电表电路的设计
大学物理实验讲义实验电表设计与制作
实验4 电表设计与制作本实验属于设计性实验,请同学们自行查阅资料完成设计性实验报告;实验目的1． 掌握改装电表的原理和校准电表的方法;2． 学会设计单量程电表直流电流表、直流电压表; 3． 学习用万用表检查电路故障的方法;仪器用具HG61303型数字直流稳压电源、GDM-8145型数字万用表、滑线变阻器、FBZX21型电阻箱、C31-V 型电压表、C31-A 型电流表、FB715型物理设计性实验装置、可调电阻及导线若干实验原理1. 将微安表头改装成较大量程的电流表将微安表头改装成较大量程的电流表时,表头与分流器并联,被测电流的一部分流过分流器,一部分流经表头,由表头直接指示,这样,由表头和分流器组成的整体就可量度较大的电流;最简单的单量程电流表的原理图如图4-1所示,分流器只有一个电阻1R ;为方便计算,图中加入了一附加的可调电阻0R ,使表头G 与0R 串联起来,构成了一量限为g I 、等效内阻为g r '的表头本实验要求调节0R 使得k Ω8.10=+='R r r g g;如果要将量程为g I 的表头改装成量程为1I 的电流表,分流电阻1R 的计算公式为：gg g I I r I R -'⋅=11 4-1如果要将微安表改装成有m 个量程分别为1I ,2I ,…的电流表,则分流器中应有m 个电阻,选用分流器中不同阻值的分流电阻,可以得到不同量程的电流档;按照欧姆定律,可计算出各个分流电阻的阻值;2. 将微安表头改装成电压表将微安表头改装成电压表时,表头与分压器串联,被测电压的一大部分降落在分压器上,一小部分降落在表头上,这样,由表头和分压器组成的整体就可量度较大的电压;最简单的单量程电压表的原理图如图4-2所示,分压器只有一个电阻2R ,如果要将量程为g I 、等效内阻为g r 'k Ω8.10=+='R r r g g 的表头改装成量程为1U 的电压表,分压电阻2R 的计算公式为：图4-1 微安表头的扩程方法 图4-2 改装电压表的方法g gr I U R '-=12 4-2 如果要将微安表改装成有n 个量程分别为1U ,2U ,…的电压表,则分压器中应有n 个电阻,选用分压器中不同阻值的分压电阻,可以得到不同量程的电压档;按照欧姆定律,可计算出各个分压电阻的阻值;3. 将微安表头改装成欧姆表微安表头也可以改装成测量电阻的欧姆表,方法是将等效内阻为g r '的微安表头与内阻为E r 的电源E 、可调电阻3R 连接起来,就可构成一个欧姆表本实验欧姆表各档电阻均采用可调电阻,故省去了调零电阻,如图24-3所示;由图可知,欧姆表的总内阻为3R r r R E g++'=内,当欧姆表的a 、b 两端接入待测电阻x R 时,电路中的电流为xR R EI +=内 4-3当E 和内R 一定时,由4-3式可知,电表读数I 与x R 之间有一一对应的关系,因此电表经定标后即可直接读出x R 值;在具体设计制作欧姆表时,应注意以下几点：（1）当0=x R 时即a 、b 之间短接,若调节3R 使指针偏转到表头满刻度的位置,则此时有以下关系： 即gI ER =内 4-4 这时,可把指针偏转到满刻度位置定为欧姆表的零值刻度;如果欧姆表的电源是干电池,则当出现E 下降、E r 变大的情况时,可调节3R 使4-4式仍然成立,即当a 、b 短接时,仍能保证指针刚好指在零欧姆位置;（2）当∞→x R 时即a 、b 之间开路,回路电流为零,这时指针指在表头的零刻度位置上,这个位置可定为欧姆表的无穷大值刻度;由此可见,相对于电压表和电流表而言,欧姆表的刻度尺是反向标度的; （3）当内R R x =时,根据4-3、4-4式有22g I R EI ==内 4-5 这时,指针应指在表头标度尺的正中央位置上,这位置的欧姆表刻度数值称为中值电阻中R ,显然,中R 有以下关系：gI ER R ==内中 4-6 由4-6式可见,中值电阻的大小是取决于电源电动势E 和表头量限g I 的;选用不同的E 和g I 时,欧姆表的中值电阻就不同,依据这一点,我们可以设计一个多量程的欧姆表,以用来测量不同阻值的电阻,如“1⨯”档、“10⨯” 档、“100⨯” 档、“K 1⨯” 档、“K 10⨯”档等等;这里有两点需要注意：① 欧姆表的标度尺刻度是不均匀的;这可以从4-3式看出,当中R R x >>时,标度尺刻度越来越密,读数误差越大,而当中R R x <<时,指针接近满刻度,I 随x R 的变化不明显,因而测量误差也很大,只有当xR 图4-3 改装欧姆表的方法 图4-4 改装低量程欧姆表的方法在中R ~10中R 范围内时,测量才比较准确,因此,应根据待测电阻的大小选择合适的档来测量；② 在设计欧姆表的“1⨯”档、“10⨯” 档、“100⨯” 档时,由于中值电阻较小,电路中的电流将大于表头量限g I ,因此需要在图4-3的电路中给表头并联一个电阻R 以扩大表头的量程,如图4-4所示;例如,若欧姆表电源的电动势为5.1=E V,要求欧姆表“100⨯” 档的中值电阻为Ω,则由4-6式可计算出表头扩程后电路中的总电流为15.15.1=Ω==K V R E I 中mA,再根据图4-4所示的电路计算出需并联的电阻的大小;4. 改装表的校准在改装电表的工作完成后,还需要对改装表进行校准,并作出改装表的校准曲线;校准电表的过程,实际就是将改装表的示数与标准表的示数进行比较的过程;例如,校准电流表的办法是：将改装表与一个用作标准的电流表串联起来接进电路中,给电路通以可调节大小的电流注意不得超过改装表的量程,当改变电流的大小使得改装表的示数x I 按刻度作等间隔变化时,读出相应的标准表的示数S I ,由此可得到各刻度的电流修正值x S x I I I -=∆,作出x x I I -∆曲线,即为该电流表的校准曲线,如图4-5所示;这里应注意三点：①当标准表的示数正好为待校准量程的量限时,改装表应正好满偏；②校准时应以改装表为自变量,读出相应的标准表的读数；③电表的校准曲线应为折线状;根据电表的校准曲线可以修正电表的读数,得到较准确的结果;由校准曲线找出最大误差如图4-5中的m I ∆,可计算出改装表的准确度等级a 参见实验三;实验内容与要求1． 设计一个单量程直流电流表要求将一个量程为=g I 100μA 、内阻为g r 约为Ω的表头改装成量程为5mA 的电流表,完成电路设计、参数计算;2． 电流表校准方案设计：设计电压表校准电路,说明所需仪器、实验步骤; 3． 设计一个单量程直流电压表要求将一个量程为=g I 100μA 、内阻为g r 约为Ω的表头改装成量程为5mA 的电流表,完成电路设计、参数计算;4． 电压表校准方案设计要求同25． 进入实验室前必须完成1~4项,写出设计方案,经老师检查合格,可进行制作与`校准实验; 6． 制作并校准设计好的单量程电表 （1）测量表头内阻g r 的准确值;（2）制作已设计好的电表,注意实验室所提供的电阻均为可调电阻,学生需调节电阻到所需大小,连接好改装表的电路;（3）连接好校准电路,利用实验室给出的数字电表或指针式电表作为标准电表,校准改装表的5mA 档和5V 档,作出校准曲线;实验提示以电流表校准为例：首先校准标准表和改装表的零点；然后校准量程,使标准表对应5mA,观察改装表是否刚好满刻度,若不是,调节分流电阻箱使改装表满刻度和标准表对应5mA 同时满足,记下此时的电阻箱读数R ';随后校准刻度,在被校准的刻度盘上,均匀选取11个校图4-5 改装电流表的校准曲线准点包括零点,其示数为x I ,从小到大依次在校准各点的刻度上,记下标准表相应的读数+I ,再由大到小重复一遍,记下标准表读数-I ,取平均值20-++=I I I ,数据填入下表; （4）描绘电表校准曲线,并计算改装表的准确度等级a; 实验提示：以改装电流为例;表头内阻g r = ,准确度等级a= 级,刻度格为 格;改装表电路图为 ；校准电路图为 ;分流电阻R 计算值为 以g r =Ω作为计算；实际值电阻箱读数R '为 分流电阻箱必须调节到同时满足表头满偏和标准表读数对应5mA;标准表型号 ,档位 ,准确度 ;注意事项1. 测量表头内阻时,通过表头的电流值不得超过表头的量限,更不允许电流反向;2. 注意使用数字标准表电压、电流功能时正确选择接线端口;3. 实验电压应从零缓慢升起;4. 校准前先校正改装表和标准表的零点;5.选择标准表的级别要比被校表高2级以上;例如被校表为级,则应选级以上的电表作为标准表;思考问题1. 校正电流表时,如果发现改装表的读数相对于标准表的读数都偏高,试问要达到标准表的数值,此时改装表的分流电阻应调大还是调小为什么2. 校正电压表时,如果发现改装表的读数相对于标准表的读数都偏低,试问要达到标准表的数值,此时改装表的分压电阻应调大还是调小为什么3. 标准表的准确度等级比表头的准确度等级要低,此时能用该标准表对改装表进行校准,为什么4. 测量表头内阻的方法很多,试设计多种测量电路,比较它们的优缺点;5. 能否把量程为1000uA 、内阻约为100Ω的表头改装成量程为50uA 的微安表头或的电压表为什么。
多用电表的原理设计
多用电表的原理设计
多用电表的原理设计是基于电流和电压的测量，其目的是准确计量电能的消耗。
多用电表广泛应用于家庭、工业和商业领域，以帮助用户管理能源消耗并实现用电费用结算。
多用电表的设计原理包括以下几个关键要点：
1. 电流测量：通过使用电流互感器或霍尔传感器等电流传感器测量电路中的电流值。
电流传感器可以将电流转换为低电平电压信号，以便进行后续的处理和测量。
2. 电压测量：通过将电压传感器连接到电路中，测量电路电压值。
电压传感器通常将电压信号变换为低电平电压信号，便于测量和处理。
3. 信号处理：将测量到的电流和电压信号进行放大、滤波和调整，以确保准确测量并适应不同的负载条件。
4. 能量计算和显示：通过使用微处理器或专用芯片，对电流和电压值进行计算，从而得出电能的消耗。
结果可以在多用电表的显示屏上实时显示，或者通过通信接口传输给远程监控系统。
5. 通信功能：一些高级多用电表配备了通信接口，可与智能电网系统或家庭能源管理系统进行通信。
这使得用户可以更好地管理和控制能源消耗，并通过监测用电行为来实现能源优化。
通过以上原理设计，多用电表能够准确测量和记录电能的消耗，帮助用户更好地管理和控制电力使用。
它在能源管理、费用结算和能源优化方面具有重要作用，为实现可持续能源发展和节能减排做出贡献。
直流测量电路
5.5 电表电路的设计一．实验目的1.学会磁电式模拟集成繁用表的设计方法。
2.掌握模拟集成繁用表的安装，调试过程，并了解电流表、电压表的内阻上的不同。
3.掌握电桥测量，表头刻度等电路的设计技巧。
二.设计原理普通的模式电表中最常见的是以磁电式电流表（又称表头）作为指示器，它具有灵敏度高、准确度高、刻度线性以及受外磁场和温度影响小等优点，但其性能还不能达到较为理想的程度。
某些测量电路中，要求电压表有很高的内阻，而电流表的内阻却很低，直流电压表或需要测量微小的电压、电流等。
将集成运放与磁电式电流表结合，可构成内阻大于10MΩ/V的电压表和内阻小1Ω的微安表等性能优良的电子测量仪器。
1.（一）.直流电压表和电流表将表头接在运放的输出端，被测直流电压U x接于反相输入端，构成反相输入式直流电压表；把被测信号U x接于同相端，则构成如图5-5-1所示的同相输入式直流电压表，图（a）是原理电路，图（b）是扩大成为多文件量程的实际电路。
R FU o150mV（a ）原理电路;（b ）扩大量程的实际电路下面分析5-5-1（b ）所示电路的工作原理。
在放大器的输出端接有量程为150mV的电压表，它由200μA 表头和750Ω的电阻（包括表头内阻）串联而成。
当输入电压U x =50mV 时，输出mV 150mV 25)5251(Ux )R R 1(Uo 1F =⨯+=+= 5-5-1电压表达到满量程。
由电阻分压器来扩大量程，分压后的各文件电压在同相输入端的值U +均不超过25mV 。
显然，由于同相输入方式的运放输入电阻非常大，所以此电路可看作是内阻无穷大的直流电压表，它几乎不从被测电路吸收电流。
反相输入式电压表与同相输入式电压表的差别在于它的放大倍数为1F R R -，表头在输出端的极性应与图5-5-1相反，而且输入电阻不能达到很大。
2．直流电流表直流电流表测量的实质是将直流电流换成电压。
仿照直流电压表的构成原理，电流 表是把表头接在运放的输出端，通过改变反馈电阻即可改变电流表的量程。
智能电表中的电流与电压采样电路设计
智能电表中的电流与电压采样电路设计
电流采样电路使用分流器：其中R57、R56为采样电阻，C21、C22为采样电容，他们为采样通道提供了采样电压信号，采样电压信号的大小由分流器的阻值和流过其上的电流决定。
电流采样通道采用完全差动输入，V1P为正输入端，V2P为负输入端，电流采样通道最大差动峰值电压应小于470mV，电流采样通道的PGA其增益可由ADE7755的G1和G0来选择。
当使用分流器采样时，G1和G0都接高电平，增益选16，通过分流器的峰值电压为
±30mV。
本设计电表为5（30）A规格，分流器阻值选择350uΩ，当流过分流器的电流为最大电流时，其采样电压为350uΩ×30A=10.5mV，不超过峰值电压半满度值。
电压采样电路：电压输入通道也为差分电路，V2N引脚连接到电阻分压电路的分压点上，V2P接地。
电压输入通道的采样信号是通过衰减线电压得到的，其中
R11、R13、R47~R49、R55、R60、R75～R78、R80、R81为校验衰减网络，通过短接跳线S5至S13可将采样信号调节到需要的采样值上，当电能表为基本电流时，电压采样值为174.2mV，为了允许分流器的容差和片内基准源8％的误差，衰减校验网络应该允许至少30％的校验范围，根据图6的参数，其调节范围为168.9 mV～250 mV，完全满足了调节的需要。
这个衰减网络的-3dB 频率是由R80和C33决定的，R54、R73、R74确保了这一点，即使全部跳线都接通，R54、R73、R74的电阻值仍远远大于R80。
R80和C33的选取要和电流采样通道的R57、C21匹配，这样才能保证两个通道的相位进行适当的匹。
数管三位电压表电路0-100v
数管三位电压表电路0-100v
数显三位电压表是一种用于测量直流电压的电子仪器，其电路可以实现 0-100V 的电压测量范围，并通过数码管显示测量结果。
以下是一个简单的数显三位电压表电路的设计：
1. 电路原理图
该电路主要由 ADC 转换器、数码管驱动电路、数码管显示电路和电源电路等组成。
- ADC 转换器：采用 ADC0809 芯片，将输入的模拟电压信号转换为数字信号。
- 数码管驱动电路：采用 74HC595 芯片，将 ADC 输出的数字信号转换为数码管显示所需的段码。
- 数码管显示电路：采用三位共阳数码管，显示测量结果。
- 电源电路：采用 LM7805 芯片，将输入的 12V 直流电压转换为 5V 直流电压，为整个电路提供电源。
2. 电路工作原理
当输入电压信号接入电路时，ADC 转换器将模拟电压信号转换为数字信号，并将数字信号输出到数码管驱动电路。
数码管驱动电路将数字信号转换为数码管显示所需的段码，并将段码输出到数码管显示电路。
数码管显示电路根据段码显示测量结果。
3. 电路调试与测试
在电路设计完成后，需要进行调试和测试，以确保电路的正常工作。
可以使用示波器和万用表等仪器对电路进行测试，检查 ADC 转换器的转换精度、数码管的显示效果和电源电路的输出电压等。
以上是一个简单的数显三位电压表电路的设计，仅供参考。
具体的电路设计需要根据实际需求进行调整和优化。
基于单片机的数字电能表设计
基于单片机的数字电能表设计数字电能表是测量电能并传递数据的电气装置。
它们通常采用单片机芯片来实现计算，并将其存储在内存中。
本文将介绍单片机数字电能表的设计方案。
1. 系统结构设计数字电能表的系统结构包括传感器、信号处理电路、单片机芯片、数字显示部分和通讯接口。
传感器用于测量电压、电流等信号并将其转换为电信号。
信号处理电路将采集到的模拟信号转换为数字信号并进行滤波和放大处理。
单片机芯片负责处理信号并实现计算，测量功率、电能、电量等。
数字显示部分将计算结果以数字形式展示出来。
通讯接口用于与计算机、集中抄表系统等外部设备进行数据通讯。
2. 系统功能设计数字电能表的主要功能包括：测量电量、功率、电流、电压等参数；统计电量、功率等负荷分布；完成智能电网的控制和管理；提供数据采集和远程通讯功能等。
3. 硬件设计3.1 传感器设计传感器主要包括电压、电流互感器以及电能表表芯等，其中电压互感器和电流互感器将采集到的电信号转换为电压信号和电流信号，电能表表芯则用于计量电能。
应选择准确可靠的传感器，以保证数字电能表的精度和稳定性。
3.2 信号处理电路设计信号处理电路主要完成信号转换、滤波和放大作用。
转换模拟信号为数字信号是数字电能表工作的前置条件。
采用滤波技术可有效降噪，提高系统稳定性。
应选择具有较高增益、较低噪声、抗干扰能力强的运放等器件。
3.3 单片机设计单片机芯片是数字电能表的核心部分。
MCU通常采用单片机，具有高精度、运算速度快、易于编程、易于扩展等优势。
应根据用户需求选择不同类型的MCU，如8位单片机、16位单片机等。
3.4 数字显示部分设计数字显示部分是数字电能表中的另一个重要组成部分。
可通过数码管、液晶显示屏、LED显示等形式直观地显示电能、功率、电压等参数。
应选择可靠、耐用、能够满足用户需求的显示器件。
3.5 通讯接口设计通信接口可采用RS485通讯、光纤通讯、以太网通讯等形式。
RS485通讯是数字电能表中应用最广泛的通信方式，稳定性好、通讯距离远。
《多用电表的电路设计与分析》教学设计
《多用电表的电路设计与分析》教学设计教科书分析本节教科书是学生在多用电表的使用基础上进行理论探究，为充分拓展多用电表的多功能提供理论创新，为学生今后从事技术工作作好铺垫。
本节课的理论性较强，困难较大，在教学中要注意分散难点。
教学目标（一）知识与技能1．了解多用电表的性能，知道多用电表的原理。
2．掌握电阻档（欧姆表）的原理，即利用闭合电路欧姆定律方法测量电阻的阻值。
3．学会应用多用电表测量电压、电流和电阻。
（二）过程与方法1．通过对欧姆表原理的分析，提高学生综合应用知识解决问题的能力。
2．通过应用多用电表测量电阻和电压，培养学生的动手实践能力。
（三）情感、态度与价值观教学重点多用电表的电路设计与分析原理。
教学难点多用电表的电路设计与分析原理。
教学方法探究、讲授、讨论、练习教学媒体投影仪、多用电表(指针式、数字式)、小灯泡、电池、电键、导线(若干)、二极管教学过程(一)引入新课教师:我们已经学习过电路的串联和并联,下面请同学们说一说串联和并联电路的特点.（学生可以回答，效果可以）(二)进行新课1、小量程电流表G（表头）（1）主要构造：永久磁铁和可转动的线圈（2）工作原理：通电后，线圈在磁场力的作用下带动指针偏转，指针的偏角θ与通过指针的电流强度I 成正比（这个环节可以用肢体语言表示电流表的表头，指针与电流强度的关系，提高学生的兴趣，学生积极的参加，效果不错）2、思考:已知一电流计内阻Rg=120Ω,满偏电流Ig=3mA ，能直接在电压U=6V 的电源上吗？若不能，给可用的电阻，你能想法使它接在电源上吗？（这个环节让学生明白我们这节课为什么要进行电表的改装）3、电流表改装电压表的原理串联一个电阻，分担一部分电压电路分析（如右图）：满偏电压： 分压电阻：电压表内阻： 例1、实验室常用的两个量程电压表原理图,当使用O 、A 两个接线柱时，量程为3V ；当使用O 、B 两个接线柱时，量程为15V 。
已知电流计内阻Rg=500Ω，满偏电流Ig=100μA 。
万用表电路的设计与组装
万用表电路的设计与组装一、引言通过设计熟练掌握万用表的组成结构、原理，明确组成万用表的各种电路的优缺点，能根据给定的技术参数，主要是表头灵敏度、内阻、波段开关结构、各档量程要求等，选择合适的电路设计万用表线路。
提高学生结合实际综合考虑间题的能力，要求能看懂各种万用表电路图，做到触类旁通，进一步提高学生识图、绘图和计算电路的能力。
二、试验目的1.了解简单的万用表的简单电路.2.计算出所有电阻元件的阻值，并进行组装.3. 对成功组装的万用表的准确度，电压灵敏度等性能指标进行测试.三、MF30型指针万用表的简易实验电路图1是简易万用表的实验电路。
是微安表头。
电流，电阻,电压等被测信号经过输入电路和变换电路后，变成微安级电流，再流经表头，使指针偏转，从而指示出被测量值。
该万用表有四种功能、八个档级。
档级的转换靠单级多位开关中单级触点位置的改变来实现。
（-）点，接表头负极，是所有测量档的公共接点，通常接黑色表笔。
（+）通常接红色表笔，改变多位开关中单极的位置，可以选择所需的测量功能档。
四、万用表的几个重要参数1. 准确度万用表示值与被测量真值的一致程度称为万用表的准确度。
它反映了测量结果的基本误差的大小。
同一块万用表，不同功能档的准确度也不尽相同。
2. 表头灵敏度万用表所用表头的满量程值称为表头灵敏度。
一般为—。
值越小，灵敏度越高，万用表的性能也越好。
3. 表头内阻表头内线圈及上下两层盘丝的直流电阻之和称为表头内阻。
万用表表头内阻多在几百到几千欧之间。
一般来说，灵敏度越高，内阻越大。
但灵敏度相同的表头，内阻也不尽相同。
这是因为，在制造相同表头时，所选用的线圈和盘丝的阻值很难做到完全一致。
4. 直流电压灵敏度直流电压档的内阻与该档满量程电压的比值称为直流电压灵敏度，用表示。
可写成（1）电压灵敏度单位是或，简称每伏欧姆数。
电压灵敏度越高，万用表的性能也越好。
5. 直流电流档的内阻电流表内阻的大小决定于表头内阻及分流电阻的大小。
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5.5 电表电路的设计普通的模拟电表中最常见的是以磁电式电流表(又称表头)作为指示器，它具有灵敏度高、准确度高、刻度线性以及受外磁场和温度影响小等优点，但其性能还不能达到较为理想的程度。
在某些测量电路中，要求电压表有很高的内阻，而电流表的内阻却很低，或需要测量微小的电压、电流等。
将集成运放与磁电式电流表相结合，可构成内阻大于10MΩ／V的电压表和内阻小于1Ω的微安表等性能优良的电子测量仪表。
一、设计原理普通的模拟电表中最常见的是以磁电式电流表(又称表头)作为指示器，具有灵敏度高、准确度高、刻度线性以及受外磁场和温度影响小等优点，但其性能还不能达到较为理想的程度。
某些测量电路中，要求电压表有很高的内阻，而电流表要有很小的内阻。
将集成运放与磁电式电流表结合，可构成内阻大于10MΩ／V的电压表和内阻小于1Ω的微安表等性能优良的电子测量仪表。
1.直流电压表和电流表（1）直流电压表根据被测直流电压是从运放正相输入端还是反向输入端接入，可将直流电压表分为同相输入式和反相输入式两种。
直流电压表的表头总是接在运放的输出端。
图5-5-1所示即为同相输入式直流电压表，被测信号Vx接与运放的同相输入端。
图（a）是原理电路，图（b）是扩展为多量程的实际电路。
图5-5-1 同相输入式直流电压表下面分析图5-5-1（b ）所示电路的工作原理。
在放大器的输出端接有量程为150mV 的电压表，它由200μA 表头和750Ω的电阻（包括表头内阻）串联而成。
当输出电压Vx=25mV 时，输出mV mV V R Vo X FR 150********=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+= （5-5-1） 电压表达到满量程。
从图5-5-1（b ）虚线图中可知，同相输入方式的运放输入电阻非常大，所以电路可看作是内阻无穷大的直流电压表，它几乎不从被测电路吸收电流。
通过电阻分压器可扩大量程，分压后的电压在同相输入端的值+V 均不超过25mV 。
反相输入式电压表与同相输入式电压表的差别在于它的放大倍数为1R R F -,表头在输出端的极性应与图5-5-1相反，输入电阻应为1R ,不能达到很大。
（2） 直流电流表直流电流表测量的实质是将直流电流转换成电压。
仿照直流电流表的构成原理，电流表把表头接在运放的输出端，通过改变反馈电阻即可改变电流表的量程。
由于电流表希望内阻越小越好，所以被测电流x I 常由运放的反相输入端加入。
这里介绍将表头接在反馈回路的直流电流表，其原理电路如图5-5-2（a ）。
电阻M R 为表头内阻，表头流过的电流就是被测电流，即X F I I = （5-5-2） 且与表头内阻M R 无关。
电流表的内阻很小，约为 voM i A R R +=1 （5-5-3）其中VO A 为运放的开环电压放大倍数。
图5-5-2（b ）为高灵敏度直流电流表电路。
由虚短原则+-=V V ,可推导出表头流过的电流与被测电流的关系为X I R R I ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=211 (5-5-4)图5-5-2 直流电流表电路可见，被测电流X I 小于流过表头的电流I ，所以提高了电流表的灵敏度。
利用运放和100μA 的表头构成的直流电流表，适当选取参数，可实现量程为10μA 、内阻小于1Ω的高精度电流表，这是普通微安表所达不到的。
2. 由运放构成的线性整流电路在对交流电压和电流进行测量时，常常是先将它们进行整流，使交流量变换成直流量，然后再测量。
再直流电压表的基础上，将二级管整流电路接在运放的反馈回路中，即得到全波整流电路，如图5-5-3所示。
当输入电压i v 为正半周时，因运放为反相输入方式，其输出o v 为负半周，二极管2D 和4D 导通，负载L R 上电压为正，即0〉L v ；当输入0〈i v 时，0〉o v ，二极管1D 和3D 导通，负载上的电压仍为正，即0〉L v ，因而得到全波整流电压。
二极管伏安特性的非线性影响很小可忽略不计，因而实现线性整流。
负载电压平均值与输入电压有效值（因输入为正弦电压）之间的关系为i L V V 9.0= （5-5-5） 利用整流电路和微安表可构成交流电压表和电流表。
3. 交流电压表和电流表 （1） 交流电压表精密半波整流交流电压表电路如图5-5-4所示，它由精密半波整流电路和分压电阻构成。
因为被测电压为交流，所以接在运放输出端的是交流电压表。
图5-5-4 精密半波整流交流电压表图5-5-4虚线框内部分即为精密半波整流电路，它相当于量程为50mV 、内阻接近无穷大的交流电压表。
当同相输入端电压的有效值为+V =50mV 时，流过微安表的电流平均值I 为200μA 。
输出电压为半波整流电压，其平均值为X i F F O V K R R V R R V ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+11145.0145.0 (5-5-6) 其中，X V 为被测交流电压有效值，i K 为不同量程的分压系数。
图5-5-5中流过微安表的电流I 是被测交流电压经过整流而形成的，与X V 成正比，所以测量I 即是测量X V 。
由于I 为直流，顾交流电压表的刻度是均匀的。
根据（5-5-6），可计算出各分压电阻的阻值。
（2） 交流电流表将图5-5-3的精密全波整流电路稍加改动，即可构成图5-5-5所示的交流电流表。
其工作原理实质上市将被测电流经已知电阻转换成电压，再利用电压表进行测量。
图5-5-5（a ）中微安表头是经过整流桥接入反馈电路的，所以流过表头的为全波整流电流，它指示的是电流的平均值I ，若被测电流为正弦电流，则X I I 9.0= (5-5-7) 其中，X I 为被测电流有效值。
上式说明，微安表的指示只取决于X I ，而与微安表内阻及二极管的非线性无关，因此其刻度也是均匀的，具有较高的测量精度。
若要测量较大电流，则需扩大电流表的量程，图5-5-5（b ）即为一个多量程的交流电流表。
其测量的实质是将被测电流经已知电阻转换成电压，再利用电压表进行测量。
图5-5-5 交流电流表4.电阻测量电路普通万用表的欧姆档有测量精度不高的问题:当被测电阻X R 与该挡的等效内阻（即中值电阻）Z R 比较接近时，测量值较准确，但当X R >>Z R 时只能大致估计X R 的阻值,因为其刻度不均匀。
利用运放构成的欧姆表，可测量电阻的精度大大提高，并可获得线性刻度。
（1）线性刻度欧姆表由反相比例接法的运放即其外围电路构成的欧姆表如图5-5-6所示。
被测电阻X R 作为运放的负反馈电阻接在输出端和反相输入端之间。
输入信号电压Z V 固定，取自稳压二极管。
不同阻值的输入电阻1R 组成不同的电阻量程。
当Z V 和R 已知时，有输出电压Z X O V R R V 1-= (5-5-8)图5-5-6 线性刻度欧姆表上式表明，O V 与被测电阻X R 成正比，由线性欧姆刻度的电压表即可读出电阻X R 的阻值 1R V V R ZO X -= (5-5-9)式中O V <0。
欧姆表的刻度呈现性是由于它测量的实质是将电阻转换成直流电压，再用电压表测量，所以此电路亦称欧姆-电压转换器。
由于输入端失调引起的不平衡，可用开关2S 及运放1、5脚进行调零来调整（具体调零电路的连接方法可参阅3-13节），以提高测量精度。
（2）电桥测量电路图5-5-7所示为利用电桥平衡原理测量电阻的欧姆表电路，它实质上式一个差分输入运放放大器电路。
图5-5-7 电桥测量电路被测电阻X R 接在同相输入端与地之间。
运放的输入为电桥的电源，调节电阻W R 的大小，使输出电压为零，相当于电桥平衡。
由差分比例运算关系的条件，可导出12R R R R WX = (5-5-10)即W O W X R K R R R R ∙=∙=12 (5-5-11)其中，O K 为欧姆表的倍率，当2R 取不同阻值时，即构成不同倍率的电阻挡量程。
WR 为带有刻度指示的可变电阻。
这种平衡电桥测量电路大大提高了精度，测量结果与输入无关，其精度取决于W R 的线性度以及调零的准确与否。
二极管1D 、2D 起输出限幅保护的作用，R/2为电源S V 的限流电阻。
二、设计任务设计一个模拟万用表。
技术要求如下： 1. 直流电压测量范围：（0~15V ）±5%。
2. 直流电流测量范围：（0~10mA ）±5%。
3. 交流电压测量范围及频率范围：有效值（0~5V ）±5%,50Hz~1kHz 。
4. 交流电流测量范围：有效值（0~10mA ）±5%。
5. 欧姆表测量：0~1k Ω。
6. 要求自行设计CC V 和-EE V 直流稳压电源(不含整流与滤波电路)。
7. 要求采用模拟集成电路，器件自选。
8. 采用0μA 直流表，要求测试出其内阻M R 数值。
9. 量程的转换调节要方便直观。
三、设计报告要求1.按照设计任务玩曾电表电路设计，画出设计电路图。
2.根据设计任务中的技术指标，对所设计的电压表、电流表、电阻器进行调试、检测。
3.计算误差范围，分析误差原因，确定所设计电压表的精度。
四、思考题1.电压表内阻不够高，而电流表内阻不够低，则所设计的万用表在测量时回有什么影响？2.影响交流表测量频率的有哪些因素？为什么？五、实验仪器即主要器件 1.仪器双踪示波器 1台 直流稳压电源 1台 毫伏表 1台 万用表 1台 低频信号发生器 1台 2.元器件模拟运算放大器 若干 整流二极管 若干 磁电式电压表（50μA 或100μA ） 1只 电阻、电容。