用运算放大器组成万用电表的设计与调试本科论文Word文件下载.docx
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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
I1/mA
理论值I/mA
实际值I/mA
1.052
2.104
2.105
0.001
3.156
3.157
4.208
4.21
0.002
5.260
5.262
6.312
6.316
0.004
7
7.364
7.368
8
8.416
8.42
0.014
9
9.468
9.472
10
10.520
10.421
0.099
3、交流电压表满量程6V,50Hz~1KHz
3.3
3.31
0.01
4.98
0.02
6.7
6.68
8.3
8.29
10.04
0.04
11.7
11.74
13.3
13.35
0.05
15.0
15.11
0.11
16.7
17.0
0.3
18.3
18.45
0.15
20.0
20.16
0.16
4、交流电流表满量程10Ma
(1)仿真图:
1.2
1.20
2.4
2.31
0.09
3.6
3.4
0.2
4.8
4.75
6.0
5.93
0.07
7.2
5.08
2.12
8.4
8.34
0.06
9.6
9.45
10.8
10.78
12.0
11.89
5、欧姆表满量程分别为1KΩ,10KΩ,100KΩ
R1=1k时
Rx/k
0.1
107
107.475
0.475
214
214.941
0.941
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
0.9
963
967.675
4.675
R1=10K
107.472
0.472
214.939
0.939
321.965
0.965
428.977
0.977
537.223
2.223
752.287
3.287
860.201
4.201
968.114
5.114
R1=100K
20
215.383
1.383
30
322.853
1.853
40
428.981
0.981
50
538.236
3.236
70
754.036
5.036
80
861.977
5.997
90
969.891
6.891
五、面膜板实验操作数记录:
1、直流电压表满量程+6V
数据:
100.942
0.942
151.08
1.08
201.884
1.884
252.022
2.022
302.604
2.604
353.186
3.186
402.88
2.88
453.906
3.906
504.044
4.044
554.182
4.182
605.209
5.209
图表:
2、直流电流表满量程10mA
1.852
3.705
1.601
5.557
2.401
7.41
3.202
9.262
4.002
11.116
4.804
12.968
5.604
14.82
6.404
16.672
7.204
18.421
7.901
4.11
0.81
6.18
1.18
8.28
1.58
10.29
1.99
12.44
2.44
14.54
2.84
16.55
3.25
18.71
3.71
21
4.3
22.85
4.55
24.96
4.96
1.8
0.6
3.51
1.11
5.2
1.6
7.15
2.35
8.93
2.93
8.68
1.48
12.54
4.14
14.25
4.65
16.18
5.38
17.89
5.89
5、欧姆表满量程分别为1KΩ
107.555
0.555
215.101
1.101
322.208
1.208
429.294
1.294
537.308
2.308
752.849
3.849
860.848
4.848
968.395
5.395
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
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