电气工程教案-万用表电路的设计与校验.docVIP

PAGE PAGE 1 万用表电路的设计与校验 一、实验目的 了解万用表直流电流挡、直流电压挡和欧姆挡电路的原理与计算方法。 学会看懂万用表电路，正确使用万用表。 学习测试万用表性能的方法。 二、设计要求 根据给定的设计条件，设计一只模拟万用表，其分流电路为所有量程公用。其简化原理图见图4-2.1。 图4.2.1 万用表原理图 给定表头参数：满偏电流Im=100 ?A，Ro=2 k?。 设计直流电流挡电路：量程为1，5，10 mA，计算各分流电阻的阻值。 2．设计直流电压挡电路：量程为1，5 V，计算各分压电阻的阻值。 3．（选作）设计欧姆挡电路：电源E=1.5 V，欧姆挡电路的中值电阻为Rm?1，Rm?10，Rm?100（Rm=100 ?），计算各电阻的阻值，并计算欧姆刻度。 三、预习报告要求 画出电路图。 计算有关参数，例出需要的元件清单。 拟定实验步骤，选择需用的仪器设备。 四、实验要求 在面包板上实现你所设计的电路。 电流挡、电压挡的校验。 *3．（选作）电阻挡的校验。 五、实验报告要求 按设计数据画出电路图。 电流表、电压表的曲线。 收获和体会。 附录一、设计原理与说明 万用表的功能与原理参见第2章。 1．电流挡电路 满偏电流的表头接上分流电路就可随意扩展它的电流量程。例如在图4.2.2的电流表电路中不难证明： 图4.2.2 电流表电路 图4.2.3 电压表电路 2．直流电压挡电路 几个不同阻值的分压电阻与一个电流表相串联就构成一个多量限的直流电压表，如图4.2.2所示。它的电压量程为： UN1=Im（Ro+R1） 电压表总是并联在被测元件两端的。表的内阻愈高，从被测电路取用的电流就愈小，对被测电路的影响也愈小。万用表以电压挡的灵敏度=（Ro+R1）/UN（单位为：?/V）来说明这个特征。其中（Ro+R1）为电表的总内阻。每伏的欧姆值愈大，电表的灵敏度愈高。 3．欧姆挡电路 表头配上电池（电势为E）就能组成欧姆表。图4.2.3是一种最简单的欧姆表电路。其中电路电流 被测电阻Rx越大则Ix越小，测出Ix就可间接得知Rx的数值。 Rl是一个限流电阻，其作用是使Rx =0（表的外接端“短路”）时，流过表头的最大电流刚好等于Im，使指针达到满偏，即 （或） 在这种电路中，表头改按?刻度时，具有图4.2.4所示的反向刻度特性，即：Rx =0时，刻度在指针的满偏处，Rx =?在指针的零偏处。0到间的任何Rx值都在满偏与零偏刻度范围之间。 图4.2.3 欧姆表电路 图4.2.4 表头 当被测电阻Rx =（Ro + Rl ）时，，表针恰好指在正中间，此时的中间刻度值为“中值电阻”（记为Rm），有 从万用表?刻度线上可以看出，只有在中值电阻附近2/3刻度盘范围内刻度分布才比较均匀，容易分辨，测值才较准确。因此使用欧姆表时要选择合适的中值电阻（通称选择量程），以改善测量精度。 公共端 公共端 Rm1= Rm ?100 Rl1 Ro E Rl2 Rl3 Rm2= Rm ?10 Rm3= Rm ?1 Rs1 Rs2 Rs3 R I IN Rx=0 R l Ro E Rs Im 图4.2.5 图4.2.6 设一中值电阻Rm1，其阻值小于图4.2.3的中值电阻Rm，则Rx =0时电流（IN =E/Rm1）就大于表头的满偏电流Im，必须给表头并上一个分流电阻Rs如图4.2.5所示，使表头电流等于Im，而串接的限流电阻Rl则必须满足使欧姆表的内阻等于中值电阻Rm1的要求。即 实际设计时，各量程的中值电阻间成十倍地增减，以便能使用同一个?刻度。图4.2.6是三量程地欧姆表电路，计算时先算出环形分流器的三个电阻Rs1、Rs2、Rs3，再算出三个限流电阻Rl1、Rl2、Rl3。 欧姆表的电池电势并不稳定，用久了会逐渐下降，在测量相同数值的Rx时，流过表头的电流就不同，从而造成测量误差。为此，在欧姆表电路中，给表头串联一个可调电阻R如图4.2.6，以便在E降低时适当减小R的数值以减小上述误差。 计算欧姆刻度：表头度盘共有50分格（即?m=50），为了改按?刻度，要计算下列各欧姆值（Rx）应该刻在哪些分格上。计算公式是 （格） （Rm=100?） Rx（?） 0 10 20 40 60 80 100 150 200 300 500 2