用运算放大器组成万用表的设计 实验仿真
用运算放大器设计万用表(论文)
用运算放大器组成万用表摘要 (2)Abstract (3)一引言 (4)1.1 万用表的结构 (4)1.2 万用表的几个重要参数 (4)1.3 万用表特性说明 (5)二目的与意义 (6)2.1目的与意义 (6)2.2设计要求 (6)三基本原理 (6)3.1 运算放大器的工作原理 (6)3.2运算放大器调零电路原理 (8)3.3万用表工作原理及参考电路 (8)3.3.1直流电压表 (9)3.3.2直流电流表 (9)3.3.3 交流电压表 (10)3.3.4 交流电流表 (11)3.3.5 欧姆表 (11)四电压表的电路设计 (12)4.1总电路图 (13)4.2直流电流的测量结果及其电路图（A=1,B=0）： (13)4.3 交流电流的测量结果及其电路图（A=0，B=0）： (14)4.4 直流电压的测量结果及其电路图（A=1，B=1）： (15)4.5 交流电压的测量结果及其电路图（A=0，B=1）： (15)4.6欧姆表调试记录： (16)4.7以下是独立的几个图，分别是交流电压图、直流电压图、直流电流图和交流电流图 (17)五注意事项 (17)六心得体会 (18)七参考文献 (18)致 (19)摘要万用电表简称万用表或三用表，在国家标准中称作复用表。
万用电表实际上是一种可以进行多种项目测量的便携式仪器，主要用于测量电压、电流、电阻。
另外可粗略判断电容器、晶体三极管及二极管、集成电路等元器件的性能好坏。
在测量中，万用电表的接入因不影响被测电路原来的工作状态，这就要求电压表应具有无穷大的输入电阻，电流表的阻应为零。
但实际上，万用电表表头的可动线圈总有一定的电阻，例如100uA的表头，其阻约为1 K ，用它进行测量时将会影响被测量，会引起误差。
此外，交流电表中整流二极管的压降和非线性特性也会产生误差。
如果在万用电表中使用运算放大器，就能大大降低这些误差，提高测量精度。
在欧姆表中采用运算放大器，不仅能得到线性刻度，还能实现自动调零。
以UA741运放设计的放大电路仿真
实验七仿真实验
一、实验目的
1、掌握电路仿真的基本方法；能使用软件进行电路功能仿真；性能分析
二、实验环境
1、PC机一台（windowsXP 以上，CPU：pentium4 3GHz 以上，内存1G RAM，硬盘空
间40G）
2、Altium Designer 10.0 软件
三、实验内容
1、完成以UA741运放设计的放大电路仿真，（包括仿真设计、仿真参数选择等）
四、实验步骤
●绘制及编辑电路仿真原理图
●设置仿真元件的参数
●放置电源和仿真激励源
●选择测试点并放置网络标签
●对电路进行ERC校验
●设置仿真方式及相应参数
●执行仿真命令
●分析仿真结果
五、实验结果（截图）
六、实验总结与心得
本次上课，我们主要学习掌握了电路仿真的基本方法，使用软件进行电路功能仿真并进行性能分析。
首先要做的就是绘制及编辑电路仿真原理图，然后就要根据资料设置仿真元件的参数。
接下来是放置电源和仿真激励源，完成这一步
后，要选择测试点并放置网络标签。
然后对电路进行ERC校验并设置仿真方式及相应参数。
最后一步就是执行仿真命令并分析仿真结果。
通过这些课程实验的练习，让我真正知道了CAD这门课程的重要性和实用性。
我们必须稳扎稳打，做好每一步，才能以扎实的功底解决以后的更难的问题。
通过这些天的练习也学到了持之以恒，坚持不懈才能成功地道理，也尝到了成功时的喜悦，实在让我欢喜。
我从这门课上学到的是实践出真知，是光看书所不能触及的知识，考验的是作为一个操作员的素质，我会继续努力的。
由运算放大器组成的万用电表的设计
由运算放大器组成的万用电表的设计已知：表头满偏电流为100μA ，内阻为1K Ω。
要求：用运算放大器构成万用表，可分别测量电阻，交直流电流和电压，量程要求为:1、直流电压表的量程为10V ；2、直流电流表的量程为10mA ；3、交流电压表的量程为10V ；4、交流电流表的量程 10mA ；5、欧姆表的量程为10K Ω.设计方法如下：由于磁电系测量机构具有灵敏度高、准确度高、刻度均匀等优点，所以模拟万用电表都采用磁电系表头作为指示器。
运算放大器具有放大倍数高、输入电阻大、输出电阻小等优点，由运算放大器构成的电压表内阻很大，电流表内阻很小，它们对测量结果的影响非常小；由运算放大器组成交流电流电压表能克服二极管的非线性影响；由运算放大器组成的欧姆表能做到刻度均匀。
10.5.1 直流电压表的设计1. 直流电压表电路图10-5为直流电压表电路图。
为了减小表头参数对测量精度的影响，将表头置于运算放大器的反馈回路中，这时流经表头的电流与表头的参数无关。
图10-5 直流电压表2. 确定电阻值当被测电压达到直流电压表量程时，表头指针达到满刻度偏转。
由P I RC R R U I +=1，得Ω===+k I U R R RC I P 1001.0101 改变P R ，可改变直流电压表量程。
10.5.2 直流电流表的设计1. 直流电流表电路图10-6为直流电流表电路图。
由于运算放大器的净输入电流为零，所以流过电流表的电流就是被测电流，即流过电流表的电流与其内阻无关。
由运算放大器构成的电流表使其内阻会大大降低。
图10-6 直流电流表2. 确定电阻值当被测电流达到直流电流表量程时，表头指针达到满刻度偏转。
由P C RC R R R I ＋＋fl RC fl RC x I I I I ⋅=+=，得Ω≈-=-=+1.1011.01010001RCx C P fl I I R R R 改变P R ，可改变直流电流表量程。
10.5.3 交流电压表的设计1. 交流电压表电路图10-7为交流电压表电路图。
西北工业大学模拟电子技术基础实验报告
模拟电子技术基础实验实验报告一、共射放大电路1.实验目的(1)掌握用Multisim 13仿真软件分析单极放大电路主要性能指标的方法。
(2)熟悉常用电子仪器的使用方法，熟悉基本电子元器件的作用。
(3)学会并熟悉“先静态后动态”的电子线路的基本调试方法。
(4)分析静态工作点对放大器性能的影响，学会调试放大器的静态工作点。
(5)掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。
(6)测量放大电路的频率特性。
2.实验内容(1)电路仿真1.1 静态工作点选择②当滑动变阻器R7设置为11%时，有最大不失真电压。
1.2 静态工作点测量①将交流电源置零，用万用表测量静态工作点。
1.3 电压放大倍数测量①加入1kHz，100mV正弦波信号。
测量R L= ∞时输入输出电压有效值大小。
R= 2kΩ时输入输出电压有效值大小。
②测量L1.4输入输出电阻测量①输入电阻测量。
根据可计算得到输入电阻。
②输出电阻测量。
根据可得到输出电阻。
1.5动态参数结果汇总(2)实验室实测2.1 静态工作点实测2.2 动态参数实测3.总结与讨论(1)共射组态放大器会使输入输出电压反相。
(2)L R 会影响输出电阻、放大倍数。
二、集成运算放大器1.实验目的(1)加深对集成运算放大器的基本应用电路和性能参数的理解。
(2)了解集成运算放大器的特点，掌握集成运算放大器的正确使用方法和基本应用电路。
(3) 掌握由运算放大器组成的比例、加法、减法、积分和微分等基本运算电路的功能。
(4)进一步熟悉仿真软件的使用。
2.实验内容 (1)电路仿真集成运放是一种具有高电压放大倍数的直接耦合器件。
当外部接入有不同的线性或非线性元器件组成的输入负反馈电路时，可以灵活的实现各种函数关系 ，在线性应用方面，可组成加法、减法、比例。
积分、微分、对数等模拟运算电路。
在大多数情况下，将运放视为理想的，即在一般讨论中，以下三条基本结论是普遍使用的：①开环电压增益∞=u A②运放的两个输入端电压近似相等，即-V V =+，称为“虚短”。
用运算放大器组成万用表的设计 实验仿真
用运算放大器组成万用表的设计一、 实验目的综合利用所学知识，根据设计要求设计由运算放大器、二极管整流电流及电流表组成万用表电路图，搭出实际电路并组装调试，提高实验综合能力与实际动手能力。
熟悉万用表各种常见功能的测试电路原理与方法。
进一步体会运算放大器的应用，了解其优势。
二、 万用表工作原理万用表基本功能包括测量直流电压与电流，交流电压与电流，以及电阻测量。
用电表测量电路参数时电表的接入应不影响被测电路的原工作状态，这就要求电压表内阻无限大，电流表内阻为零。
但实际上，万用表表头的可动线圈不可避免的有一定电阻，这将引起测量误差。
此外，交流电表中的整流二极管的压降和非线性特性也会产生误差。
在此试验中，根据运算放大器“虚断”与“虚短”的特点，使用运算放大器及相应电路组成一个具有基本功能的万用表，在很大程度上降低了上述误差，提高测量精度。
此外更能得到实现自动调整线性刻度的欧姆表。
在实验中采用毫安表与运算放大器组成万用表，其基本原理是将交流量测量转化为直流量测量，将电压测量转化为电流测量，通过测量电流来实现万用表的测量功能，故此实验中最重要的是各转换电路，只需分析清楚各转化电路的作用及其工作原理就不难把握整个实验。
（1） 直流电压表图1为直流电压表的原理图。
图1 图1仿真图表头电流I 与被测电压Ui 的关系为:1i R U I应当指出：图1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。
（2） 直流电流表图2图2仿真图表头电流I 与被测电流I1间关系为: －I1R1＝（I1－I ）R2121)I R R (1I +=∴可见，改变电阻比（R1／R2），可调节流过电流表的电流，以提高灵敏度。
如果被测电流较大时，应给电流表表头并联分流电阻。
（3） 交流电压表仿真图如图3图3表头电流I 与被测电流I1间关系为: －I1R1＝（I1－I ）R2121)I R R (1I +=∴可见，改变电阻比（R1／R2），可调节流过电流表的电流，以提高灵敏度。
实验四 集成运放组成的基本运算电路
实验四 集成运放组成的基本运算电路一． 实验目的1．掌握集成运算放大器的正确使用方法。
2．了解集成运算放大器在信号放大和模拟运算方面的应用。
二． 实验设备实验箱 1个实验电路板 1个数字万用表 1个三． 简述运算放大器是具有两个输入端和一个输出端的高增益、高输入阻抗的多级直接耦合电压放大器。
只要在集成运放的外部配以适当的电阻和电容等器件就可构成比例、加减、积分、微分等模拟运算电路。
在这些应用电路中，引入了深度负反馈，集成运放工作在线性放大区，属于运算放大器的线性应用范畴，因此分析时可将集成运放视为理想运放，运用虚断和虚短的原则。
虚断：即认为流入运放两个净输入端的电流近似为零。
虚短：即认为运放两个净输入端的电位近似相等(u +≈ u -)。
从而可方便地得出输入与输出之间的运算表达式。
使用集成运算放大器时，首先应根据运放的型号查阅参数表，了解其性能、指标等，然后根据管脚图连接外部接线（包括电源、调零电路、消振电路、外接反馈电阻等等）。
四． 设计实验要求1. 设计由双列直插通用集成运放μA741构成的基本运算电路，要求实现：反相比例运算，反相加法运算，同相比例运算，电压跟随器，差动运算（减法运算）等5种运算。
每一运算电路需要设计两种典型的输入信号。
2. 自己设计选择电路参数和放大倍数，画出电路图并标出各电阻的阻值（μA741的最大输出电流小于10mA ，因此阻值选取不能小于1KΩ）。
3. 自拟实验步骤。
4. 电源电压一律取12V ±。
本实验用直流信号源，自己选择输入信号源的取值，已知信号源（5i u V ≤）。
5. 设计举例：反相比例运算电路的设计反相比例放大器的运算功能为：1R R u u A F i o uf -==； 设,10-=uf A 负反馈电阻Ω=K R F 100；可以计算出110R K =Ω，平衡电阻100//109.1R K '=≈Ω。
max =9o u V，max max 90.910o i uf u u V A ∴≤==，即输入信号的设计值小于0.9V ±。
运放设计万用表
表头电流 I 与被测电压 Ui 的关系为
应当指出：图 22-1 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。 2.1.3 测直流电流原理 图 22-2 是浮地直流电流表的电原理图。在电流测量中，浮地电流的测量是普遍存在 的。例如：若被测电流无接地点，就属于这种情况。为此，应把运算放大器的电源也对地 浮动。 按此种方式构成的电流表就可像常规电流表那样， 串联在任何电流通路中测量电流。
电 子 线 路 课 程 设 计（ 报 告 ）
题目
用运算放大器设计万用表
系 别 物理与电子科学系 班 级 学生姓名 指导教师 日 期 xx
专 业 学 号 xx xx
电子科学与技术 050208xx
2010.6.25-2010.7.2
常熟理工学院课程设计（报告）
目录
一 题目要求与方案论证 .................................................................................................................................. 1 1.1（设计题题目）用运算放大器设计万用表 ......................................................................................... 1 1.1.1 题目要求 ..................................................................................................................................... 1 1.1.2 方
运算放大器的仿真实验
实验报告册指导教师邱刚课程名称模拟电子技术基础实验名称集成运算放大器的设计实验类型设计学院名称电子与信息工程专业电子与信息工程年级班级 2011级电信3班学生姓名赵明贵学号 4314 成绩2012年11月29日实验四集成运算放大器的设计运算放大器应用电路的设计与制作一．实验目的1.掌握运算放大器和滤波电路的基本工作原理；2.掌握运用运算放大器实现滤波电路的原理方法；3.会用Multisim10对电路进行仿真分析；二．实验内容1.讲解运算放大器和滤波电路的基本工作原理；2.讲解用运算放大器实现滤波电路的原理方法；3.用Multisim10对二阶有源低通滤波电路进行仿真分析；三．实验仪器Multisim10软件;电阻若干，导线若干，线路板一块，ua741运放两个，万用表，实验箱。
四．实验原理集成运算放大器是高增益的直流放大器。
在它的输入端和输出端之间加上不同的反馈网络，就可以实现各种不同的电路功能。
可实现放大功能及加、减、微分、积分、对数、乘、除等模拟运算及其他非线性变换功能；将正、负两种反馈网络相结合，还可具有产生各种模拟信号的功能。
本实验着重以输入和输出之间施加线性负反馈网络后所具有的运算功能进行研究。
理想运放在线性运用时具有以下重要特性：（1）理想运放的同相和反相输入端电流近似为零，即。
（2）理想运放在作线性放大时，两输入端电压近似相等，即：。
1.反相放大器信号由反相端输入，电路如图3-1所示。
在理想条件下，放大器的闭环增益。
增益要求确定之后，与的比值即确定，在选择其值时需注意：与不要过大，否则会引起较大的失调温漂；但也不要过小，否则无法满足输入阻抗的要求。
一般取为几十千欧至几百千欧。
当时，放大器的输出电压等于其输入电压的负值。
此时，它具有反相跟随的作用，称之为反相器。
2.同相放大器信号由同相端输入，电路如图3-2所示。
在理想条件下，放大器的闭环增益为图3-1 反相放大器图3-2 同相放大器当为有限值时，放大器增益恒大于1。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
用运算放大器组成万用表的设计
一、 实验目的
综合利用所学知识，根据设计要求设计由运算放大器、二极管整流电流及电流表组成万用表电路图，搭出实际电路并组装调试，提高实验综合能力与实际动手能力。
熟悉万用表各种常见功能的测试电路原理与方法。
进一步体会运算放大器的应用，了解其优势。
二、 万用表工作原理
万用表基本功能包括测量直流电压与电流，交流电压与电流，以及电阻测量。
用电表测量电路参数时电表的接入应不影响被测电路的原工作状态，这就要求电压表内阻无限大，电流表内阻为零。
但实际上，万用表表头的可动线圈不可避免的有一定电阻，这将引起测量误差。
此外，交流电表中的整流二极管的压降和非线性特性也会产生误差。
在此试验中，根据运算放大器“虚断”与“虚短”的特点，使用运算放大器及相应电路组成一个具有基本功能的万用表，在很大程度上降低了上述误差，提高测量精度。
此外更能得到实现自动调整线性刻度的欧姆表。
在实验中采用毫安表与运算放大器组成万用表，其基本原理是将交流量测量转化为直流量测量，将电压测量转化为电流测量，通过测量电流来实现万用表的测量功能，故此实验中最重要的是各转换电路，只需分析清楚各转化电路的作用及其工作原理就不难把握整个实验。
（1） 直流电压表
图1为直流电压表的原理图。
图1 图1仿真图
表头电流I 与被测电压Ui 的关系为:
1i R U I
应当指出：图1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。
（2） 直流电流表
图2
图2仿真图
表头电流I 与被测电流I1间关系为: －I1R1＝（I1－I ）R2
12
1
)I R R (1I +
=∴
可见，改变电阻比（R1／R2），可调节流过电流表的电流，以提高灵敏度。
如果被测电流较大时，应给电流表表头并联分流电阻。
（3） 交流电压表
仿真图如图3
图3
表头电流I 与被测电流I1间关系为: －I1R1＝（I1－I ）R2
12
1
)I R R (1I +
=∴
可见，改变电阻比（R1／R2），可调节流过电流表的电流，以提高灵敏度。
如果被测电流较大时，应给电流表表头并联分流电阻。
（4） 交流电流表
仿真图如图4
图4
图4为浮地交流电流表，表头读数由被测交流电流i 的全波整流平均值I 1AV
决定，即1AV 2
1
)I R R (1I +
= 如果被测电流I 1为正弦电流，即I ＝2I 1sin ωt ，则上式可写为
12
1
)I R R 0.9(1I +
= 则表头可按有效值来刻度。
（5） 欧姆表
仿真图如图5
图5
在此电路中，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 。
∵ UP ＝UN ＝UREF I1＝IX
X
REF
1REF R U U R U -=
即
)U (U U R R REF O REF
1
X -=
流经表头的电流
m 2REF O R R U U I +-=
由上两式消去(UO －UREF) 可得
)R (R R R U I 2m 1X
REF +=
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。
这种欧姆表能自动调零，当RX ＝0时，电路变成电压跟随器，UO ＝UREF ，故表头电流为零，从而实现了自动调零。
二极管D 起保护电表的作用，如果没有D ，当RX 超量程时，特别是当RX →∞，运算放大器的输出电压将接近电源电压，使表头过载。
有了 D 就可使输出钳位，防止表头过载。
调整R2，可实现满量程调节。
三、 实验内容与结果
（1） 直流电流的仿真结果及其仿真图
测量电压 绝对误差 相对误差 输入 电流
4mA 3.9991mA 0.0009mA 0.018% 6mA 5.9991mA 0.0009mA 0.011% 8mA
7.9991mA
0.0009mA
0.009%
电阻R1 30V/60mA=0.5K
Ω
R2 2.5KΩ
电表选用量程0 ——60 mA
（2）交流电流的仿真结果及其仿真图
测量电压绝对误差相对误差
输入电流4()
2cos100t mA
π 4.264mA 0.264mA 5.975% 6()
2cos100t mA
π 6.345mA 0.345mA 5.879% 8()
2cos100t mA
π8.475mA 0.475mA 5.935%
电阻R1 30V/60mA=0.5K
Ω
R2 2.5KΩ
电表选用量程0 ——60 mA （3）直流电压的仿真结果及其仿真图
测量电压绝对误差相对误差
输入电压6V 6.0075V 0.0075V 0.051% 8V 8.0015V 0.0015V 0.019% 10V 10.003V 0.003V 0.03%
电阻R1 30V/60mA=0.5KΩ电表选用量程0 ——60 mA
（4）交流电压的仿真结果及其仿真图
测量电压绝对误差相对误差
输入电压6()
2cos100t V
π 5.040V 0.599V 9.98%
8()
2cos100t V
π7.2015V 0.7985V 9.98% 10()
2cos100t V
π9.0020V 0.9980V 9.98% 电阻R1 30V/60mA=0.5KΩ电表选用量程0 ——60 mA
（5）欧姆表仿真结果及仿真图
测量电压绝对误差相对误差
输入电阻600Ω601.4Ω 1.4Ω0.26% 9KΩ9.005KΩ0.005KΩ0.055% 80KΩ80.35KΩ0.35KΩ0.44%
电阻R1 1KΩR2 2.9KΩ电表选用量程0 ——1mA（忽略了R m的影响）
四、注意事项
1、运算放大器的检测
用数字式万用表直流电压档，测量运算放大器输出端与负电源之间的电压值（在静态时电压值较高）。
用手持金属镊子依次点触运算放大器的两个输入端（加
入干扰信号），若万用表表针有较大幅度的摆动，则说明该运算放大器完好；若万用表表针不动，则说明运算放大器已经损坏。
2、测量电流时应注意消除电源产生的干扰
连接电源时，正负电源连接点上各接大容量的滤波电容器和小电容器，以消除电源产生的干扰。
3、万用表的使用技巧
（1）测量前毫安表要水平放置，看指针是否为零，如不在零位，则要机械调零。
（2）毫安表按照规定位置放置，远离外磁场。
（3）正确读数，减少视觉误差。
（4）测量电阻时，每换一次档都要重新调零。
五、心得体会
这是我第一次尝试设计电路并把它仿真出来。
不得不说这次实验对我来说有一定难度，我在上面花费了很多时间。
从构思到仿真再到写报告，每一环节我都会遇到很多新问题，需要学习很多新技能，但最重要的，我收获了很多新知识。
我不仅对模电的理论知识有了更深一步的理解，还学会了Multism仿真软件的使用。
这个仿真软件非常好用，能帮助我们理解一些理论知识并验证一些结论。
同时，这次实践动手更加让我明白了，如果知识仅仅停留在书面上，是没有用的，必须把知识运用到生活中，不断应用，不断熟练，才会变成为人类服务的工具。
通过这次实践，我发现我的动手能力还有待进一步提高，而提高的唯一途径就是多实践多练习。
所以我以后会多做类似的实验，让自己在动手实践方面有一个新的突破。