模拟电子技术综合实训：用运算放大器组成万用电表的设计与调试.docx

模拟电子技术综合实训：用运算放大器组成万用电表的设计与调试 本资源旨在介绍用运算放大器组成万用电表的设计与调试，涵盖了万用电表的工作原理、直流电压表、直流电流表、交流电压表、交流电流表和欧姆表的设计电路以及实验要求。 一、万用电表工作原理 万用电表是测量电路的基本工具，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。 二、直流电压表 图 22－1 为同相端输入，高精度直流电压表电原理图。在电压测量中，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。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。 三、直流电流表 图 22－2 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。 四、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 22－3 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。 五、交流电流表 图 22－4 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1AV21 )IRR(1I￿￿如果被测电流 i 为正弦电流，即 i1＝ 2 I1sinωt，则上式可写为 121 )IRR0.9(1I￿￿则表头可按有效值来刻度。 六、欧姆表 图 22－5 为多量程的欧姆表。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＝IXXREF01REFRUURU￿￿即 )U(UURRREFOREF1X￿￿ 流经表头的电流m2REFORRUUI￿￿￿ 由上两式消去(UO－UREF) 可得 )R(RRRUI2m1XREF￿￿ 可见，电流 I 与被测电阻成正比，而且表头具有线性刻度，改变 R1 值，可改变欧姆表的量程。 七、实验要求 在实验中，需要设计由运算放大器组成的万用电表，包括直流电压表、直流电流表、交流电压表、交流电流表和欧姆表的设计电路。同时，需要组装与调试万用电表，满足实验要求。 八、设计要点 在设计万用电表时，需要注意以下几点： * 选择合适的运算放大器和电阻，确保万用电表的测量精度和稳定性。 * 根据实验要求，选择合适的量程和精度。 * 在设计电路时，需要考虑到万用电表的工作原理和特点，选择合适的电路结构和组件。 * 在组装与调试万用电表时，需要注意到电路的可靠性和稳定性，确保万用电表的正常工作。