设计性实验报告

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1、设计性实验报告THQWY-1型万用表的设计与组装实验仪为了让学生了解数字式万用电表的工作原理，及模拟信号转换成数字信号的基本方法，我们设计出数字式万用电表设计与组装实验仪，该实验仪不仅具有实验内容丰富,且内容由浅入深，适合各高等院校物理、电子等专业学生使用。一、实验目的1.掌握数字万用表的工作原理、组成和特性。2.掌握数字万用表的校准和使用。3.掌握多量程数字万用表分压、分流电路计算和连接;学会设计制作、使用多量程数字万用表。二、实验设备万用表设计与组装实验仪、标准数字万用表。万用表的设计与组装实验仪这一

2、部分主要由分压电阻、分流电阻、分档电阻电路、AC/DC转换电路、二极管与通断测试电路、待测交流电压电流、待测直流电压电流、三极管测量、数字显示表头等部分组成。数显表头：数显表头是数字式万用表的重要部件，便携式万用表一般采用液晶显示式数显表头，本实验仪采用数码管显示数显表头，这两种数显表头的电路工作原理基本相同，只是所用电源、显示及其驱动方式不同。数显表头内部有一个参考电压VREF,通常也称作基准电压，当表头的输入端接入值为VIN的被测电压时，表头的显示数N由下式决定：N?1000VINREF。VREF通常

3、可取为或，本实验仪去后者。这样，如果VIN?,则N?1234o如果将右起第二位数码管的小数点点亮，则显示数就与所测电压值一致。不同的测量档位，应点亮的小数点位置也应随之而变。标准数字万用表用于校准设计组装的万用表。三、实验原理1.直流电压测量电路在数字电压表头前面加一级分压电路，可以扩展直流电压测量的量程。数字万用表的直流电压档分压电路如图一所示，它能在不降低输入阻抗的情况下，达到准确的分压效果。例如：其中200V档的分压比为：R1?R2R1?R2?R3?R4?R5?10K10M9图一实用分压器电路实际设

4、计时是根据各档的分压比和总电阻来确定各分压电阻的，如先确定R总?R1?R2?R3?R4?R5?1OM再计算200V档的电阻：R1?R2?总?10K,依次可计算岀R3、R4、R5等各档的分压电阻值。换量程时，多刀量程转换开关可以根据档位调整小数点的位置，使用者可方便地直读出测量结果。尽管上述最高量程档的理论量程是2000V,但通常的数字万用表出于耐压和安全考虑，规定最高电压量限为1000V或750Vo1.直流电流的测量测量电流是根据欧姆定律，用合适的取样电阻把待测电流转换为相应的电压，再进行测量。如图二图二

5、电流测量原理取样电阻R上的电压降为Ui?Ii?R,即被测电流Ii?Ui/Ro若数字表头的电压量程为U0,欲使电流档量程为10,则该档的取样电阻为R?U010如U0=200mV,则10=200mA档的分流电阻为R?l?。实用数字万用表的直流电流档电路，如图三所示。图三实用分流器电路图三中各档分流电阻是按下述方法计算得:先计算最大电流档的分流电阻R1R1?UIml9■9■再计算200mA档的R2：R2?U0Im2?R1?99••依次可以计算出R3、R4和R5,请同学们自己练习。图中的FUSE是2A的保险丝，电

6、流很大时会快速熔断,起过流保护作用。两只反向连接且与分流电阻并联的二极管为硅整流二极管，正常测量时，输入电压小于硅整流二极管的正向导通压降，二极管截止，对测量毫无影响。一旦输入电压大于，二极管立即导通，双向限幅，电压钳位在土之间，起过压保护作用。保护仪表不被损坏。当用2A档测量时，应尽量使测量时间小于20秒，以避免大电流引起的较高温升影响测量精度甚至损坏电表。1.交流电压、电流的测量电路数字万用表中交流电压、电流测量电路是在分压器或分流器之后串入了一级交流-直流变换器，图四为其原理简图。图四AC/DC变换

7、器该AC/DC变换器主要由集成运算放大器、整流二极管、RC滤波电容等组成，还包括一个能调整输出电压高低的电位器一AC/DC校准电位器，用于对交流电压档进行校准，调整该电位器可使数字电压表头的显示值等于被测交流电压的有效值。同直流电压档类似，出于对耐压、安全方面的考虑，交流电压最高档的量限通常限定为700Vo4.电阻测量电路数字万用表中的电阻档采用的是比例测量方法，其原理电路见图五：图五电阻测量原理由稳压管DZ提供测量基准电压，流过标准电阻R0和被测电阻RX的电流基本相等。所以数字表头的参考电压UREF和输

8、入电压UIN有如下关系：UUREFIN9RORx即Rx?UINUREFRO根据所用数字表头的特性可知，数字表显示的是UIN与URFE的比值，当UIN=URFE时显示“1000”,UIN?时显示“500”，以此类推。所以，当RX?RO时，表头将显示“1000”，当RX?时显示“500”，这称为比例读数特性。因此,我们只要选取不同的标准电阻并适当地对小数点进行定位,就能得到不同的电阻测量档。电阻测量电路如图六所示图六电阻测量电路如