513數(shù)字萬(wàn)用表設(shè)計(jì)

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1、.數(shù)字萬(wàn)用表設(shè)計(jì)與校準(zhǔn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解數(shù)字萬(wàn)用表的特性、基本組成和工作原理。2．掌握分壓電路、分流電路、電阻分檔電路的計(jì)算和連接。了解整流、濾波電路和過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的功用。3．學(xué)會(huì)數(shù)字萬(wàn)用表的直流電壓和交流電壓的校準(zhǔn)方法。4．正確連接、組成測(cè)試交直流電壓、交直流電流、測(cè)試電阻的基本電路，掌握數(shù)字萬(wàn)用表的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器1．JD-SB-Ⅱ型數(shù)字萬(wàn)用表設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)儀2．四位半數(shù)字萬(wàn)用表（作為標(biāo)準(zhǔn)表）三、數(shù)字萬(wàn)用表的基本組成和原理1．?dāng)?shù)字萬(wàn)用表的優(yōu)良特性與指針式萬(wàn)用表相比，數(shù)字萬(wàn)用表具有許多優(yōu)良特性。諸如：高準(zhǔn)確度和高分辨力；作為電壓表具

2、有高達(dá)10MΩ以上的輸入阻抗；能夠自動(dòng)判別極性；自動(dòng)調(diào)零；全部測(cè)量實(shí)現(xiàn)數(shù)字直讀；具備比較完善的保護(hù)電路；具有較強(qiáng)的抗過(guò)壓過(guò)流的能力等。所以，數(shù)字萬(wàn)用表受到用戶的青睞，是從事電工、電子的工程技術(shù)人員必備的儀表。2．?dāng)?shù)字萬(wàn)用表的基本組成不同型號(hào)的數(shù)字萬(wàn)用表還有其它一些附加功能，本實(shí)驗(yàn)只研究數(shù)字萬(wàn)用表的這些基本組成部分和基本功能。由圖1可見(jiàn)，數(shù)字測(cè)量?jī)x表的核心是模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換、譯碼顯示電路。本實(shí)驗(yàn)儀的核心是一個(gè)三位半數(shù)字表頭，它由數(shù)字表專用A/D轉(zhuǎn)換譯碼驅(qū)動(dòng)電路和LED數(shù)碼管等構(gòu)成。該表頭有7個(gè)輸入端，包括2個(gè)測(cè)量電壓輸入端（IN+，IN-），

3、2個(gè)基準(zhǔn)電壓輸入端（VREF+，VREF-）和三個(gè)小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)輸入端（表頭最左邊一位小數(shù)點(diǎn)為dp1，依次為dp2,dp3）。為了使電路的連接清晰明了，本儀器不用數(shù)字萬(wàn)用表通常采用的撥盤式多刀量程轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，而是采用特殊的迭插...頭對(duì)，由實(shí)驗(yàn)者自己用連線連接有關(guān)電路，從而達(dá)到設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的目的。3．直流電壓測(cè)量電路在數(shù)字電壓表頭前面加一級(jí)分壓電路（分壓器），可以擴(kuò)展直流電壓測(cè)量的量程。如圖2所示，U0為數(shù)字電壓表頭的量程（如200mV）,r為其內(nèi)阻(如10MΩ)，r1、r2為分壓電阻，Ui0為擴(kuò)展后的量程。由于r>>r2，所以分壓比為：擴(kuò)展后的量程

4、為：多量程分壓器原理電路見(jiàn)圖3，5檔量程的分壓比分別為1、0.1、0.01、0.001和0.0001，對(duì)應(yīng)的量程分別為2000V、200V、20V、2V和200mV。采用圖3的分壓電路雖然可以擴(kuò)展電壓表的量程，但在小量程檔明顯降低了電壓表的輸入阻抗，這在實(shí)際使用中是所不希望的。所以，實(shí)際數(shù)字萬(wàn)用表的分壓器...電路為圖4所示，它能在不降低輸入阻抗的情況下，達(dá)到同樣的分壓效果。例如：其中200V檔的分壓比為：其余各檔的分壓比可同樣算出，請(qǐng)同學(xué)們自己計(jì)算。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)是根據(jù)各檔的分壓比和總電阻來(lái)確定各分壓電阻的。如先確定：R總=R1+R2+R3+R

5、4+R5=10M再計(jì)算2000V檔的電阻R5=0.0001R總=1K再逐檔計(jì)算R4、R3、R2、R1。盡管上述最高量程檔的理論量程是2000V，但通常的數(shù)字萬(wàn)用表出于耐壓和安全考慮，規(guī)定最高電壓量限為1000V。換量程時(shí)，實(shí)際萬(wàn)用表的撥盤式多刀量程轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)可以根據(jù)檔位自動(dòng)調(diào)整小數(shù)點(diǎn)的顯示，使用者可方便地直讀出測(cè)量結(jié)果。本實(shí)驗(yàn)儀略去了撥盤開(kāi)關(guān)，由實(shí)驗(yàn)者用導(dǎo)線，將待測(cè)電壓量程和數(shù)字表頭相連，而小數(shù)點(diǎn)也是由實(shí)驗(yàn)者根據(jù)量程將小數(shù)點(diǎn)設(shè)置電路連接到相應(yīng)的小數(shù)點(diǎn)位。如圖5所示。...當(dāng)量程為200mV或200V時(shí)，小數(shù)點(diǎn)設(shè)置為dp3，量程為20V時(shí)，小數(shù)點(diǎn)

6、設(shè)置為dp2，量程為2V時(shí)，小數(shù)點(diǎn)設(shè)置為dp1，當(dāng)量程為2000V時(shí)，不設(shè)置小數(shù)點(diǎn)。對(duì)于后面將要敘述的電流和電阻的測(cè)量，小數(shù)點(diǎn)設(shè)置見(jiàn)表1。表1電壓、電流、電阻分檔量程與小數(shù)點(diǎn)位置對(duì)照小數(shù)點(diǎn)測(cè)試種類dp1dp2dp3電壓2V20V200mV，200V電流2mA，2A20mA200μA，200mA電阻2KΩ，2MΩ20KΩ200Ω，200KΩ4．直流電流測(cè)量電路...測(cè)量電流的原理是：根據(jù)歐姆定律，用合適的取樣電阻把待測(cè)電流轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓，再進(jìn)行測(cè)量。如圖6，由于r>>R，取樣電阻R上的電壓降為Ui=RIi即被測(cè)電流：Ii=Ui/R若數(shù)字表頭的

7、電壓量程為U0，欲使電流檔量程為I0，則該檔的取樣電阻（也稱分流電阻）為：R=U0/I0如U0=200mV,則I0=200mA檔的分流電阻為R=1Ω。多量程分流器原理電路見(jiàn)圖7。圖7中的分流器在實(shí)際使用中有一個(gè)缺點(diǎn)，就是當(dāng)換檔開(kāi)關(guān)接觸不良時(shí)，被測(cè)電路的電壓可能使數(shù)字表頭過(guò)載，所以，實(shí)際數(shù)字萬(wàn)用表的直流電流檔電路如圖8所示。圖8中各檔分流電阻的阻值是這樣計(jì)算的：先計(jì)算最大電流檔的分流電阻R5再計(jì)算下一檔的R4...依次可計(jì)算出R3、R2和R1，請(qǐng)同學(xué)們自己計(jì)算。圖中的BX是2A保險(xiǎn)絲管，電流過(guò)大時(shí)會(huì)快速熔斷，起過(guò)流保護(hù)作用。兩只反向連接且與分流

8、電阻并聯(lián)的二極管D1、D2為塑封硅整流二極管，它們起雙向限幅過(guò)壓保護(hù)作用。正常測(cè)量時(shí)，輸入電壓小于硅二極管的正向?qū)▔航担O管截止，對(duì)測(cè)量毫無(wú)影響。一旦輸入電壓大