数字万用表毕业论文.doc
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1、编号:山西信息职业技术学院毕业论文(设计)题目:数 字 万 用 表姓名: 论文指导教师 信息工程系 学生所在系部 信息工程系 专业名称 应用电子技术 论文提交日期 年 月 日 论文答辩日期 年 月 日 2010年3月15日摘要数字万用表,在国家标准中称作复用表,是由数字电压表配上相应的功能转换电路构成的。它可以对交、直流电流,交、直流电压,电阻,电容以及频率等多种参数进行直接测量。也可用于粗略判断晶体三极管、集成电路等元件的性能好坏。在测量中,要求万用表的接入不影响被测电路原来的工作状态,故要求电压表应具有无穷大的输入电阻、电流表的内阻应为零。为提高测量精度,选用运算放大器来制作数字万用表。这
2、是从运算放大器电路的结构、原理出发,在阐述运算放大器电路结构和原理的基础上,采用运算放大器设计电路实现万用表的电路设计。关键字:数字万用表 运算放大器 A/D转换AbstractDigital multimeter, in national standard called reuse table, is by the digital voltmeter match on the corresponding function transform circuit form. It can be to ac, dc current, ac, dc voltage, resistance and ca
3、pacitance and frequency and so on many kinds of parameters measured directly. Can also be used to judge a transistor, integrated circuit elements such as performance is good. In the measure for the access does not affect the multimeter circuit under test of the original work of the state, the requir
4、ements should have an infinite voltmeter input resistance, resistance of the ammeter should be zero. To improve the measurement precision, choose operational amplifier to make digital multimeter. This is from operational amplifier circuit structure, principle, the paper operational amplifier circuit
5、 structure and principle, and on the basis of the operational amplifier circuit design realize the multimeter circuit design. Key word: digital multimeter operational amplifiers A/D conversion目录前言 4第1章 制作的目的及要求51.1 目的51.2 要求5第2章 数字万用表的组成52.1数字万用表的面板52.2 数字万用表的结构62.2.1表头62.2.3测量电路62.3 相关概念及原理62.3.1 色
6、环电阻62.3.2 运算放大器的工作原理72.3.4运算放大器调零电路原理72.3.5A/D转换82.3.6双积分型A/D转换器9第3章 数字万用表的原理93.1欧姆表的原理与电路图103.2交流电流的电路图(A=0,B=0)113.3交流电压的电路图(A=0,B=1)123.4直流电流的电路图(A=1,B=0)13第4章 数字万用表的安装与调试144.1电路板元器件的安装与焊接144.2液晶显示器件的安装144.3开关及印制板的安装154.4 数字万用表的调试154.4.1零点校准154.4.2直流电压档的调试154.4.3交流电压档的调试164.4.4电阻档的调试164.4.5直流电流档的
7、调试164.4.6交流电流档的调试164.4.7三极管hFE档的调试16第5章 数字万用表的使用165.1电压的测量165.2电流的测量175.3电阻的测量175.4电容容量的测量185.5三极管值的测量185.6电路导通状态的测量18 总结19致 谢20参考文献20前言数字万用表是把连续的被测模拟量自动地变成断续的、用数字编码方式并以十进制数字自动显示测量的一种测量仪表,一般情况以测量电流、电压和电阻为主要目标,亦可测量电容、电感等。通过组装万用表,能够进一步熟悉万用表的结果、工作原理和使用方法,了解理论的实际应用,熟悉仪表的装配和调试方法。与指针式万用表相比较,数字万用表有如下优良特性:1
8、)高准确度和高分辨力三位半数字式电压表头的准确度为0.5,四位半的表头可达0.03,而指针式万用表中使用的磁电系表头的准确度通常仅为2.5。分辨力即表头最低位上一个字所代表的被测量数值,它代表了仪表的灵敏度。通常三位半数字万用表的分辨力可达到电压0.1mV、电流0.1A、电阻0.1,远高于一般的指针式万用表。2)电压表具有高的输入阻抗电压表的输入阻抗越高,对被测电路影响越小,测量准确性也越高。三位半数字万用表电压档的输入阻抗一般为10M,四位半的则大于100M。而指针式万用表电压档输入阻抗的典型值是20100k/V。3)测量速率快数字表的速率指每秒钟能完成测量并显示的次数,它主要取决于A/D转
9、换的速率。三位半和四位半数字万用表的测量速率通常为每秒24次,高的可达每秒几十次。4)自动判别极性指针式万用表通常采用单向偏转的表头,被测量极性反向时指针会反打,极易损坏。而数字万用表能自动判别并显示被测量的极性,使用起来格外方便。5)全部测量实现数字式直读指针式万用表尽管刻画了多条刻度线,也不能对所有档进行直接读数,需要使用者进行换算、小数点定位,易出差错。特别是电阻档的刻度,既反向读数又是非线性刻度,还要考虑档的倍乘。而数字万用表则没有这些问题,换档时小数点自动显示,所有测量档都可以直接读数,不用换算、倍乘。6)自动调零由于采用了自动调零电路,数字万用表校准好以后使用时无需调校,比指针式万
10、用表方便许多。7)抗过载能力强数字万用表具备比较完善的保护电路,具有较强的抗过压过流的能力。第1章 制作的目的及要求1.1 目的(1)了解万用表的基本工作原理及其相关组成部分;(2)掌握用运算放大器组成万用表的设计方法;(3)掌握万用表的主要技术指标和调试方法,学会制作、和使用数字万用表。1.2 要求1)根据技术指标要求选择方案绘制原理电路图;2)根据电路图,会分析工作原理。第2章 数字万用表的组成数字万用表是在直流数字电压表的基础上扩展而成的。为了能测量交流电压、电流、电阻、电容、二极管正向压降、晶体管放大系数等电量,必须增加相应的转换器,将被测电量转换成直流电压信号,再由A/D转换器转换成
11、数字量,并以数字形式显示出来。它由功能转换器、A/D转换器、LCD显示器、电源和功能/量程转换开关等构成。常用的数字万用表显示数字位数有三位半、四位半和五位半之分。对应的数字显示最大值分别为1999,19999和199999,并由此构成不同型号的数字万用表。2.1数字万用表的面板1)液晶显示器:显示位数为四位,最大显示数为1999,若超过此数值,则显示1或-1。2)量程开关:用来转换测量种类和量程。3)电源开关:开关拨至ON时,表内电源接通,可以正常工作;OFF时则关闭电源。4)输入插座:黑表笔始终插在COM孔内。红表笔可以根据测量种类和测量范围分别插入V 、mA、10A插孔中。2.2 数字万
12、用表的结构数字万用表,测量电路或元件的电阻、电流、电压等的多量程仪表,一般包含安培表、电压表、欧姆表等功能,有时也称三用电表等。数字万用表主要由三部分组成:表头、测量电路和转换装置。2.2.1表头表头是一只直流微安表,它是万用表的核心,万用表的很多重要性能,如灵敏度等大都取决于表头的性能。表头的灵敏度是以满刻度时的测量电流来衡量的,此电流又称满偏电流,表头的满偏电流越小,灵敏度就越高。2.2.3测量电路测量电路的作用是把被测的电量转化为适合于表头要求的满偏电流以内。测量电路一般包括分流电路、分压电路和整流电路等。分流电路的作用是把被测量的大电流通过分流电阻变成表头所需的微小电流;分压电路是将被
13、测高电压通过分压电阻分压变换成表头所需的低压;整流电路将被测的交流通过二极管整流变成表头所需的直流。2.3 相关概念及原理2.3.1 色环电阻色环电阻,是在电阻封装上(即电阻表面)涂上一定颜色的色环,来代表这个电阻的阻值。表一为色环电阻的参数。表2-1 色环电阻信息读取的参数黑棕红橙黄绿蓝紫灰白0123456789倒数第二环,表示零的个数。最后一位,表示误差。口诀:棕一红二橙是三,四黄五绿六为蓝七紫八灰九对白,黑是零,金五银十表误差。例如:红,黄,棕,金表示240 5%。色环电阻分四环和五环,通常使用四环电阻。五环电阻为精密电阻,前三环为数值,最后一环还是误差色环,通常也是金和银两种颜色,金的
14、误差为5%,银的误差为10%,无色的误差为20%精密电阻通常用于军事,航天等方面。2.3.2 运算放大器的工作原理运算放大器具有两个输入端和一个输出端,如图2-1所示。如果先后分别从两个输入端输入相同的信号,则在输出端会得到电压相同但极性相反的输出信号。其中,输出端输出的信号与同相端输入的信号相同,与反相输入端的信号相反。图2-2集成运算放大器的符号特性:(1)运算放大器的放大倍数为无穷大(2)运算放大器的输入电阻为无穷大,输出电阻为零。由于放大器的放大倍数为无穷大,故不能将运算放大器直接用来做放大器用,须要将输出的信号反馈到反向输入端(称为负反馈)来降低放大倍数。如图2-3为运算放大器的反馈
15、电阻接法。反相接法 同相接法图2-3运算放大器的反馈电阻接法2.3.4运算放大器调零电路原理由于失调电压及失调电流的存在,输入为零时输出往往不为零。对于内部无自动稳零措施的运放需要外加调零电路,使之在零输入时输出为零。对于单电源供电的运放,常需在输入端加直流偏置电压,设置合适的静态输出电压,以便能放大正、负两个方向的变化信号。对失调电压和失调电流造成的误差进行补偿,就是运算放大器的调零。制作时采用的集成运算放大器为HA17741,其引脚如图2-4所示。其中引脚1和引脚5构成调零回路。图2-4 运算放大器HA17741引脚以HA17741型集成运算放大器为例,图2-4给出了常用外部调零电路。它的
16、调零电路由-12V电源、50k的电阻和调零电位器W1组成。调零时应将电路接成闭环,将两个输入端接“地”,调节调零电位器,使输出电压为零。(注:图2-5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。)图2-5 外部调零电路2.3.5 A/D转换在A/D转换器中,因为输入的模拟信号在时间上是连续的而输出的数字信号是离散的,所以转换只能在一系列选定的瞬间对输入的模拟信号取样,然后再将这些取样值转换成输出的数字量。因此,A/D转换的过程是首先对输入的模拟电压信号取样,取样结束后进入保持时间,在这段时间内将取样的电压量化为数字量,并按一定的编码形式给出转换
17、结果。然后,再开始下一次取样。2.3.6双积分型A/D转换器在数字万用表制作中,使用的A/D转换器类型为双积分型A/D转换器。双积分型A/D转换器是一种间接A/D转换器,它首先将输入的模拟电压信号转换成与之成正比的时间宽度信号,然后在这个时间宽度里对固定频率的时钟脉冲计数,计数的结果就是正比于输入模拟电压的数字信号。第3章 数字万用表的原理数字万用表的测量过程由转换装置将被测量转换成直流电压信号,再由模/数(A/D)转换器将电压模拟量转换成数字量,然后通过电子计数器计数,最后把测量结果用数字直接显示在显示屏上。如图3-1所示转换电路A/D转换电子计数译码显示被测信号图3-1数字万用表测量过程如
18、图3-2为数字万用表组成框图小数点驱动(配合被测量与量程)模数转换、译码驱动数字显示屏(LED)基准电压分流器(量程转换)分压器(量程转换)分档电阻(量程转换)过压过流保护过压过流保护交流、直流变换器(放大、整流、滤波)被测量输入电阻电压电流直流交流VREFVIN图3-2数字万用表组成框图3.1欧姆表的原理与电路图在图3-3的电路中,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。 UPUNUREFI1IX 即 流经表头的电流由上两式消去(UOUREF) ,可得 可见,电流I与被测电阻成正比,而且表头具有线性刻度,改变R1值,可改变欧姆表的量程。这
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