数字万用表设计实验 (4)
实验课4-电路基础实验报告
图 6 改变 Ri 的阻值,记录对应的 I1(实验 5-2)
图 7 改变 R 的阻值,记录对应的 U2(实验 5-2) 4. 数据记录与处理
实验 5-1:测试电压控制电压源和电压控制电流源特性
给定值
U1(V) 0
vcvs 测量值 U2(V) 0
表 5-1
0.5Biblioteka 11.0068 2.0106
6
1.5 3.0124
表 5-6
给定值 测量值
计算值
Ri(kΩ) I1(mA) I2(mA)
α
3 0.4876 1.0092 2.0697
2.5 0.5808 1.2093 2.0821
2 0.7197 1.5120 2.1009
1.5 0.9414 2.0087 2.1337
1 1.3671 3.0076 2.2000
5 9.0300 6.0200 1.5109 1.0073
表 5-3
给定值 测量值
计算值
R(i kΩ) 1 I1(mA) 1.3647 U2(V) -1.4940 rm(Ω) -1.0947
2 0.7153 -0.7475 -1.0450
3 0.4866 -0.5001 -1.0277
表 5-4
给定值 测量值
2 4.0144
2.5 5.0170
计算值 μ / vccs 测量值 Is(mA) 0
计算值 gm(s) /
2.0136 0.5035 1.0070
2.0106 1.0068 1.0068
表 5-2
2.0083 1.5097 1.0065
2.0072 2.0130 1.0065
2.0068 2.5162 1.0065
数字电表原理及万用表设计实验
数字电表原理及万用表设计实验1引言数字电表和万用表是电子技术领域中使用广泛的测试工具。
随着电子技术的不断发展,数字电表和万用表的功能也在不断升级。
本文将介绍数字电表的原理和万用表设计实验,并探讨数字电表和万用表在实践中的应用。
2数字电表的原理数字电表是用数字表示电信号的测试工具。
它通过合理的电路设计和数字处理技术,将电信号转换为数字量表示。
数字电表广泛应用于电子、通信、电力等行业中,其精度和速度都比模拟电表更高。
数字电表的原理是利用模数转换器(ADC)和数字处理器(DSP)将模拟电信号转化为数字量表示。
模数转换器将模拟电信号转化为数字信号,数字处理器将数字信号处理为显示数字或计算相关参数。
数字电表一般具有多种测量功能,如电压、电流、电阻、频率、电容等。
数字电表的特点是测试精度高、速度快、易于读数、使用方便等。
3数字电表的使用方法数字电表的使用方法通常是先选择要测试的参数,如伏特表测试电压,欧姆表测试电阻,赫兹表测试频率等。
如果测试电流,则需将电流表红黑表钳接到被测试的电路中,然后通过单位选择开关选择合适的度量单位。
使用数字电表的时候,应注意以下事项:-仪器和被测电路之间的连接应牢固、稳定;-测量前应先确认被测电路是否已断电;-测量时应根据电路的特性选择正确的测试方法和测量范围;-在测试过程中,应避免突然接通或切断电路,以免损坏数字电表。
4万用表设计实验万用表是实验室中常用的测量仪器之一。
它可以测试电压、电流、电阻、电容、电感、频率、温度等多种物理量。
万用表的设计实验可以帮助学生掌握万用表的原理和功能,并提高学生的实验技能。
设计万用表的实验主要包括以下内容:-万用表的电路图设计;-万用表电路的调试和测试;-测试万用表的精度和稳定性。
在万用表的设计中,需要考虑电路图的合理性和可靠性,如采用合适的分压电路,使得万用表能够适应不同范围的电压测量;还要考虑万用表的精度和稳定性,如选择合适的电阻、电容等元器件,确保万用表的测量精度和仪器稳定性。
万用表实验设计
一系统原理数字式万用表的基本原理是利用一只灵敏的磁电式直流电流表(微安表)做表头。
当微小电流通过表头,就会有电流指示。
但表头不能通过大电流,所以,必须在表头上并联与串联一些电阻进行分流或降压,从而测出电路中的电流、电压和电阻。
1.1测直流电流原理如图1a所示,在表头上并联一个适当的电阻(叫分流电阻)进行分流,就可以扩展电流量程。
改变分流电阻的阻值,就能改变电流测量范围。
1.2测直流电压原理如图1b所示,在表头上串联一个适当的电阻(叫倍增电阻)进行降压,就可以扩展电压量程。
改变倍增电阻的阻值,就能改变电压的测量范围。
1.3测交流电压原理如图1c所示,因为表头是直流表,所以测量交流时,需加装一个并、串式半波整流电路,将交流进行整流变成直流后再通过表头,这样就可以根据直流电的大小来测量交流电压。
扩展交流电压量程的方法与直流电压量程相似。
1.4测电阻原理如图1d所示,在表头上并联和串联适当的电阻,同时串接一节电池,使电流通过被测电阻,根据电流的大小,就可测量出电阻值。
改变分流电阻的阻值,就能改变电阻的量程。
图1 测量原理图二系统结构组成图2 系统结构组成图图中虚线框表示直流数字电压表DVM(Digital Vo1tMeter),它由阻容滤波器、前置放大器、模数转换器A/D、发光二极管显示器LED或液晶显示器及保护电路等组成。
在数字电压表的基础上再增加交流一直流转换器AC/DC、电流—电压转换器I/v和电阻一电压转换器Ω/V。
三系统特点、同类产品比较3.1系统特点●技术成熟●性价比高●结构合理3.2同类产品比较此数字万用表主电路采用典型数字表集成电路CS7106,久经考验,性能稳定可靠,与同类型产品比较,由于技术成熟、应用广泛而产生的规模效益使价格低到需者皆可拥有,具有精度高、输入电阻大、读数直观、功能齐全、体积小巧等优点,常用电气测量轻松自如,安装简单,双板结构,集成电路CS7106采用双列直插封装,只要有一般电子装配技术即可成功组装。
数字万用表设计实验
数字万用表设计实验By 金秀儒物理三班Pb05206218实验题目:数字万用表设计实验 学号:pb05206218姓名:金秀儒实验目的:1.掌握数字万用表的工作原理、组成和特性2.掌握数字万用表的校准方法和使用方法3.掌握分压及分流电路的连接和计算4.了解整流滤波电路和过压过流保护电路的功用实验仪器:1. DM-Ⅰ数字万用表设计性实验仪2. 三位半或四位半数字万用表实验原理:数字万用表的基本组成图1 数字万用表的基本组成模数(A/D )转换与数字显示电路数字信号与模拟信号不同,其幅值(大小)是不连续的。
将被测量与最小量化单位比较,并把结果四舍五入取整后变为十进制起段显码显示出来。
一般N ≥1000即可满测量精度要求。
常见数字表头最大示数为1999,称为三位半(213)数字表。
数字测量仪表的核心是模/数(A/D )转换、译码显示电路。
A/D 转换一般又可分为量化、编码两个步骤。
本实验用实验仪,核心为一个三位半数字表头,由数字表专用A/D 转换译码驱动集成电路和外围元件、LED 数码管构成。
该表头有7个输入端,包括2个测量电压输入端(IN +、IN-)、2个基准电压输入端(V REF+、V REF -)和3个小数点驱动输入端。
数字显示屏(LED 或液晶)模数转换,译码驱动基准电压 小数点驱动(配合被测量与量程)过压过流保护过压过流保护分档电阻(量程转换)分压器(量程转换)分流器(量程转换)交流直流变换器 (放大、整流、滤波)直流 被测量 输 入交流V REF电流电压电阻 V IN直流电压测量电路在数字电压表头前加分压器,可扩展直流电压测量的量程。
如图:分压比为 2120rr r U U i += 扩展后的量程为 02210U r r r U i +=考虑到电压表的输入阻抗,设计实用分压电路如图:R 总=R1 +R2 +R3 +R4 +R5各档的分压比为:200mV:( R1 +R2 +R3 +R4 +R5)/ R 总=12 V:( R2 +R3 +R4 +R5)/ R 总=0.1 20V:( R3 +R4 +R5)/ R 总=0.01 200V:( R4 +R5)/ R 总=0.0012000V: R5/ R 总=0.0001出于耐压和安全考虑,最高电压限为 1000V 。
数字万用表设计试验实验报告
实验名称: 数字万用表设计性实验讲义 实验目的:掌握数字万用表的工作原理、组成和特性掌握数字万用表的校准方法和使用方法 掌握分压及分流电路的连接和计算了解整流滤波电路和过压过流保护电路的功用实验原理:1数字万用表的组成2设计组装多量程直流电压表采用串联电阻分压得原理,将最大电压为200mv 的表头量程扩大.其中20V 量程缩放比例为34512345100k0.0110M R R R R R R R R ++==++++这样,就扩大了量程.2设计组装多量程交流电压表因为是测量交流电压,所以在测量直流电压的基础之上加入AC-DC 整流滤波电路.测量的是交流电压的有效值. 其他测量电路与直流电压测量电路相同试验记录 实验一制作多量程直流数字电压表并作校准曲线 实验步骤1连接小数点与对应量程相连 2连接参考电压 3连接分压电路4调节电位器,输出150~200 mv 的电压(0.5mV 误差),使组装表与标准表对同一电压显示相同.校准曲线如下020406080100120140160180200-0.10-0.050.000.050.10标准表 读数与组装表读数的差 值 m V组装表读数 mV交流电直流电 图(8)AC-DC 变换器原理简图实验二制作多量程交流数字电压表并作校准曲线1采用多量程直流数字电压表,并且加入AC-DC 电路2调节电位器,输出0~2V 的电压(50mV 误差),使组装表与标准表对同一电压显示相同. 3校准测量,与记录及校准曲线的绘制校准曲线如下:接线总结1先接公共的部分,及表头,小数点部分,再接其他部分;2接地线时,最好用黑线,就不会出现实验时将地线与有电位的线接在一起. 3先用标准表测量引入电压,再进行试验,避免烧毁表头.朱业俊 学号 PB07013077-0.015-0.010-0.0050.0000.0050.0100.0150.0200.025标准表与组装表读数差值 V 标注表读数V。
数字万用表实验设计
8.12 设计数字万用表【实验目的】1.了解数字电表的基本原理、常用双积分模数转换芯片外围参数的选择原则及电表的校准原则;2.了解数字万用表的特性、组成及工作原理;3.掌握分压、分流电路的原理;4.设计制作多量程直流电压表、电流表及电阻表;5.了解交流电压、三极管和二极管相关参数的测量。
【设计要求及实验内容】1.设计制作多量程直流数字电压表,并进行校准(自拟校准表格,量程为:200mv、2v);2.设计制作多量程直流数字电流表,并进行校准(自拟校准表格,量程为:200mA、20mA);3.设计制作多量程数字欧姆表,并进行校准(自拟校准表格,量程为:200Ω、2kΩ、20 k Ω);4.设计制作多量程交流数字电压表,并进行校准(自拟校准表格,量程为:AC, 200mv、2v);5.二极管正向压降的校准和测量;6.三极管h FE参数的测量。
以上实验,在1至3中选择2~3个实验题目为必做内容,4至6为选做内容。
【主要实验器材】1.DH6505数字电表原理及万用表设计实验仪;2.四位半通用数字万用表;3.标准电阻箱。
【实验原理、方法提示】1. 数字电表原理常见的物理量都是幅值大小连续变化的所谓模拟量,指针式仪表可以直接对模拟电压和电流进行显示。
而对数字式仪表,需要把模拟电信号(通常是电压信号)转换成数字信号,再进行显示和处理。
(1)双积分模数转换器(ICL7107)的基本工作原理我们将完成从模拟电信号转换成数字信号的电路称为模数转换器(AD转换器)。
数字万用表常用的转换器为双积分AD转换器。
双积分模数转换电路的原理比较简单,当输入电压为Vx 时,在一定时间T1内对电量为零的电容器C 进行恒流(电流大小与待测电压Vx 成正比)充电,这样电容器两极之间的电量将随时间线性增加,当充电时间T1到后,电容器上积累的电量Q 与被测电压Vx 成正比(式1);接着让电容器恒流放电(电流大小与参考电压Vref 成正比),这样电容器两极之间的电量将线性减小,直到T2时刻减小为零。
大学物理实验教案数字万用表
⼤学物理实验教案数字万⽤表⼤学物理实验教案实验内容提要(1)按下图接线,选取电阻箱⽰值为240Ω,合上K,接通A、B端,⽤多⽤表电压挡(选择合适量程)量电池的端电压得V CD 测,计算I算值CDBVIR=测算测式中R B测⽤步骤1测得的数据。
(2)将多⽤表量程转换开关旋⾄50mA档,(接在AB端),测出电流值I测,并计算电流表内阻R ACDA BVR RI=-测测测(3)断开K,转换开关旋⾄5mA档,再合上K,测电流I测,计算R A。
(4)变换电阻箱⽰值为24Ω(计算⽤步骤1实测值),重复上述步骤。
即分别⽤50mA和5mA档测量电流,并求出I算和内阻R A。
(5)变换电阻箱⽰值为2400Ω(计算⽤步骤1实测值),E换为晶体管稳压电源,并调到V CD约为10V,测I测和V CD测,并求出I算和R A。
(6)将各组数据两两对照[(1)与(2),(1)与(3),(4)与(2)],⽐较内阻对测量I测的影响,什么情况下R A的影响可以忽略,以及量程的选择对R A计算的准确度有什么影响。
注意,每次测试变换电表量程前都应先断开K。
3. 测直流电压(1)将电压表量程转换开关旋⾄直流电压10V档,接⼊下图电路,调C端,使电表读数为10V。
(2)把多⽤表量程换⾄直流电压50V档,并接于电压表上。
(3)调节滑线变阻器,使输出电压,依次为9V、8V、6V、4V、2V、1V、0.5V,分别记下多⽤表指针偏转格数。
(4)将多⽤表转换开关分别旋⾄10V和2.5V档照上述(2),(3)步骤进⾏测量。
(5)分析不同量程测量同⼀电压时,所得的数值及有效数字之差异并说明这种数值间的差异是否合理。
数字万用表设计
数字万用表设计实验报告实验名称:数字万用表设计 实验日期 ____________温度___________压力___________ 同组者 ___________一、实验预习部分(实验前完成,并检查,教师签名) 1,实验目的:1, 掌握数字万用表的工作原理、组成和特性。
2, 掌握数字万用表的校准和使用。
3, 掌握多量程数字万用表分压、分流电路计算和连接;学会设计制作、使用多量程数 字万用表。
2,实验原理:1、直流电压测量电路在数字电压表头前面加一级分压电路(分压器),可以扩展直流电压测量的量程。
数字万用表的直流电压档分压电路如图(2)所示,它能在不降低输入阻抗的情况下,达到准确的分压效果。
例如:其中200 V 档的为分压比为:001.010*********==+++++MKR R R R R R R其余各档的分压比分别为:图(2)实用分压器电路档位 200mV 2V 20V 200V 2000V 分压比 1 0.1 0.010.001 0.0001实际设计时是根据各档的分压比和总电阻来确定各分压电阻的,如先确定M R R R R R R 1054321=++++=总再计算200V 档的电阻:K R R R 10001.054==+总,依次可计算出3R 、2R 、1R 等各档的分压电阻值。
更换量程是需要调整小数点的显示,使用者可方便地读出测量结果。
2、直流电流的测量测量电流是根据欧姆定律,用合适的取样电阻把待测电流转换为相应的电压,再进行测量。
如图(3)图(3)电流测量原理实用数字万用表的直流电流档电路,如图(4)所示。
图(4)实用分流器电路图(4)中各档分流电阻是这样计算的,先计算最大电流档(2A )的分流电阻5R (数字电压表最大输入为200mV ))(1.022.0505Ω===A V I U R m ,再计算200mA 档的4R :)(9.01.02.02.05404Ω=-=-=R I U R m 依次可以计算出3R 、2R 和1R ,请同学们自己练习。
数字万用表的设计与制作
支架是固定液晶片和导电胶条的支撑,通过支架上面的5个爪与印制板固定,并由四角及中间的3个凸点定位。
安装步骤:
(1)将液晶片放入支架,支架爪向上,液晶片镜面向下。
(2)安放导电胶条 。
导电胶条的中间是导电体,安放时必须小心保护,用镊子轻轻夹持并准确放置。
(3)将液晶屏组件安装到PCB板上。
一、实验内容
学习模数转换器、液晶面板等部件的知识,掌握数字万用表电路的工作原理,掌握基本的焊接技术。通过数字万用表的安装与调试,了解数字万用表的特点,熟悉装配数字万用表的基本工艺过程,掌握基本的装配技艺,学习整机的装配工艺;培养动手能力及严谨的工作作风。
二、实验要求
1、了解数字万用表的基本功能;
(2)测试相关极性的物理量时,其极性显示与表笔是对应的。也就是说,当不显示极性时,红表笔触点为电位高端或电流流入端,极性显示“-”时,红表笔触点则为电位低端或电流流出端。
(3)电阻挡及二极管挡与指针表有别。指针表测量电阻时,红、黑表笔与测试源极性相反,即黑表笔为测试源正端,红表笔为负端。而数字表却与测试源极性一致,即红表笔为测试源正端,黑表笔为负端,这与电压、电流挡表示一致。这样不会混淆,较指针表优越。
4.总装
(1)安装转换开关/前盖。
(2)将弹簧/滚珠依次装入转换开关两侧的孔里。
(3)将转换开关用左手托起。
(4)右手拿前盖板对准孔位。
(5)将转换开关贴放到前盖相应位置。
(6)左手按住转换开关,双手翻转使面板向下,将装好的印制板组件对准前盖位置,装入机壳,注意对准螺孔和转换开关轴定位孔。
2、认识分立器件,能够识别与连接色环电阻、普通电容、电解电容、二极管、三极管、集成电路TC7106、液晶显示器件等元件的工作特性;
数字万用表设计性实验
数字万⽤表设计性实验数字万⽤表设计性实验⼀、实验内容:1)制作量程200mA的微安表(表头);2)设计制作多量程直流电压表;3)设计制作多量程直流电流表;⼆、实验仪器:WS-I数字万⽤表设计性实验仪三位半数字万⽤表三、实验原理1.数字万⽤表的组成数字万⽤表的组成见图1。
Array图1 数字万⽤表的组成数字万⽤表其核⼼是⼀个三位半数字表头,它由数字表专⽤A/D 转换译码驱动集成电路和外围元件、LED 数码管构成。
该表头有7个输⼊端,包括2个测量电压输⼊端(IN+、IN-)、2个基准电压输⼊端(V REF +、V REF -)和3个⼩数点驱动输⼊端。
2.直流数字电压表头“三位半数字表头”电路单元的功能:将输⼊的两个模拟电压转换成数字,并将两数字进⾏⽐较,将结果在显⽰屏上显⽰出来。
利⽤这个功能,将其中的⼀个电压输⼊作为公认的基准,另⼀个作为待测量电压,这样就和所有量具或仪器的测量原理⼀样,能够对电压进⾏测量了。
见图2。
图1 200mV(199.9mV)直流数字电压表头及校准电路3.多量程直流数字电压表在数字电压表头前⾯加⼀级分压电路(分压器),可以扩展直流电压测量的量程。
如图3所⽰,U 0为电压表头的量程(如200mV),r 为其内阻(如10M Ω),r 1、r 2为分压电阻,U i0为扩展后的量程。
图3 分压电路原理图4多量程分压器原理电路数字电压表 0~U 00~U i0 r 1r 2 r IN+IN-U多量程分压器原理电路见图4。
图5 实⽤分压器电路采⽤图4的分压电路虽然可以扩展电压表的量程,但在⼩量程档明显降低了电压表的输⼊阻抗,这在实际使⽤中是所不希望的。
所以,实际数字万⽤表的直流电压档电路为图5所⽰,它能在不降低输⼊阻抗的情况下,达到同样的分压效果。
4. 多量程直流数字电流表测量电流的原理是:根据欧姆定律,⽤合适的取样电阻把待测电流转换为相应的电压,再进⾏测量。
如图6。
由于r>>R ,取样电阻R 上的电压降为i i RI U =即被测电流为 R U I i i /=,多量程分流器电路原理见图7。
数电实验4,5,6
三.实验任务与步骤
(一)用NE555设计振荡器 设计振荡器
NE555的引脚 的引脚
GND/接地端、 TR/低电平触发端、 OUT/输出端 R/复位端、 Co/电压控制端、 TH/阀值(高电平触 发) D/放电端、 Vcc/电源正端
方法 按照连线图接实验电路:将集成电路NE555插入实验箱中集成电路 插座上,用示波器观察Vc、Vo波形 ,测Vo波形周期T,算出实际频 率,与理论周期1ms、理论频率1KHz进行比较 。
B C LT BI LE D A GND 1 1 0
CD4511
B C LT BI LE D A GND 1 1 0
+5V
0
0
Vcc 2CR 2Q 3 2Q 2 2Q 1 2Q 0 2EN 2CP
CD4518
1CP 1EN 1Q 0 1Q1 1Q 2 1Q 3 2CR GND
CP
1
0
两位十进制计数器实现
利用CD4511的两组计数引脚实现多位计数 思考:两位计数中,低位如何实现向高位进位
① 电路连线图:
高位
共阴七段数码管
+5V +5V
② 测试电路 用实验箱上的Hz作Cp,
低位
共阴七段数码管
观察数码管字形 随Cp变化的情况
Vcc f
g a
b
c d
e
Vcc f
g a
b
c d
e
CD4511
实验六 多位计数器的设计与应用
一.实验目的 实验目的
进一步熟悉计数器功能及各控制端的作用; 掌握用计数器实现多位计数器的方法。
二.实验器材
数字电路实验箱 数字万用表 稳压电源 CD4518(双十进制同步计数器) CD4511(BCD七段译码器) LC5011(共阴型七段数码管) 1台 1块 1台 1块 2块 2块
《数字万用表的使用》实验报告
目录概括----------------------------------------------------------------------------- 3 理论----------------------------------------------------------------------------- 3 材料、工具-------------------------------------------------------------------- 3 过程、步骤-------------------------------------------------------------------- 4 分析与结论-------------------------------------------------------------------- 5 一、概括:此实验是为了学会如何用数字万用表次电阻的阻值,同时测量直流电压。
二、理论:1.直流电压的测量测量之前,先将黑表笔插进“com”孔,红表笔插进“VΩ”。
把旋钮旋到比估计值大的量程。
接着把表笔接电源或电池两端;保持接触稳定。
数值可以直接从显示屏上读取,若显示为“1”,则表明量程太小,那么就要加大量程后测量。
2.电阻的测量将表笔插进“COM”和“VΩ”孔中,把旋钮打旋到“Ω”中所需的量程,用表笔接在电阻两端金属部位,测量中可以用手接触电阻,但不要把手同时接触电阻两端,这样会影响测量精确度的----人体是电阻很大但是有限大的导体。
读数时,要保持表笔和电阻有良好的接触。
三、材料、工具:见表1-1表1-3四、过程、步骤:1.直流电压的测量将数字万用表按照实验原理接好红黑表笔,选择好适当量程。
通过实验台的直流稳压模块输出一个电压值。
对输出电压进行测量并记录测量结果,并与实验台上显示的电压作比较,计算误差。
记录表格1-2.表1-22.电阻的测量将数字万用表按照实验原理3接好红黑表笔,选择合适量程。
数字万用表的原理及使用实验报告
数字万用表的原理及使用实验报告实验目的:熟悉数字万用表的原理及使用方法,掌握其在测量电路中的应用。
实验器材:数字万用表、干电池、电阻器、LED灯等元器件。
实验原理:数字万用表是一种用于测量电路中电压、电流、电阻等量值的电子测量仪器。
其原理是采用数字化技术对模拟信号进行采样、处理和显示。
其中,模拟信号是指包含连续变化的量值,例如电压、电流等,而数字化技术则是将模拟信号转换成数字信号,以便在计算机或数字电路中进行处理。
数字万用表包含多种功能测量模式,例如电压测量、电流测量、电阻测量等。
测量时,将测试端口连接至待测元器件的引脚上,数字万用表会自动切换至相应的测量模式,并在数码显示屏上显示出相应的电量数值。
实验步骤:1. 将数字万用表的电源开关打开,选择电压测量模式。
2. 将红色测试笔连接至干电池的正极,将黑色测试笔连接至负极,记录下干电池的电压值。
3. 将电阻器接在干电池的正负极之间,通过数字万用表测量电阻器的电阻值。
4. 将LED灯连接至干电池的正负极之间,记录下其工作电压。
5. 测量电流时,将数字万用表的测量导线连接成串联电路,将红色测试笔接在电流输入端口,将黑色测试笔接在电流输出端口上。
然后,将串联电路中的元器件接到电源上,通过数字万用表测量电路中的电流。
实验结果:1. 干电池的电压为1.5V2. 电阻器的电阻值为100Ω3. LED灯的工作电压为1.8V4. 电路中电流值为0.015A实验结论:数字万用表是一种方便快捷的电子测量仪器,可以用于测量电路中的多种电量。
在实验中,我们通过数字万用表对干电池的电压、电阻器的电阻值、LED灯的工作电压和电路中的电流进行了测量,掌握了数字万用表的基本使用方法及原理。
设计万用表实验报告
设计万用表实验报告
为了尽可能地提高实验测量的准确度和灵敏度,本实验旨在研究使用万用表来以准确程度最高的灵敏度和精度进行实验测量。
二、实验材料
1. 万用表:测量电压、电流、阻值、电阻、电容等
2.源:提供电压用于测量
3.接电缆:连接电源和测量设备
4.字显示:显示测量结果
三、实验步骤
1.据测量内容选择万用表的工作模式,如测量电压的AC/DC模式等
2.万用表的正负极连接到电源上,将需要测量的被测对象接入相应的端口
3.整万用表为测量模式,开启电源,查看数字显示屏显示的数值
4.数字显示的原理,根据所测量的电压值进行计算,并记录结果
四、实验结果
通过上述步骤,用万用表测量出的结果如下:
电压:12V
电流:0.1A
阻值:100Ω
电阻:1KΩ
电容:10μF
五、讨论
1.过实验结果可以看出,万用表测量的精度很高,数字显示准确、可靠,从而提高了实验测量准确度和灵敏度
2. 万用表具有多种测量模式,适用于多种工作环境,测量结果准确可靠,是一款性能高的实验设备。
六、总结
本实验证明,使用万用表进行测量能够准确可靠地获取实验测量结果,从而提高实验测量的准确度和灵敏度。
万用表具有多种测量模式,从而满足了多种工作环境的测量要求。
简易万用表的设计与制作实验报告
简易万用表的设计与校准物理学院物理学类 2009301020162 沈港博摘要: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。
1 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。
2 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。
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。
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数字万用表设计性实验[概述] 随着数字测量技术的日趋普及,指针式仪表已经逐渐被淘汰,我厂对“指针式改装电表实验”进行了改进,现采用了“数字万用表设计性实验”,使学生对数字电表的原理和使用方法有了深入的理解和应用,深得广大院校师生的好评。
一、实验目的1.掌握数字万用表的工作原理、组成和特性2.掌握数字万用表的校准方法和使用方法3.掌握分压及分流电路的连接和计算4.了解整流滤波电路和过压过流保护电路的功用二、实验仪器1.DM-Ⅰ数字万用表设计性实验仪一台2.三位半或四位半数字万用表一台(另配)三、实验原理1.数字万用表的特性与指针式万用表相比较,数字万用表有如下优良特性:⑴高准确度和高分辨力三位半数字式电压表头的准确度为±0.5%,四位半的表头可达±0.03%,而指针式万用表中使用的磁电系表头的准确度通常仅为±2.5%。
分辨力即表头最低位上一个字所代表的被测量数值,它代表了仪表的灵敏度。
通常三位半数字万用表的分辨力可达到电压0.1mV、电流(指电流强度,下同)0.1μA、电阻0.1Ω,远高于一般的指针式万用表。
⑵电压表具有高的输入阻抗电压表的输入阻抗越高,对被测电路影响越小,测量准确性也越高。
三位半数字万用表电压挡的输入阻抗一般为10MΩ,四位半的则大于100MΩ。
而指针式万用表电压挡输入阻抗的典型值是20~100kΩ/V。
⑶测量速率快数字表的速率指每秒钟能完成测量并显示的次数,它主要取决于A/D转换的速率。
三位半和四位半数字万用表的测量速率通常为每秒2~4次,高的可达每秒几十次。
⑷自动判别极性指针式万用表通常采用单向偏转的表头,被测量极性反向时指针会反打,极易损坏。
而数字万用表能自动判别并显示被测量的极性,使用起来格外方便。
⑸全部测量实现数字式直读指针式万用表尽管刻画了多条刻度线,也不能对所有挡进行直接读数,需要使用者进行换算、小数点定位,易出差错。
特别是电阻挡的刻度,既反向读数(由大到小)又是非线性刻度,还要考虑挡的倍乘。
而数字万用表则没有这些问题,换挡时小数点自动显示,所有测量挡都可以直接读数,不用换算、倍乘。
⑹自动调零由于采用了自动调零电路,数字万用表校准好以后使用时无需调校,比指针式万用表方便许多。
⑺抗过载能力强数字万用表具备比较完善的保护电路,具有较强的抗过压过流的能力。
当然,数字万用表也有一些弱点,如:⑴测量时不象指针式仪表那样能清楚直观地观察到指针偏转的过程,在观察充放电等过程时不够方便。
不过有些新型数字表增加了液晶显示条,能模拟指针偏转,弥补这一不足。
⑵数字万用表的量程转换开关通常与电路板是一体的,触点容量小,耐压不很高,有的机械强度不够高,寿命不够长,导致用旧以后换挡不可靠。
⑶一般数字万用表的V/Ω挡公用一个表笔插孔,而A挡单独用一个插孔。
使用时应注意根据被测量调换插孔,否则可能造成测量错误或仪表损坏。
2. 数字万用表的基本组成图(1) 数字万用表的基本组成除了图(1)中的基本组成部分之外,数字万用表通常还有蜂鸣器电路、二极管检测电路、三极管h FE 测量电路、低电压指示电路等(如DT830A 型)。
有的表还设有电容测量电路、温度测量电路、自动延时关机电路等(如DT890C+、M890D 、KT105等型号)。
更新型的还有电感、频率测量电路(如DT930F+、KT102、VC9808等型号)。
[本实验只研究数字万用表的基本组成部分]3. 模数(A/D )转换与数字显示电路常见的物理量都是幅值(大小)连续变化的所谓模拟量(模拟信号)。
指针式仪表可以直接对模拟电压、电流进行显示。
而对数字式仪表,需要把模拟电信号(通常是电压信号)转换成数字信号,再进行显示和处理(如存储、传输、打印、运算等)。
数字信号与模拟信号不同,其幅值(大小)是不连续的。
就是说数字信号的大小只能是某些分立的数值。
就象人站在楼梯上时,人站的高度只能是某些分立的数值一样。
这种情况被称为是“量化的”。
若最小量化单位(量化台阶)为Δ,则数字信号的大小一定是Δ的整数倍,该整数可以用二进制数码表示。
但为了能直观地读出信号大小的数值,需经过数码变换(译码)后由数码管或液晶屏显示出来。
例如,设Δ=0.1mV ,我们把被测电压U 与Δ比较,看U 是Δ的多少倍,并把结果四舍五入取为整数N (二进制)。
然后,把N 变换为十进制七段显示码显示出来。
能准确得到并被显示出来的N 是有限的,一般情况下,N ≥1000即可满足测量精度要求(量化误差≤1/1000=0.1%)。
所以,最常见的数字表头的最大示数为1999,被称为三位半(213)数字表。
对上述情况,我们把小数点定在最末位之前,显示出来的就是以mV 为单位的被测电压U 的大小。
如:U 是Δ(0.1mV )的1234倍,即N=1234,显示结果为123.4(mV )。
这样的数字表头,再加上电压极性判别显示电路,就可以测量显示-199.9~199.9mV 的电压,显示精度为0.1mV 。
由上可见,数字测量仪表的核心是模/数(A/D )转换、译码显示电路。
A/D 转换一般又可分为量化、编码两个步骤。
有关A/D 转换、编码、译码的详尽理论超出了本实验所要求的范围,感兴趣的同学可参阅有关专业教材。
以上所述的A/D 转换及数字显示已是很成熟的电子技术,且已经制成大规模集成电路,一般的仪器仪表生产者、使用者只要知道该类集成电路的管脚及特性,就能使用了。
本实验使用的DM-I 型数字万用表设计性实验仪,其核心是一个三位半数字表头,它由数字表专用A/D 转换译码驱动集成电路和外围元件、LED 数码管构成。
该表头有7个输入端,包括2个测量电压输入端(IN +、IN-)、2个基准电压输入端(V REF+、V REF -)和3个小数点驱动输入端。
4. 直流电压测量电路在数字电压表头前面加一级分压电路(分压器),可以扩展直流电压测量的量程。
如图2所示,U 0为数字电压表头的量程(如200mV ),r 为其内阻(如10M Ω),r 1、r 2为分压电阻,U i0为扩展后的量程。
图(2)分压电路原理 图(3)多量程分压器原理由于r >> r 2,所以分压比为 21200r r r U U i += 扩展后的量程为 02210U r r r U i +=多量程分压器原理电路见图(3),5挡量程的分压比分别为1、0.1、0.01、0.001和0.0001,对应的量程分别为200m V 、2V 、20V 、200V 和2000V 。
采用图3的分压电路虽然可以扩展电压表的量程,但在小量程挡明显降低了电压表的输入阻抗,这在实际使用中是所不希望的。
所以,实际数字万用表的直流电压挡电路为图(4)所示,它能在不降低输入阻抗的情况下,达到同样的分压效果。
例如:其中200V 挡的分压比为001.0M10k105432154==+++++R R R R R R R其余各挡的分压比可同样算出,请同学们自己计算。
图(4) 实用分压器电路 实际设计时是根据各挡的分压比和总电阻来确定各分压电阻的。
如先确定R 总=R 1+R 2+R 3+R 4+R 5=10M再计算2000V 挡的电阻R 5=0.0001R 总=1k再逐挡计算R 4、R 3、R 2、R 1(详见数据处理部分)。
尽管上述最高量程挡的理论量程是2000V ,但通常的数字万用表出于耐压和安全考虑, 规定最高电压量限为1000V 。
换量程时,多刀量程转换开关可以根据挡位自动调整小数点的显示,使用者可方便地直读出测量结果。
5. 直流电流测量电路 测量电流的原理是:根据欧姆定律,用合适的取样电阻把待测电流转换为相应的电压,再进行测量。
如图5,由于r>>R ,取样电阻R 上的电压降为U i =RI i即被测电流 I i =U i /R若数字表头的电压量程为U 0,欲使电流挡量程为I 0,则该挡的取样电阻(也称分流电阻)为 R =U 0/I 00~U如U 0=200mV ,则I 0=200mA 挡的分流电阻为R =1Ω。
图(5) 电流测量原理多量程分流器原理电路见图(6)。
图(6)中的分流器在实际使用中有一个缺点,际数字万用表的直流电流挡电路为图7所示。
图(7)中各挡分流电阻的阻值是这样计算的: 先计算最大电流挡的分流电阻R 5)(1.022.0505Ω===m I U R 再计算下一挡的R 4 )(9.01.02.02.05404Ω=-=-=R I U R m 依次可计算出R 3、R 2和R 1,请同学们自己练习。
图(7) 实用分流器电路图中的FUSE 是2A 保险丝管,电流过大时会快速熔断,起过流保护得作用。
两只反向连接且与分流电阻并联的二极管D 1、D 2为塑封硅整流二极管,它们起双向限幅过压保护作用。
正常测量时,输入电压小于硅二极管的正向导通压降,二极管截止,对测量毫无影响。
一旦输入电压大于0.7V ,二极管立即导通,两端电压被限制住(小于0.7V ),保护仪表不被损坏。
用2A 挡测量时,若发现电流大于1A 时,应不使测量时间超过20秒,以避免大电流引起的较高温升影响测量精度,甚至损坏仪表。
6. 交流电压、电流测量电路 数字万用表中交流电压、电流测量电路是在直流电压、电流测量电路的基础上,在分压器或分流器之后加入了一级交流-直流(AC-DC )变换器,图(8)为其原理简图。
该AC-DC 变换器主要由集成运算放大器、整流二极管、RC 滤波器等组成,还包含一个能调整输出电压高低的电位器,用来对交流电压挡进行校准之用。
调整该电位器可使数字表头的显示值等于被测交流电压的有效值。
同直流电压挡类似,出于对耐压、安全方面的考虑,交流电 压最高挡的量限通常限定为750V (有效值)。
数字万用表交流电压、电流挡适用的频率范围通常为40~400Hz (如DT830A 、M3900等型号),有些型号的交流挡测量频率可达1000Hz (如M3800、PF72等)。
7.电阻测量电路数字万用表中的电阻挡采用的是比例测量法,其原理电路见图9。
由稳压管ZD 提供测量基准电压,流过标准电阻R 0和被测电阻R x 的电流基本相等(数字表头的输入阻抗很I交流电 直流电图(8)AC-DC 变换器原理简图高,其取用的电流可忽略不计)。
所以A/D 转换器的参考电压U REF 和输入电压U IN 有如下关系:X 0IN REFR R U U =即0REFINX R U U R =根据所用A/D 转换器的特性可知,数字表显示的是U IN 与U REF 的比值,当U IN =U REF 时显示“1000”,U IN =0.5U REF 时显示“500”,以此类推。
所以,当R x =R 0时,表头将显示“1000”,当R x =0.5R 0时显示“500”,这称为比例读数特性。