万用表的设计与组装.doc

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1、万用表的设计与组装一．实验目的：了解万用表的设计原理设计与组装简易万用表了解整流滤波原理校验万用表二．实验要求：1.分析常用万用表电路，说明各档的功能和设计原理。2.设计组装并校验具有如下四档功能的万用表：（1）直流电流档：量程1.00mA；（2）以自制的1.00mA电流表为基础的直流电压档：量程2.50V；（3）以自制的1.00mA电流表为基础的交流电压档：量程10.00V；（4）以自制的1.00mA电流表为基础的电阻档（*100）；电源使用一节1.5V电池；（5）给出将*100电阻档改造为*10电阻挡的电路（不进行实际组装）；三．实

2、验原理：1.磁电式电流表：在很强的蹄形磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁心，铁心外面套一个可以绕轴转动的铝框，铝框上绕有线圈，铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针。线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流就是经过这两个弹簧通入线圈的。蹄形磁铁和铁心间的磁场是均匀地辐向分布的，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁力线平行，因此磁场使线圈偏转的力偶矩M1不随偏角而改变。另一方面，线圈的偏转使弹簧扭紧或扭松，于是弹簧产生一个阻碍线圈偏转的力矩M2。线圈偏转的角度越大，弹簧的力矩M2也越大。到M1跟M2平衡时，线圈就停在某一偏角上，固定

3、在转轴上的指针也转过同样的偏角，指到刻度盘的某一刻度。设电流表通电线圈的匝数为N，则线圈受到的力偶矩M1=NBIS。由于NBS为定值，所以M1跟电流强度I成正比。设k1=NBS，则M1=k1I。另一方面，弹簧产生的力矩M2跟偏角θ成正比，即M2=k2θ，其中k2是一个比例恒量。M1和M2平衡时，k1I=k2θ，即θ=kI，其中k=k1/k2也是一个恒量。可见，测量时指针偏转的角度跟电流强度成正比，这就是说，这种电流计的刻度是均匀的。磁电式仪表的优点是刻度均匀，准确度高，灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是价格较贵，对过载很敏感，如果通入

4、的电流超过允许值，就很容易把它烧掉，使用时要特别注意。磁电式电流表又叫表头，由于通过电流很小，所以不能测较大的电流。而表头自身有一定的内阻，所以有相当于一个小量程的电压表。当进行较大电流、较大电压或交流时就需要对表头进行改装。2.直流电流档：在表头两端并联一个电阻分流，可以使整个改装电表通过较大的电流，构成直流电流。此时IgRg=IR,并联电阻R=，磁电阻一般比表头的内阻小。3.直流电压档：要增大表头的电压测量量程，需要穿连一个分压电阻R，使电表的量程变为Ig（Rg+R），此电阻一般比表头的内阻大。4.交流电压表：交流电压表的分压原理与

5、直流电压表类似，但表头不能测量交变电流，所以需要把交流电变成直流电。由于二级管有单向导电性，可以用二极管进行整流，使正弦交流电的负值部分变成正值，这叫做全桥滤波。用二极管消去正弦交流电的负值部分，只保留正值部分，叫做半桥滤波。半桥滤波有较大的能量损失，但由于交流电压表的作用仅仅是测量而不是供能，所以采用半桥整流较为简单。而在将交流电变为直流电时采用全桥整流。由于表头的偏转是由电流产生的力偶矩决定的，它与电流的平均值有关；而我们希望测量的是交流电的有效值，因此需要一定的转换。设交流电的方程为，那么经过半桥整流后，在一个周期内的平均值为。然

6、后在通过与直流电压表类似的方法可因算出需要串联的电阻。如图：5.欧姆表：欧姆表的工作原理是在接入待测电阻后，构成一个闭合回路，通过表头显示的电流，求出待测电阻的阻值，因此改装欧姆表还需要一个直流电源，一般使用干电池。这样，，则，其中Rg+r统称欧姆表的内阻。6.可调直流电压：220V交流电经过变压器降压，然后经过全桥整流后大小仍然是变化的，需要在输出端接入大容量电容进行滤波。由于电容两端的电压不能突变，在输入电压呈正弦变化时，电容的充放电使电压的变化趋于平滑。最后通过电位器的分压作用可以调节输出的电压值。四．实验步骤：1.测量表头的内阻

7、为453.0，它的满偏电流为0.5mA。2.直流电流表：通过计算，理论上并联的电阻大小与表头的内阻相同，为453.0。实际组装电路，经过校准，得到实际并联的电阻值为453.0，与理论计算相同。该改装电流表的等效内阻为226.5。经过校验得到如下数据：满偏100%80%60%40%20%0%电流（mA）1.00300.80130.60840.40440.19860修正值（mA）0.00300.00130.00840.0044-0.00140校验曲线如下：3直流电压表：通过计算，得到应串联电阻的理论值，R=。经过校准，得到实际的串联电阻值2

8、274.7。经过校验得到如下数据：满偏100%80%60%40%20%0%电压（V）2.50142.00341.52201.00920.49960修正值（V）0.00140.00340.02200.0092