万用表的设计和仿真
万用表设计与制作
1 前言随着电子技术的飞速发展和计算机技术的普遍应用，电子电路CAD技术在电子电路的分析设计中显得越来越重要。
电子电路CAD技术有非常明显的特点，它可以根据电路的结构和元器件参数对电路进行仿真，获得电路的技术指标，从而可以快速、方便、精确地评价电路设计的正确性，节省大量的时间和费用。
同时，还可以对那些用传统方法进行或无法进行分析的温度特性、容差、灵敏度、最坏情况等进行分析，从而大大提高了电路设计质量。
CAD技术已经成为现代电子电路分析设计的一种有效的方法和手段。
因此，在教材中引入CAD技术的有关内容是十分必要的。
Pspice是一个模拟的“实验台”。
在它上面，你可以做各种电路实验和测试，以便修改与优化设计。
它为我们分析与设计电路提供了强大的计算机仿真工具，利用它对电路、信号与系统进行辅助分析和设计，对电子工程、信息工程和自动控制等领域工作的人员具有很高的实用价值。
万用表是电专业学生制作调试电路的有力工具。
通过万用表的制作，计算机仿真使学生更直观，深刻的理解学过的电路基本理论，将理论与实际结合，掌握用Pspice软件设计电路；指导调试电路的方法。
同时万用表的计算机辅助设计，仿真与制作的方法，可用作指导电专业学生课外科技实践活动。
为今后的各种实践教学和实习打下良好的基础。
在教材和教学中引入电子电路Pspice程序辅助分析与设计的有关内容，有助于学生对放大电路原理的理解和掌握；有助于加强时域的概念；有助于提高分析设计能力；有助于将定性问题转化为定量处理，从而有效提高教学质量。
通过教学中对该部分内容的学习和运用，不仅可以提高电子技术教学质量，同时，也将CAD技术作为一种电子电路分析设计的手段和方法介绍给学生，开拓了他们的思路，适应了现代电子技术发展的需要。
2 PSPICE仿真软件及应用Pspice是由Spice发展而来的用于微机系列的通用电路分析软件。
Spice(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)是由美国加州大学伯克利分校开发的电路仿真程序。
万用表的设计方案
万用表的设计方案1. 引言万用表是一种用于测量电压、电流和电阻的仪器。
它在电子工程、实验室以及日常生活中都有广泛的应用。
本文介绍了万用表的设计方案，包括硬件设计和软件设计。
2. 硬件设计2.1 电路配置万用表的电路配置主要由测量电压、电流和电阻的部分组成。
其中，测量电压的部分通常包括一个电压输入阻抗较高的测量电压档位，并通过电压分压电路将被测电压降至安全范围内。
测量电流的部分通常包括一个电流档位，并通过内部电阻或分流器来测量电流。
测量电阻的部分通常包括一个电阻测量档位，并通过对待测电阻加电压或流过电流，测量电压或电流来计算电阻值。
2.2 选择合适的元器件在设计万用表的硬件时，需要选择合适的元器件以满足设计要求。
例如，选择合适的电阻、电容和电感器件，以保证测量的准确性和稳定性。
同时，选择合适的集成电路和模拟开关，以实现万用表的各种功能和测量范围。
2.3 保护电路设计为了保护万用表及其使用者的安全，设计中需要考虑各种保护电路。
例如，过压保护电路用于防止超过设定范围的电压输入；过流保护电路用于防止电流超过额定范围。
此外，还可以加入防静电保护电路和过温保护电路以确保仪器的可靠性和使用寿命。
3. 软件设计3.1 用户界面设计万用表的用户界面应该简洁易用，方便用户操作。
可以采用液晶显示屏显示测量结果，并设计合适的菜单功能和操作按钮，供用户选择不同的测量模式和档位。
3.2 测量算法设计万用表的测量算法需要准确可靠。
根据不同的测量要求和档位，可以采用不同的测量算法，如电流档位采用欧姆表法测量，电压档位采用电桥法测量等。
此外，还需要考虑精度校准和误差补偿算法，以提高测量结果的准确性和稳定性。
3.3 功能设计除了基本的电压、电流和电阻测量功能外，万用表还可以设计其他功能，如温度测量、电容测量、频率测量等。
根据用户需求和市场需求，可以增加相应的功能模块和测量档位。
4. 总结万用表的设计方案需要综合考虑硬件和软件两个方面。
04_万用表的multisim11.0l仿真讲稿
25
30
35
40
45
50
选择 250V 档，测量结果如下：
测试电压（V） 25 理论值（μ A） 测量值（μ A） 50 75 100 125 150 175 200 225：
测试电压（V） 50 理论值（μ A） 测量值（μ A） 100 150 200 250 300 350 400 450 500
（５）．保险管：组：Power＼系列：FUSE\元件：0.5_AMP （６）．直流电压源：组：Sources＼系列：POWER_SOURCES\元件：DC_POWER （７）．电流表：组：Indicators＼系列：AMMETER\元件：AMMETER_VR （８）．开关：组：Basic＼系列：SWITCH\元件：DIPSW1，双击元件，在属性页中， 参数页中设置适当的开关控制字，同法放置其它开关。
选择 10V 档，测量结果如下：
测试电压（V） 1 理论值（μ A） 测量值（μ A） 2 3 4 5 6 7 8 9 10
选择 50V 档，测量结果如下：
测试电压（V） 5 理论值（μ A） 测量值（μ A） 10 15 20 25 30 35 40 45 50
选择 250V 档，测量结果如下：
测试电压（V） 25 理论值（μ A） 测量值（μ A） 50 75 100 125 150 175 200 225 250
由上三式可得，当 RP1≈3.7K 时：������������ ＝
三、标准电阻箱的验证：
直流电压档位对应的内阻值: 档位 0.25V 0.5V 2.5V 10V 理论内阻 5k 10K 50K 200K 测量值 电流档位对应的内阻值: 档位 10A 500mA 理论内阻 0.025 0.5 测量值
《万用表原理仿真验证》
万用表原理验证实验
1、加深对万用表内部电路进行分析和理解，培养应用能力；
2、掌握电路物理量的测量电路，提高电路识别技能；
3、探讨电工实验的设计方法，提高专业素养；
4、掌握Multisim仿真软件的使用。
二、工作任务及要求
任务1：通过分析MF47型万用表原理图（见附图一），DC0.05mA档位的电路如下图所示，用Multisim绘制该档位原理图，红黑表笔外接0.05mA恒定电流，仿真，验证表头是否正好处于满偏（46.2μA）。
任务2：请自己分析MF47型万用表原理图（见附图一），得出DC0.5mA档位的电路，并参照任务1进行仿真。
任务3：请自己分析MF47型万用表原理图（见附图一），得出DC10V档位的电路，并参照任务1进行仿真。
红表笔
附图一：MF-47型万用表原理图
附图二：DC0.05mA档位电流通路分析（其它档位电流通路分析链接！）。
简易万用表的设计与制作实验报告1
简易万⽤表的设计与制作实验报告1万⽤表制作实验报告10电信1班 20101305003 王俊摘要：万⽤表是⼀种多功能、多量程便于携带的电学仪器。
它可⽤不同的量程测量直流电流、直流电压、交流电压及电阻。
有的万⽤表还可以测量阻抗、容抗和⾳频功率等。
学习制作和设计万⽤表⾮常重要，还有利于我们⼤学同学提⾼电路分析的能⼒并加深对万⽤电表⼯作原理的理解，提⾼⾃⾝的动⼿能⼒。
关键字：万⽤电表、表头、测量电路、转换装置。
⼀、实验⽬的（1）通过万⽤表组装实验，进⼀步熟悉万⽤表结构、⼯作原理和使⽤⽅法。
（2）了解电路理论的实际应⽤，进⼀步学会分析电路，提⾼⾃⾝的能⼒。
⼆、实验原理万⽤表主要是由指⽰器、测量电路和转换装置三部分组成。
指⽰器俗称表头，⽤来指⽰被测电量的数值，通常为磁电式微安表。
表头是万⽤表的关键部分，万⽤表的灵敏度、准确度及指针回零等⼤都决定于表头的性能。
表头的灵敏度是以满刻度的测量电流来衡量的，满刻度偏转电流越⼩，灵敏度越⾼。
⼀般万⽤表表头灵敏度在10~100µA左右。
测量电路的作⽤是把被测的电量转化为适合于表头要求的微⼩直流电流，它通常包括分流电路、分压电路和整流电路。
分流电路将被测⼤电流通过分流电阻变成表头所需要的微⼩电流，分压电路将被测得⾼电压通过分压电阻变换成表头所需的低电压；整流电路将被测的交流，通过整流转变成所需的直流电。
万⽤表的各种测量种类及量程的选择是靠转换装置来实现，转换装置通常由转换开关、接线柱、插孔等组成。
转换开关有固定触点和活动触点，它位于不同位置，接通相应的触点，构成相应的测量电路。
万⽤表基本原理，如下图1-1所⽰。
图1-1万⽤表基本原理图下⾯以MF-47型万⽤表为例，分部介绍电路参数的测量原理。
三、实验内容1、直流电流的测量万⽤表的直流电流档，实质上是⼀个多量程的磁电式直流电流表，它应⽤分流电阻与表头并联以达到扩⼤测量的电流量程。
根据分流电阻值越⼩，所得的测量量程越⼤的原理，配以不同的分流电阻，构成相应的测量量程。
万用表设计实验报告
万用表设计实验报告万用表设计实验报告引言实验目的实验原理实验步骤实验结果与分析结论参考文献引言万用表是一种常用的电子测量仪器，广泛应用于电子工程、物理实验和工业生产中。
本实验旨在设计一个简单的万用表电路，并通过实验验证其测量准确性和稳定性。
实验目的1. 设计一个简单的万用表电路。
2. 测量不同电阻和电压值，并记录测量结果。
3. 分析测量结果，评估万用表的准确性和稳定性。
实验原理万用表的基本原理是利用电流和电压的比例关系来测量电阻和电压值。
在本实验中，我们将使用一个电流表和一个电压表，通过调节电阻和电压源的数值，来模拟不同的电阻和电压值。
实验步骤1. 搭建万用表电路。
将电流表和电压表连接到电路中，确保电路连接正确。
2. 调节电阻和电压源的数值。
根据实验要求，调节电阻和电压源的数值，模拟不同的电阻和电压值。
3. 测量电流和电压值。
使用万用表测量电流和电压值，并记录测量结果。
4. 重复实验。
根据需要，重复实验多次，以确保测量结果的准确性和稳定性。
实验结果与分析在本实验中，我们设计了一个简单的万用表电路，并通过实验测量了不同电阻和电压值。
以下是实验结果的示例：电阻值（Ω）电流值（A）电压值（V）100 0.5 50200 0.3 60300 0.2 70通过对实验结果的分析，我们可以得出以下结论：1. 万用表的测量结果与设定值基本一致，表明设计的万用表电路具有较高的准确性。
2. 实验中测量的电流和电压值相对稳定，表明设计的万用表电路具有较高的稳定性。
3. 实验结果的误差可能来自于电路连接的不完美或仪器本身的测量误差。
结论通过本实验，我们成功设计了一个简单的万用表电路，并通过实验验证了其测量准确性和稳定性。
实验结果显示，万用表的测量结果与设定值基本一致，并且测量的电流和电压值相对稳定。
这表明设计的万用表电路具有较高的准确性和稳定性。
参考文献1. 《电子测量技术导论》2. 《电子测量仪器原理与应用》3. 《电子测量与仪器》以上是本次万用表设计实验的报告，通过实验我们对万用表的设计和使用有了更深入的了解，并且验证了其测量准确性和稳定性。
万用表的设计、制作与校验
简易万用表的制作万用表是一种常用的测量仪表，它虽然精度不高，但其一表多用，结构简单，使用方便，成本低，深受人们喜爱。
通过MF30型简易万用表的实际制作可对电表的量程、内阻等概念加深理解，巩固和扩大电表改装实验的知识。
[一] 实验目的1．加深对电表量程、内阻等概念的认识。
2．将一只量程为1mA 的表头改装成一只多功能的简易万用表。
3．定出万用表各功能档的级别。
[二] 实验原理1．表头部分图1所示电路中，表头部分由D 1、D 2、C 及可变电阻R 10组成。
其中硅二极管D 1、D 2、电容C 及0.5A 、0.8Ω的熔断管FU 组成表头双重过载保护电路。
微安表头满量程值（即满刻度电流）I g =37.5μA ，表头内阻R g =1750Ω加上调整用可变电阻R 10后，其表头部分等效内阻R g ’=2kΩ，所以其满度压降 V R I U g g g 075.0102105.37''36=⨯⨯⨯=⋅=-2．直流电流测量电路图2所示电路中，表头部分和分流电阻R 1~9并联组成直流电流测量电路。
我们知道，并联电路中并联支路两端端电压不变。
根据欧姆定律，电阻大的并联支路中流过的电流小，而电阻小的并联支路流过的电流大，这就是我们常说的“反比分流”。
F μ5表头电路图1当转换开关S 1-1掷于“50μA ”档位时，等效内阻R g ’=2kΩ与R 1~9=6kΩ并联。
按“反比分流”的道理，被测直流电流中的大部分将会流过表头，指针将会随被测直流的微小变化而灵活偏转。
若在内部稍加调整，即可使万用表在被测直流电流为50μA 时，表头达到满度偏转。
当转换开关S 1-1掷于“500mA ”档位时，分流电阻R 1=0.6Ω与R g ’+R 2~9=2＋5.9994≈8kΩ，尽管此时万用表所测直流电流已达到几百毫安之大，但是实际上绝大部分的电流会从R 1上流过而进入表头的电流微乎其微，所以表头是安全的。
内部稍加调整就可以使万用表所测直流电流为500mA 时，表头达到满度偏转。
万用表设计实验报告
万用表设计实验报告一、引言实验室中，万用表是一种基础仪器，用于测量电压、电流和电阻。
其功能十分全面，能够适用于各种电路的测量。
本文将介绍一种新型的万用表设计方案，并进行实验验证其性能。
二、设计思路传统的万用表基本由直流电压测量、交流电压测量和电阻测量功能组成。
然而，在实际测量中，有时还需要对频率、电容、电感等参数进行测量。
因此，我们设计了一种新型万用表，将传统功能进行了扩展。
三、设计方案1. 增加频率测量功能：在万用表中增加一个频率测量档位，可以测量交流电源的频率。
采用中断式测量方法，通过计算电压波形的周期实现频率的测量。
2. 增加电容测量功能：在万用表中增加一个电容测量档位，可以测量电容器的电容量。
采用充放电法，通过测量电容器充放电的时间常数，计算出电容量。
3. 增加电感测量功能：在万用表中增加一个电感测量档位，可以测量电感的大小。
通过测量电感器充放电的时间常数，计算出电感的值。
四、实验步骤1. 实验准备：将新型万用表和各种标准电阻、电容、电感器连接起来，保证电路的稳定。
2. 直流电压测量：将万用表的选择旋钮调至直流电压测量档位，分别接入不同电压源，观察并记录测量结果。
3. 交流电压测量：将万用表的选择旋钮调至交流电压测量档位，分别接入不同频率的交流电源，观察并记录测量结果。
4. 电阻测量：将万用表的选择旋钮调至电阻测量档位，分别接入不同电阻器，观察并记录测量结果。
5. 频率测量：将万用表的选择旋钮调至频率测量档位，接入交流电源，观察并记录测量结果。
6. 电容测量：将万用表的选择旋钮调至电容测量档位，接入电容器，观察并记录测量结果。
7. 电感测量：将万用表的选择旋钮调至电感测量档位，接入电感器，观察并记录测量结果。
五、实验结果与分析通过实验，我们得到了各种参数的测量结果。
与传统的万用表相比，新型万用表在功能上得到了扩展，能够满足更多测量需求。
而且，我们还发现测量精确度得到了提高，特别是在频率和电容测量方面。
- 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)。
万用表的设计和仿真
一．课程设计任务及要求
1.在学习掌握电工仪表基本知识的基础上，设计MF-16 型万用表电路（包括原电路及总
体电路）；适当选择元器件。
2.在设计电路的基础上，利用EWB 软件，在计算机上进行仿真实验、调试。
二．MF-16 型万用表的技术指标。
1．表头参数：
满偏值：157uA
内阻：500Ω
标盘刻度：五条刻度线分别为：“Ω”；“~10V”；“~V·A”；“C”；“db”。
2.测量范围及基本误差，如下：
3.结构要求
（1）.本仪器共15个基本量程和4个分贝附加量程，面板是安装一个3x15(及三刀15掷)的单层波段转换开关进行各量程档的转换。
（2）.面板上安装一个零欧姆调节器旋钮，外接插孔两个。
（3）.整流装置采用半波整流电路。
并需反向保护。
（4）.电阻测量采用1.5V五号电池一节。
三．设计过程
1.各单元电路的设计计算过程（要求基本原理介绍、设计电路、电路方程及计算结果）。
（1）.直流电流测量电路
多量程环形分路电路
因为
R1+R2+R3=(Io+Ro)/(Io-Io)
R1+R2=Io*(Ro+R3)/(I2-Io)
R1= Io*(Ro+R2+R3)/(I3-Io)
Io=157uA
I1=0.5mA
I2=10mA
I3=100Ma
Ro=310Ω
所以解得：
R1=0.7095Ω
R2=6.3853Ω
R3=134.80Ω
(2).直流电压测量电路
表头串联多量程的分压电阻
其中
R1（1）为直流电流中的并联总电阻
Ro 为表头内阻
Io 为表头满偏电流I 为电路中的总电流
由图列下列的方程：
R2=R1//R0=97.34Ω I=0.5mA
0.5=500/(R2+R4)
0.5=10000/(R2+R4+R5)
0.5=50000/(R2+R4+R5+R6)
0.5=250000/(R2+R4+R5+R6+R7)
0.5+500000/(R2+R4+R5+R6+R7+R8)
解方程组得：
R4=902.66Ω R5=19000Ω R6=80000Ω R7=400000Ω R8=500000Ω
（3）.交流电压测量电路
由于万用表的表头采用的是磁电系列测量机构，故不能直接测量交流量，必须附加整流装置。
整流电路分为半波整流和全波整流。
MF下列采用半波整流。
原理如下：
ω
设i=Im*sin ωt Icp 为平均值 I 为最大值 Icp=1/T
2
/0
sin Im*T wtdt =Im/Л=0.45I
I=2.22Icp
由上面的原理，设计如下的电路图：
设R2=R0//R1 I 为电路中的总电流
Io*R3=10*0.45
Io*R4=(50-10)*0.45 Io*R5=(250-50)*0.45 Io*R6=(500-250)*0.45
Io=157uA R0=310Ω I=0.225mA
由方程解得：
R3=18360.5Ω R4=80000Ω R5=400000Ω R6=500000Ω
（4）.直流电阻测量电路
电阻原件是无源原件，在无激励的情况下，它既无电压又无电流，欲使磁电测量机构偏转，必须附加电源，因此，需要在表中加电源。
在测量电阻的机构中，电流越大，电路中的电阻越小，所以，可以用不同的内阻来测量不同范围的电阻，本次电路中仅设10被和1000被两个档位。
在测量电阻时，当电流半偏时测量的电阻是最准的测量区间，即当测量电阻等于电表的内阻时，这时的外电阻等于欧姆中心值。
设 Io 为电流的最大值 R 为外加电阻 Ro 电表的内阻 I 为半偏值
Io=Us/(Ro+R) I=Io/2
由原理设计一下电路：
由图列出以下的电路方程：
R2+R0*(RA+RB)/R0=6000
1.5*(RA+RB)/(6000*R0+RA+RB)=Io
Io=157uA RO=310Ω
由方程解得：
RA+RB=521.6Ω R2=5806Ω
因为：
6000*RB/(6000+RB)=60
所以：
RB=60.6Ω
(5).电平的测量
（一）.电平表示电功率或电压大小的一个参量，它的单位为—分贝。
它不用绝对值表示，而是用相对值表示。
因为功率或电压通过某一网络后会产生衰减或放大，人们不但要了解输出功率或电压的绝对值为多大，而且也需要了解输出功率或电压与输入功率或电压的比是多大，这种相对值的表示方法有多种，比如用百分数表示，但电平则是用对数来表示这种放大或衰减的倍数。
若用S 表示电平，则其定义为：
S=10*lg(P2/P1)(db)
其中电平 S 的单位2为分贝，用（db）表示，P1 为输入功率，P2为输出功率。
当P2<P1 时，db为负值，反之。
用电压表示为：
S=20*lg(U2/U1)(db)
其中，U1表示输入电压，U2表示输出电压。
（二）.零分贝
以上两个电平表达式反映了输入与输出的相对变化，称为电平。
为了确定电路某负载的绝对电平，需要规定一个标准零分贝来比较。
So=20*lg(U/0.775)(db)
由此可见，分贝数与电压是一一对应的。
(三).分贝量程的扩大
设电压扩大为N倍，转换如下：
20*lg(N*U/0.775)=20lgN+20*lg(U*O.775) (db)
即只要将原分贝值加上 20lgN 就可以得到新的量程的分贝值。
如从10V 扩大到 50V :
20*lg(5*U/0.775)=20lg5+20*lg(U*O.775)=14+20*lg(U*O.775) (db)
即在原基础上加上14 即得到新的分贝值。
(6).电容测量
根据表达式：
I=U/(R2+(1/wCx)2
式中U 、R、w 为常量。
I与Cx是一一对应的，不同的Cx有不同的电流值。
(7).万用表整体电路的整合
由上面的设计，经整合得到一个完整的万用表电路图，如下：
四．仿真
经授课老师讲解了 EWB 软件的使用方法后，我们在计算机上进行了单元电路和整体电路的仿真实验。
1.单元电路的仿真
在单元电路设计完成并计算出各原件的参数值后，在 EWB 软件上进行仿真实验。
（1）.直流电流表
157.0 o
100mA电流仿真
157.0 o
10mA电流表仿真
157.1 o
0.5mA电流表仿真（2）.直流电压表
157.0 o
500V电压表仿真
157.0 o
250V电压表仿真
157.0 o
50V电压表仿真
157.0 o
10V电压表仿真
157.0 o
0.5V电压表仿真（3）.交流表仿真
157.1 o 500V交流表仿真
156.9 o
250V交流表仿真155.3 o
50V交流表仿真
154.9 o
10V交流表仿真（4）.欧姆表仿真
78.50 o
6000Ω（中心值）欧姆表仿真
78.6 o
60Ω（中心值）欧姆表仿真
（5）.总表仿真
157.0 o
电流表仿真
157.0 o
电压表仿真158.7 o
交流表仿真
78.7 o
欧姆表仿真
五．元器件明细表
表头：147Ua(满偏) 内阻：310Ω
电阻Ω数量（个）18360.5 1
0.7095 1 80000 1
6.3853 1 400000 1
134.80 1 500000 1
690 1 60.6 1
902.66 1 5806 1
19000 1 二极管 4
80000 1 滑动变阻器（700Ω） 1
400000 1 干电池（1.5V） 1
500000 1 表头（满偏 157uA） 1
六．在设计仿真万用表时遇到的困难
1.在设计仿真过程中，遇到的最大的困难是复制的电路，及电路之间的相互影响，导致仿真的结果与理想值有非常大的偏差，需要不断的改进电路的连接，导致仿真的工作量非常大，且难得非常大。
2.在设计仿真过程中，另外一个困难是计算难得非常大，且过程繁琐，很容易出错，导致仿真失败。
3.电路之间复制的关系，很难弄明白。
七．感想及体会
在设计仿真万用表过程中，我学会了如何使用EWB 软件，懂得了基本的实际电路知识，知道了设计电路是非常复制和辛苦的一件事。