0.001
4
4.208
4.21
0.002
5
5.260
5.262
0.002
6
6.312
6.316
0.004
7
7.364
7.368
0.004
8
8.416
8.42
0.014
9
9.468
9.472
0.004
10
10.520
10.421
0.099
（3）坐标分析:
3、交流电压表满量程6V，50Hz～1KHz
（1）仿真图：
（2）原始数据：
Ui/V
理论值I/uA
实际值I/uA
偏差
1
3.3
3.31
0.01
1.5
5
4.98
0.02
2
6.7
6.68
0.02
2.5
8.3
8.29
0.01
3
10
10.04
0.04
3.5
11.7
11.74
0.04
4
13.3
13.35
0.05
4.5
15.0
15.11
0.11
5
16.7
17.0
0.3
5.5
18.3
18.45
0.15
6
20.0
20.16
0.16
（3）坐标分析:
4、交流电流表满量程10Ma
（1）仿真图:
（2）原始数据：
I1/mA
理论值I/mA
实际值I/mA
偏差
1
1.2
1.20
0
2
2.4
2.31
0.09
3
3.6
3.4
0.2
4
4.8
4.75
0.05
5
6.0
5.93
0.07
6
7.2
5.08
2.12
7
8.4
8.34
0.06
8
9.6
9.45
0.15
9
10.8
10.78
0.02
10
12.0
11.89
0.11
（3）坐标分析:
5、欧姆表满量程分别为1KΩ，10KΩ，100KΩ
（1）仿真图:
（2）原始数据：
R1=1k时
Rx/k
理论值I/uA
实际值I/uA
偏差
0
0
0
0
0.1
107
107.475
0.475
0.2
214
214.941
0.941
0.3
321
321.968
0.968
0.4
428
428.974
0.974
0.5
535
536.908
1.908
0.7
749
752.289
3.289
0.8
856
860.208
4.208
0.9
963
967.675
4.675
R1=10K
Rx/k
理论值I/uA
实际值I/uA
偏差
0
0
0
0
1
107
107.472
0.472
2
214
214.939
0.939
3
321
321.965
0.965
4
428
428.977
0.977
5
535
537.223
2.223
7
749
752.287
3.287
8
856
860.201
4.201
9
963
968.114
5.114
R1=100K
Rx/k
理论值I/uA
实际值I/uA
偏差
0
0
0
0
10
107
107.472
0.472
20
214
215.383
1.383
30
321
322.853
1.853
40
428
428.981
0.981
50
535
538.236
3.236
70
749
754.036
5.036
80
856
861.977
5.997
90
963
969.891
6.891
（3）坐标分析:
五、面膜板实验操作数记录：
1、直流电压表满量程+6V
数据：
Ui/V
理论值I/uA
实际值I/uA
偏差
1
100
100.942
0.942
1.5
150
151.08
1.08
2
200
201.884
1.884
2.5
250
252.022
2.022
3
300
302.604
2.604
3.5
350
353.186
3.186
4
400
402.88
2.88
4.5
450
453.906
3.906
5
500
504.044
4.044
5.5
550
554.182
4.182
6
600
605.209
5.209
图表：
2、直流电流表满量程10mA
数据：
I1/mA
理论值I/mA
实际值I/mA
偏差
1
1.052
1.852
0.8
2
2.104
3.705
1.601
3
3.156
5.557
2.401
4
4.208
7.41
3.202
5
5.260
9.262
4.002
6
6.312
11.116
4.804
7
7.364
12.968
5.604
8
8.416
14.82
6.404
9
9.468
16.672
7.204
10
10.520
18.421
7.901
图表：
3、交流电压表满量程6V，50Hz～1KHz
数据：
Ui/V
理论值I/uA
实际值I/uA
偏差
1
3.3
4.11
0.81
1.5
5
6.18
1.18
2
6.7
8.28
1.58
2.5
8.3
10.29
1.99
3
10
12.44
2.44
3.5
11.7
14.54
2.84
4
13.3
16.55
3.25
4.5
15.0
18.71
3.71
5
16.7
21
4.3
5.5
18.3
22.85
4.55
6
20.0
24.96
4.96
图表：
4、交流电流表满量程10mA
数据：
I1/mA
理论值I/mA
实际值I/mA
偏差
1
1.2
1.8
0.6
2
2.4
3.51
1.11
3
3.6
5.2
1.6
4
4.8
7.15
2.35
5
6.0
8.93
2.93
6
7.2
8.68
1.48
7
8.4
12.54
4.14
8
9.6
14.25
4.65
9
10.8
16.18
5.38
10
12.0
17.89
5.89
图表：
5、欧姆表满量程分别为1KΩ
数据：
Rx/k
理论值I/uA
实际值I/uA
偏差
0
0
0
0
0.1
107
107.555
0.555
0.2
214
215.101
1.101
0.3
321
322.208
1.208
0.4
428
429.294
1.294
0.5
535
537.308
2.308
0.7
749
752.849
3.849
0.8
856
860.848
4.848
0.9
963
968.395
5.395
图表：
六、课程总结
在此次设计中，我们掌握了运算设计放大电路的设计与制作，掌握了集成芯片μA741的原理和作用以及晶体管极性的判断等。
学会了检查电路的错误与线路是否导通，进一步熟练万用表的使用。
接触了与自己相关专业的硬件材料，深刻体会到书本知识运用到设计中的乐趣，也更让我明白团结合作的重要性。
通过实践不仅仅巩固了学过的知识，也在实践中发现自己的不足，设身处地的去思考解决问题的方法。
本次实验设计使用的是Multisim，掌握了其应用原理和方法。
画电路图时需要注意的问题，器件位置的布局连线，确定良好的链接，两条线交叉是否有节点等细节。
连线时不能只看原理图，注意把原理图中的每一个元件的原理用途搞清楚，明确每个元件的各个引脚的相应对应，明白每个与按键之间的联系。
注意元件本身特点：
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。
万用电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
位万用电表作为标准表。
由此，他们在一起的作用、能实现的功能我们就十分了解，连接电路调节数值，记录数据，随时总结，此外我们在实验中要耐心仔细，出现问题从原理入手，避免忙乱。
2015年1月5日目录
第一章总论1
第一节项目背景1
第二节项目概况2
第二章项目建设必要性5
第三章市场分析与建设规模7
第一节汽车市场需求分析7
第二节市场预测12
第三节项目产品市场分析13
第四节建设规模16
第四章场址选择17
第一节场址所在位置现状17
第二节场址建设条件17
第五章技术方案、设备方案、工程方案22
第一节技术方案22
第二节设备方案28
第三节工程方案33
第六章原材料、燃料供应38
第七章总图布置与公用辅助工程39
第一节总图布置39
第二节公用辅助工程43
第八章环境影响评价52
第一节环境保护设计依据52
第二节项目建设和生产对环境的影响52
第三节环境保护措施54
第四节环境影响评价56
第九章劳动安全卫生与消防57
第一节劳动安全卫生57
第二节消防64
第十章节能与节能措施67
第一节项目概况67
第二节项目综合能耗69
第三节节约及合理利用能源的主要措施71
第十一章项目实施进度与人力资源配置76
第一节建设工期76
第一节项目实施进度76
第二节生产组织与人员培训79
第十二章投资估算与资金筹措82
第一节建设投资估算82
第二节总投资估算86
第三节资金筹措86
第十四章财务效益分析88
第一节财务评价基础数据与参数选取88
第二节销售收入及销售税金估算89
第三节成本费用估算89
第四节财务评价91
第五节不确定性分析93
第十三章风险分析95
第十四章结论与建议97
第一节研究结论97
第二节建议97
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