基于集成运算放大器的万用表设计

1、课程设计任务书学生姓名：专业课：指导教师：工作单位：信息工程学院基于集成运算放大器的万用表设计初始条件：可选组件：LM353 OP07等，标头可以选择动态圆圈标头(例如内部电阻约为1k的100A的标头)，也可以选择3 1/2数字标头。自制直流电源；电阻、电位器、电容等自身元件。可用的仪表：示波器、信号源、毫伏表、多用表需要完成的主要任务：(1)设计工作根据已知条件，基于集成运算放大器万用表完成设计、组装和调试。(2)设计要求直流电压表全范围6V直流电流表全范围10mA交流电压表全范围6V，50Hz至1KHz交流电流表全范围10mA欧姆表的整个范围分别是1k，10k，100K选择电路程序，完成程

2、序电路设计。计算回路元件参数和元件选择，然后绘制整个回路原理图，以说明基本原理。(可选：使用PSPICE或EWB软件完成模拟)以安装调试和指定的格式填写课程设计报告。计划：1，2012年11月14日分班集中，课程设计课题，选题；描述设置特定实施计划和课程设计报告格式要求的过程。讲授问答问题。2、2012年11月14日至2013年1月20日完成数据的查看、设计、制作和调试；完成课程设计报告的创建。3，2013年1月25日提交课程设计报告，进行课程设计接受和答复。教师签名指南：年月日部门主管(或负责任的教师)签署：年月日目录摘要41简介52.1设计目的和主要任务52.1.1设计的目的52.1.2设

3、计任务和关键技术指标52.2设计理念63设计原则63.1运算放大器工作原理63.2万用表工作原理和参考电路73.2.1直流电压表73.2.2直流电流表83.2.3交流电压表83.2.4交流电流表93.2.5欧姆表104一般电路设计115硬件调试116经验137参考文献14摘要信息本文利用运算放大器电路的结构和原理，查阅了大量参考资料，说明了运算放大器电路结构和原理，同时利用运算放大器设计电路实现了多用表的电路设计。通过仿真和实际电路性能指标的测试、分析、比较，总结了直流电压、电流表、交流电压、电流表、电阻表的电路图，最后进行物理装配和调试。关键词：运算放大器；多米；小信号放大。1简介万用电表简

4、称万用表。它通常是以测量电流、电压、电阻为主要目标的多范围和多电量计，习惯上称为三用表。一般称为表，电磁电流表具有灵敏度高、精度高、刻度线性、受外部磁场和温度影响较小的优点，但还没有达到理想水平。在某些测量电路中，电压表需要很高的内部电阻，但电流表的内部电阻很低。可以将集成运算放大器与电磁电流表相结合，构成性能优良的电子测量仪。此外，通过多米装配，可以进一步熟悉多米的结构、工作原理和使用方法，了解电路理论的实际应用，掌握仪表的组装和调试过程，提高实际操作技术。2设计内容和要求2.1设计的目的和主要挑战2.1.1设计的目的了解万用表的基本工作原理和相关组件。掌握构成万用表设计方法的运算放大器。掌

5、握万用表的主要技术指标和调试方法。2.1.2设计任务和关键技术指标直流电压表全范围6V直流电流表全范围10mA交流电压表全范围6V，50Hz至1KHz交流电流表全范围10mA欧姆表的整个范围分别是1k，10k，100K选择电路程序，完成程序电路设计。计算回路元件参数和元件选择，然后绘制整个回路原理图，以说明基本原理。2.2设计理念主要用运算放大器配置各种简单的仪表电路，包括直流电压表电路、直流电流表电路、交流电压表电路、交流电流表电路、欧姆表电路等，然后通过仿真软件分别模拟每个单独的电路，然后用食物调试每个单独的电路，确认没有错误后绘制整个电路图，最后进行整个电路的焊接和调试。3设计原则3.1

6、运算放大器工作原理运算放大器中，如图3-1所示，只有标记了2个输入端和1的输入端和标记了1的输入端具有“逆相输入端”，如果从2个输入端依次输入相同的信号，则在输出点获得电压相同但极性相反的输出信号。输出端输出信号与同一侧人的侧信号相同，而与反向输入端信号相反。图3-1连接到运算放大器的电源可以是单电源或双电源，如图3-2所示。图3-2运算放大器有两个特性：输入端电压在“虚拟短”、“虚拟”处理中为零。输入端电流趋向于零，可以用“虚拟切断”处理。此设计包括两个运行时：uA741、LM324。单op放大器uA741 4 op放大器LM3243.2万用表工作原理和参考电路测量中不应影响电压表或电流表访

7、问被测试电路的原始工作状态。因此，电压表必须有无限的输入电阻，电流表的内部电阻必须为零。但是，实际上，万用表头的运行线圈总是有一定的电阻(例如100A的接头)，内部电阻约为1k，使用它测量时，会影响测量，从而产生误差。此外，交流表中整流二极管的压降和非线性特性也发生了故障。在万用表中使用运算放大器可以大大降低这些误差，提高测量精度。在欧姆表中使用运算放大器，不仅可以进行线性刻度，还可以进行自动零点调整。3.2.1直流电压表图1是同相输入的高精度直流电压表电气结构图。图1直流电压表标头电流I与测量的电压Ui的关系为：=6V6k=1mA3.2.2直流电流表图2是浮动直流电流表的电气结构图。在电流测

8、量中，浮子电流的测量很普遍。例如，如果电流未接地。为此，运算放大器的电源也要大幅度浮动。以这种方式制造的电流表和普通电流表一样，可以在所有电流通道上串行测量电流。标头电流I和测量的电流I1之间的关系为：-i1r1=(i1-I) R2=(1k 1k) * 10ma=20ma可以通过更改电阻比(R1/R2)和通过电流表调节电流来提高灵敏度。如果正在测量的电流很大，则必须给电流表头提供并联并联电阻。图2直流电流表3.2.3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。正在测量的交流电压Ui被添加到运算放大器的同相端，因此输入阻抗高，负反馈减少反馈电路的非线性影响，因此将

9、二极管桥和接头放置在运算放大器的反馈电路上，从而减少二极管本身的非线性效果。标头电流I与测量的电压Ui的关系为*0.9图3交流电压表电流I均通过网桥，其值仅与ui/R1相关，与网桥和接头参数(例如二极管的死区等非线性参数)无关。标头中的电流与正在测试的电压ui的传播整流平均值成正比，如果ui是正弦，则可以将标头标记为有效值。被测试电压的上限频率由运算放大器的频带和上升速度决定。3.2.4交流电流表图4交流电流表图4是由被测试的交流电流I的传播整流平均I1AV确定标头读取的浮动交流电流表如果是I=i1s info的正弦电流，则顶板可写为=0.9*2*10mA=18mA标头两端需要并行电阻分流。3

10、.2.5欧姆表图5欧姆表在该电路中，运算放大器改为单个电源，测试的电阻RX跳接至运算放大器的反馈回路，在同一侧添加基准电压Up。i1=IXUpR1=Uo-UpRx或Rx=R1Up(Uo-Up)通过接头的电流I=Uo-UpRm自下而上删除(uo-up)可能I=UpRxR1Rm目前，I与正在测量的电阻成比例，标头具有变更R1值的线性刻度，从而允许变更电阻器的范围。此欧姆表可以自动调节0，当rx=0时，电路将成为电压从动件，Uo=Up，因此表头电流为零，自动归零。二极管D(1N4148)在没有D的情况下，当RX超出范围时，特别是在RX中，运算放大器的输出电压接近电源电压，起到使报头过载的作用。如果有

11、d，则可以创建输出夹具以防止头部过载。调整R2以调整整个范围。4个总电路设计下图是设计的完整电路图。说明：通过1mA接头的，-杜邦线连接到电路图上相应的，-作为开关。表示要测量的源的正极，要测量的源的负极一般接地。在图中，左上是直流电压表，左下是直流电流表，右上是交流电压电流表，右下是欧姆表。5硬件调试由于电阻，接头不准确，所以从电路图焊接改为滑动电阻装置，无论电阻如何，都可以轻松调整。在电流表电路的标头两端，滑动压敏电阻分流(如整个电路图所示)并行。每个表基本上测量了电压表在6V内的电压，电流表测量了10毫安的电流，测试了电阻表切换1k、10k、100k三个齿轮。以下是测试数据：测试数据表直

12、流电压(v)直流电流(mA)交流电压(v)交流电流(mA)电阻()输入值63110536311053550500显示值(mA)1.000.490.161.000.490.291.000.480.161.000.480.280.490.500.50测量值6.002.940.9610.004.902.906.002.880.9610.004.802.804.9050.00500.006经验不管怎样，moking Jay的设计终于在这里结束了，这段时间有很多感慨，收获也很多。我记得第一次选择主题时的狂欢，面对失败的困惑，第一次尝到胜利果时的自信，再次回来承认整个过程的起伏。就“基于集成运算放大器的万

13、用表设计”这个话题，据我所知，我们电子系只选择我和其他同学，所以咨询讨论的人不多。第二，该主题的选择在网络上的资料相当少，还发现了参考资料集，从一开始设计就有很多困难。然后首次进行了这种设计能力和实践能力都很高的课程设计，没有很多过程的经验，也造成了很多失败。例如，过分依赖模拟软件，忽略理论和实际之间的差异，调整每个电路的模拟，然后埋头于总电路设计，接着焊接、焊接工艺也不注意块调试，在一个大脑的焊接完成后，发现一个表不能工作，重新检查电路图，检查焊接电路，最后，设计的总电路设计过于复杂，没有发现问题，所以很混乱。幸运的是，硬件在死守的同时得到了老师的指示和鼓励，从头开始了。从一开始，我在部件选择中用LM324替换了uA741，将接头分离为开关，从而大大简化了总电路图。焊接领域也注意到块调试。最终实现了万用表的基本功能。通过这次教学设计，我知道了理论和实际的差异，也认识到了运用莫田论知识的能力，发现了自己知识的不足，积累了教学设计的经验。最后，我衷心感谢地图教授在设计过程中的咨询。7参考资料