电路基础课程设计

电路基础课程设计,武汉职院电信系 程海森 李旭,课程设计目的,了解并熟悉万用电表的基本原理及一般设计方法； 掌握电子电路的焊接装配工艺及调试方法； 学会正确使用万用电表。,一、课题名称,MF50D型万用电表,二、主要技术指标,三、整机结构,万用表是电工及电气工作者经常使用的多用途便携式仪表。可用来测量直流电流、直流电压、交流电压、电阻、电容、电感、音频电平、晶体管放大倍数等参数。万用表主要由：表头、转换开关、测量电路、表壳、表笔及电池等构成。,本次实习重点介绍 表头部分、直流电流档、直流电压档、交流电压档、电阻档,表头灵敏度是指满标度（满量程）时所通过的电流，电流越小、灵敏度越高，测量方法见图2所示。图中A1为待测表头，A2为标准表，标准表的精度不低于1.5级。,表头电路万用表表头为磁电式电流表。其结构见图1所示。根据设计MF50型万用表表头灵敏度电流为83.3uA，表头回路压降为0.75VMF50D型万用表表头灵敏度电流为64uA，表头回路压降为0.15V,三、整机结构,转换开关转换开关是用来选择测量项目及量限的，主要有一只分线式转换开关或二只分线式转换开关。MF-50D型万用表转换开关如图3所示。 选用转换开关要求：触点接触紧密、“刀”为正确，旋动时轻松且具弹力，定位时能听到“嗒”声，旋转时不会停在二档之间。,三、整机结构,1、直流电流档电路一只表头只能测量小于其灵敏度的电流，为了扩大被测电流的量限，应使用分流电阻。考虑到兼顾直流电压档和电阻档的灵敏度，设计方法如下：首先根据极限灵敏度电流计算出分流总电阻 RS= ImRm/ IIm计算直流电流的电压降 Im（Rm+Rs）计算各量限的分流电阻 Rn=直流电流电压降/In,四、单元电路设计,I Rs = Im(Rm+Rs) (I1-Im)Rs1 = Im(Rm+Rs-Rs1)I1Rs1 = Im(Rm+Rs) = CIm：灵敏度电流Rm：表头内阻Rs：分流电阻I ：欲扩量程,1、直流电流档电路计算举例(MF-50型) RS= RAB =ImRm/ IIm =83.3uA1503.6 /100uA - 83.3uA =7500 直流电流的电压降=Im（Rm+Rs）= 83.3uA （1503. 6 + 7500 ）=0. 75V,四、单元电路设计,各档计算如下：R1（2.5A）= 0.75V/2.5A =0.3 R2（250mA）= 0.75V/250mA-（0.3） =2.7 R3（25mA）= 0.75V/25mA-（0.3+ 2.7） =27 R4（2.5mA）= 0.75V/2.5mA-（0.3+ 2.7+ 27） =270 RS（100uA）= 0.75V/0.1mA-（0.3+ 2.7+ 27+270）= 7200,2、直流电压档电路（MF-50D型）一只灵敏度为I，内阻为R的电流表，本身就是一只量程为U的电压表。通过串接电阻可以扩大量程。直流电压灵敏度：电压表测量每伏直流电压需要的内阻。（电流表灵敏度的倒数）直流电压灵敏度越高，测量直流电压分去的电流（接入点电流）越少，测量结果越准确。,四、单元电路设计,直流电压各档设计方法如下： 首先决定接入点 计算直流电压灵敏度=1/I极限 计算各档串联电阻,图中： （R8+R9）/（1.83+R10+R8+R9）100=82uA,2、直流电压档电路计算举例（MF-50D型） 1、若接入点为100uA处 2、直流电压灵敏度=1/I极限=1/100uA=10K/V 3、各档串联电阻 表头与第一支路并联电阻 RS =8.3K/2.344K=1.83K 电压档表头等效电阻 RS =（R8+R9）/（R10+1.83）= 16.87K /2.73K=3K,四、单元电路设计,R1（2.5V）= 2.5V 10K /V - 3K =22KR2（10V）= 10V 10K /V - （22+3）=75KR3（50V）= 50V 10K /V - （22+3+75） =400KR4（250V）= 250V 10K /V - （22+3+75+400）=2M,为了兼顾交流电压测量电路，直流1000V测量电路与交流电压档共用，因此忽略表头等效电阻时， R5（1000V）：接入点电流为 I=1（）000V/4M=250uA （4M电阻为交流电压档分压电阻） 根据直流电流测量原理： R5=0.75V/250uA-（0.3+ 2.7+ 27+270）= 2.7K 电阻档电池最高电压为12V(9V、1.5V串联) 故电流最大值为I=12V/100K(10K档中心值)=120uA R6=0.75V/120uA-（0.3+ 2.7+ 27+270+2.7）= 3.3K 电阻档电池最低电压为9V(9V、1.5V串联) 故电流最大值为I=9V/100K(10K档中心值)=90uA R7=0.75V/90uA-（0.3+ 2.7+ 27+270+2.7+3.3）= 2K,3、交流电压档电路万用表交流电压档多采用半波串联式整 流电路，正半周电流通过表头，负半周电 流不通过表头。整流后的电流是平均值，而电表的尺度 是有效值，因此计算交流电路时应考虑电 路的工作效率。K0=P KP： 整流系数，全波为1，半波为0.5：整流效率，一般为96%98%K：正弦交流电平均值与有效值之比为0.9对于半波整流电路：K0=P K= 0.5 98% 0.9= 0.45,四、单元电路设计,交流电压各档设计方法如下： 计算整流电路效率 计算交流电压灵敏度=直流电压灵敏度 K0 计算各档串联电阻,3、交流电压档电路计算举例（MF-50D型）交流电压灵敏度=10K/V0.45=4K/V 交流电流灵敏度=1/ 4K =250uA K0= 0.5 98% 0.9= 0.45 整流后的直流电流= 250uA 0.45 =112.5uA接入点电流为112.5uA时的分流电阻： 由82uA（R9+R10+ 1.83K ）=30.5uAR8 即82uA（ 1.87K + 1.9K + 1.83K ） = 30.5uAR8得R8=15K 表头等效电阻： RAC= R8/（R9+R10+ 1.83K ）= 4.08K 二极管正向电阻取2.1K,四、单元电路设计,R1（10V） =10V4K/V - RAC- RD =40K- 4.08K- 2.1K = 33.8K R2（50V） =50V4K/V - 40K =160K R3（250V） =250V4K/V - 40K -160K =800K R4（1000V） =1000V4K/V - 40K -160K-800K=3000K=3M,四、单元电路设计,4、直流电阻档电路在电压不变的情况下，若回路电阻增加一倍，则电流减为一半。根据此原理 可制作欧姆表。,四、单元电路设计,若将欧姆表输入端短路，调节限流电阻使表针满标度，则满标电流为：I=E/RZ RZ=r+Rd+RmRS/（ Rm+RS ） 若去掉短路线，在输入断接上被测电阻RX，则电流下降为I，此时，I=E/（RZ+RX） 当RX=0时，I=I（短路调零）RX= RZ时，I=（1/2）I （中心位置）RX= 2RZ时，I=（1/3）IRX= 时，I=0 （开路状态）,四、单元电路设计,故：1、欧姆表为不等分的倒标度。2、 当被测电阻等于欧姆表综合内阻时（ RX= RZ ），指针指在表盘的中心位置，此时，RZ的数值称为中心阻值。欧姆表某档的中心阻值就是它的综合内阻值。MF-50D型万用表的表盘中心标度为10 ，即是R1档的中心阻值， 其余各档的中心阻值=表盘中心标度值该档的倍率R1K档：综合电阻（中心阻值）为10000 ，中心标度值为10 、倍率为R 1KR100档：综合电阻（中心阻值）为1000 ，中心标度值为10 、倍率为R 100R10档：综合电阻（中心阻值）为100 ，中心标度值为10 、倍率为R 10R1档：综合电阻（中心阻值）为10，中心标度值为10 、倍率为R 1欧姆表的表盘中心标度值是一个重要的参数，其大小不仅与电流表的灵 敏度有关，还与所用电池有关，计算时以1.4V为标准，一节电池内阻平均 以0.6欧计算。,四、单元电路设计,直流电阻档电路计算举例（MF-50D型） 1、串联电阻R23设电位器R7的中心抽头位置，左边 取1.5K ，右边取0.5K ，表头等效 电阻为： （6.3K+ 1.5K）/（ 0.5K+ 2.344K/ 18.75K ）= 1.95K由直流电流测量原理得接入点电流为： 0.75V/（ 6.3K+ 1.5K ）=96uA设电源电压为1.4V，则有 （R23+ 1.95K ）96uA= 1.4V解之得R23= 12.6K 2、其它档的计算,四、单元电路设计,R 1档 （ 12.5K+ 1.95K ）/R18-r =10 R18=9 R 10档 （ 12.5K+ 1.95K ）/R19=100 R19=100 R 100档 （ 12.5K+ 1.95K ）/R20=1K R20=1.07KR 1K档 （ 12.5K+ 1.95K ）/R21=10K R21=32.5K R 10K档 （ 12.5K+ 1.95K ）/R22=100K R22=88.5K,5、晶体管hFE测试电路1、取并联电阻R17=51 ，测量电路、等 效电路见图所示，最终等效为一只电流3.7mA，内阻为51 的电流表头。2、根据近似理论计算以及晶体管特性，实 际测试取：R25= 43.2K R27= 20.5K 3、测量电路见图,四、单元电路设计,五、整机电路,六、装配图,七、实习报告,一、课题名称 二、技术指标 三、整机设计方框图 四、单元电路设计 1、画出直流电流、电压、电阻档、交流电压档分解图 2、计算直流电流、电压档电阻取值（要有计算过程） 五、整机电路原理图 六、心得体会（设计、安装、调试）,2. 电阻功率标称值,1/16W（0.0625W）； 1