用运算放大器组成万用表的设计 实验仿真 - 图文

用运算放大器组成万用表的设计

一、 实验目的

综合利用所学知识，根据设计要求设计由运算放大器、二极管整流电流及电流表组成万用表电路图，搭出实际电路并组装调试，提高实验综合能力与实际动手能力。

熟悉万用表各种常见功能的测试电路原理与方法。 进一步体会运算放大器的应用，了解其优势。

二、 万用表工作原理

万用表基本功能包括测量直流电压与电流，交流电压与电流，以及电阻测量。用电表测量电路参数时电表的接入应不影响被测电路的原工作状态，这就要求电压表内阻无限大，电流表内阻为零。但实际上，万用表表头的可动线圈不可避免的有一定电阻，这将引起测量误差。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。在此试验中，根据运算放大器“虚断”与“虚短”的特点，使用运算放大器及相应电路组成一个具有基本功能的万用表，在很大程度上降低了上述误差，提高测量精度。此外更能得到实现自动调整线性刻度的欧姆表。

在实验中采用毫安表与运算放大器组成万用表，其基本原理是将交流量测量转化为直流量测量，将电压测量转化为电流测量，通过测量电流来实现万用表的测量功能，故此实验中最重要的是各转换电路，只需分析清楚各转化电路的作用及其工作原理就不难把握整个实验。

（1） 直流电压表 图1为直流电压表的原理图。

图1 图1仿真图

I?表头电流I与被测电压Ui的关系为:

UiR1

应当指出：图1适用于测量电路与运算放大器共地的有关电路。此外，当被测电压较高时，在运放的输入端应设置衰减器。

（2） 直流电流表

图2

图2仿真图

表头电流I与被测电流I1间关系为: －I1R1＝（I1－I）R2

?I?(1?R1)I1R2

可见，改变电阻比（R1／R2），可调节流过电流表的电流，以提高灵敏度。如果被测电流较大时，应给电流表表头并联分流电阻。

（3） 交流电压表 仿真图如图3

图3

表头电流I与被测电流I1间关系为: －I1R1＝（I1－I）R2

?I?(1?R1)I1R2

可见，改变电阻比（R1／R2），可调节流过电流表的电流，以提高灵敏度。如果被测电流较大时，应给电流表表头并联分流电阻。

（4） 交流电流表 仿真图如图4

图4

图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I?(1?R1)I1AV R2如果被测电流I1为正弦电流，即I＝2I1sinωt，则上式可写为

I?0.9(1?R1)I1 R2则表头可按有效值来刻度。

（5） 欧姆表 仿真图如图5

图5

在此电路中，运算放大器改用单电源供电，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＝IX