1、精選文檔用運算放大器組成萬用表的設計一、 實驗目的綜合利用所學知識，根據設計要求設計由運算放大器、二極管整流電流及電流表組成萬用表電路圖，搭出實際電路并組裝調試，提高實驗綜合能力與實際動手能力。熟悉萬用表各種常見功能的測試電路原理與方法。進一步體會運算放大器的應用，了解其優勢。二、 萬用表工作原理萬用表基本功能包括測量直流電壓與電流，交流電壓與電流，以及電阻測量。用電表測量電路參數時電表的接入應不影響被測電路的原工作狀態，這就要求電壓表內阻無限大，電流表內阻為零。但實際上，萬用表表頭的可動線圈不可避免的有一定電阻，這將引起測量誤差。此外，交流電表中的整流二極管的壓降和非線性特性也會產生誤差。在

2、此試驗中，根據運算放大器“虛斷”與“虛短”的特點，使用運算放大器及相應電路組成一個具有基本功能的萬用表，在很大程度上降低了上述誤差，提高測量精度。此外更能得到實現自動調整線性刻度的歐姆表。在實驗中采用毫安表與運算放大器組成萬用表，其基本原理是將交流量測量轉化為直流量測量，將電壓測量轉化為電流測量，通過測量電流來實現萬用表的測量功能，故此實驗中最重要的是各轉換電路，只需分析清楚各轉化電路的作用及其工作原理就不難把握整個實驗。（1） 直流電壓表圖1為直流電壓表的原理圖。圖1 圖1仿真圖表頭電流I與被測電壓Ui的關系為: 應當指出：圖1適用于測量電路與運算放大器共地的有關電路。此外，當被測電壓較高時

3、，在運放的輸入端應設置衰減器。（2） 直流電流表圖2 圖2仿真圖表頭電流I與被測電流I1間關系為: I1R1（I1I）R2 可見，改變電阻比（R1R2），可調節流過電流表的電流，以提高靈敏度。如果被測電流較大時，應給電流表表頭并聯分流電阻。（3） 交流電壓表仿真圖如圖3圖3表頭電流I與被測電流I1間關系為: I1R1（I1I）R2 可見，改變電阻比（R1R2），可調節流過電流表的電流，以提高靈敏度。如果被測電流較大時，應給電流表表頭并聯分流電阻。（4） 交流電流表仿真圖如圖4圖4圖4為浮地交流電流表，表頭讀數由被測交流電流i的全波整流平均值I1AV決定，即如果被測電流I1為正弦電流，即II1s

4、int，則上式可寫為則表頭可按有效值來刻度。（5） 歐姆表仿真圖如圖5圖5在此電路中，運算放大器改用單電源供電，被測電阻RX跨接在運算放大器的反饋回路中，同相端加基準電壓UREF。 UPUNUREFI1IX 即 流經表頭的電流由上兩式消去(UOUREF) 可得 可見，電流I與被測電阻成正比，而且表頭具有線性刻度，改變R1值，可改變歐姆表的量程。這種歐姆表能自動調零，當RX0時，電路變成電壓跟隨器，UOUREF，故表頭電流為零，從而實現了自動調零。二極管D起保護電表的作用，如果沒有D，當RX超量程時，特別是當RX，運算放大器的輸出電壓將接近電源電壓，使表頭過載。有了D 就可使輸出鉗位，防止表頭過

5、載。調整R2，可實現滿量程調節。三、 實驗內容與結果（1） 直流電流的仿真結果及其仿真圖測量電壓絕對誤差相對誤差輸入電流4mA3.9991mA0.0009mA0.018%6mA5.9991mA0.0009mA0.011%8mA7.9991mA0.0009mA0.009%電阻R130V/60mA=0.5KR22.5K電表選用量程0 60 mA（2） 交流電流的仿真結果及其仿真圖測量電壓絕對誤差相對誤差輸入電流44.264mA0.264mA5.975%66.345mA0.345mA5.879%88.475mA0.475mA5.935%電阻R130V/60mA=0.5KR22.5K電表選用量程0 6

6、0 mA（3） 直流電壓的仿真結果及其仿真圖測量電壓絕對誤差相對誤差輸入電壓6V6.0075V0.0075V0.051%8V8.0015V0.0015V0.019%10V10.003V0.003V0.03%電阻R130V/60mA=0.5K電表選用量程0 60 mA（4） 交流電壓的仿真結果及其仿真圖測量電壓絕對誤差相對誤差輸入電壓65.040V0.599V9.98%87.2015V0.7985V9.98%109.0020V0.9980V9.98%電阻R130V/60mA=0.5K電表選用量程0 60 mA（5） 歐姆表仿真結果及仿真圖測量電壓絕對誤差相對誤差輸入電阻600601.41.40.

7、26%9K9.005K0.005K0.055%80K80.35K0.35K0.44%電阻R11KR22.9K電表選用量程0 1mA（忽略了Rm的影響）四、 注意事項1、 運算放大器的檢測用數字式萬用表直流電壓檔，測量運算放大器輸出端與負電源之間的電壓值（在靜態時電壓值較高）。用手持金屬鑷子依次點觸運算放大器的兩個輸入端（加入干擾信號），若萬用表表針有較大幅度的擺動，則說明該運算放大器完好；若萬用表表針不動，則說明運算放大器已經損壞。2、 測量電流時應注意消除電源產生的干擾連接電源時，正負電源連接點上各接大容量的濾波電容器和小電容器，以消除電源產生的干擾。3、萬用表的使用技巧（1） 測量前毫安表要水平放置，看指針是否為零，如不在零位，則要機械調零。（2） 毫安表按照規定位置放置，遠離外磁場。（3） 正確讀數，減少視覺誤差。（4） 測量電阻時，每換一次檔都要重新調零。五、 心得體會這是我第一次嘗試設計電路并把它仿真出來。不得不說這次實驗對我來說有一定難度，我在上面花費了很多時間。從構思到仿真再到寫報告，每一環節我都會遇到很多新問題，需要學習很多新技能，但最重要的，我收獲了很多新知識。我不僅對模電的理論知識有了更深一步的理解，還學會了Multism仿真軟件的使用。這個仿真軟件非常好用，能幫助我們理解一些理論知識并驗證一些結論。同時，這次實踐動手更加讓我明白了，如果知識