綜合實訓用運算放大器組成萬用電表的設(shè)計與調(diào)試

1、綜合實訓 用運算放大器組成萬用電表的設(shè)計與調(diào)試、實訓目的1、設(shè)計由運算放大器組成的萬用電表2、組裝與調(diào)試、設(shè)計要求1.直流電壓表滿量程 +6V2.直流電流表滿量程 10mA3.交流電壓表滿量程6V, 50Hz1KHz4.交流電流表滿量程 10mA5.歐姆表滿量程分別為1KQ , 10KQ , 100KQ三、萬用電表工作原理及參考電路在測量中， 電表的接入應不影響被測電路的原工作狀態(tài)， 這就要求電壓表應 具有無窮大的輸入電阻，電流表的內(nèi)阻應為零。但實際上，萬用電表表頭的可動 線圈總有一定的電阻，例如100卩A的表頭，其內(nèi)阻約為1KQ,用它進行測量時將 影響被測量， 引起誤差。 此外， 交流電表中

2、的整流二極管的壓降和非線性特性也 會產(chǎn)生誤差。 如果在萬用電表中使用運算放大器， 就能大大降低這些誤差， 提高 測量精度。 在歐姆表中采用運算放大器， 不僅能得到線性刻度， 還能實現(xiàn)自動調(diào) 零。1 、直流電壓表圖 1.1 為同相端輸入，高精度直流電壓表電原理圖。為了減小表頭參數(shù)對測量精度的影響，將表頭置于運算放大器的反饋回路 中，這時，流經(jīng)表頭的電流與表頭的參數(shù)無關(guān)，只要改變R1 一個電阻，就可進行量程的切換。圖1.1 直流電壓表表頭電流I與被測電壓U的關(guān)系為IL1二 A應當指出：圖1.1適用于測量電路與運算放大器共地的有關(guān)電路。此外，當被測電壓較高時，在運放的輸入端應設(shè)置衰減器。2、直流電流

3、表圖1.2是浮地直流電流表的電原理圖。在電流測量中，浮地電流的測量是普 遍存在的，例如：若被測電流無接地點，就屬于這種情況。為此，應把運算放大 器的電源也對地浮動，按此種方式構(gòu)成的電流表就可象常規(guī)電流表那樣，串聯(lián)在任何電流通路中測量電流。圖1.2 直流電流表表頭電流I與被測電流I 1間關(guān)系為1限=（丨1 I ） R2可見，改變電阻比（R/R）,可調(diào)節(jié)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(lián)分流電阻。3、交流電壓表由運算放大器、二極管整流橋和直流毫安表組成的交流電壓表如圖1.3所示。被測交流電壓Ui加到運算放大器的同相端，故有很高的輸入阻抗，又因為 負反饋能減小反

4、饋回路中的非線性影響，故把二極管橋路和表頭置于運算放大器 的反饋回路中，以減小二極管本身非線性的影響。表頭電流I與被測電壓Ui的關(guān)系為電流I全部流過橋路，其值僅與 U / Ri有關(guān)，與橋路和表頭參數(shù)（如二極 管的死區(qū)等非線性參數(shù)）無關(guān)。表頭中電流與被測電壓 Ui的全波整流平均值成 正比，若Ui為正弦波，則表頭可按有效值來刻度。被測電壓的上限頻率決定于 運算放大器的頻帶和上升速率。4、交流電流表圖1.4為浮地交流電流表，表頭讀數(shù)由被測交流電流 i的全波整流平均值1"+拿）SI 1AV決定，即-2如果被測電流i為正弦電流，即i 1= I isin 31，則上式可寫為則表頭可按有效值來刻度

5、。5、歐姆表圖1 5為多量程的歐姆表* 12V1 UmIlFa太1財了 28工圖1.5 歐姆表在此電路中，運算放大器改由單電源供電，被測電阻FX跨接在運算放大器的反饋回路中，同相端加基準電壓 UEFoUp= UN= URefI 1= lxUbif _ % _ 口血亍R工叮二丄（U廠咕）即流經(jīng)表頭的電流譏Rp+Rm由上兩式消去（Uo LRef）卜u勰可得"卜：廠可見，電流I與被測電阻成正比，而且表頭具有線性刻度，改變 R值，可 改變歐姆表的量程。這種歐姆表能自動調(diào)零，當 R= 0時，電路變成電壓跟隨 器，U= 4ef,故表頭電流為零，從而實現(xiàn)了自動調(diào)零。二極管D起保護電表的作用，如果沒

6、有D,當Rx超量程時，特別是當R-X, 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， 防止表頭過載。調(diào)整 可實現(xiàn)滿量程調(diào)節(jié)。四、電路設(shè)計1、 萬用電表的電路是多種多樣的，建議用參考電路設(shè)計一只較完整的萬用 電表。2、萬用電表作電壓、電流或歐姆測量時，和進行量程切換時應用開關(guān)切換， 但實訓時可用引接線切換。五、實訓元器件選擇1. 表頭靈敏度為1mA內(nèi)阻為100Q2. 運算放大器卩A7413. 電阻器4. 二極管IN4007X 4、IN4148均采用i的金屬膜電阻器5.穩(wěn)壓管IN4728六、注意事項1、在連接電源時，正、負電源連接點上各接大容量的濾波電容器和0.01卩f0.1卩f的小電容器，以消除通過電源產(chǎn)生的干擾。2、萬用電表的電性能測試要用標準電壓、電流表校正，歐姆表用標準電阻4-校正?？紤]實訓要