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万用表的设计与组装1目录引言...........................................................................................................................................2实验方案：...............................................................................................................................2一：直流电流档...................................................................................................................3二：直流电压档...................................................................................................................3三：交流电压档...................................................................................................................4四：电阻档...........................................................................................................................4实验内容...................................................................................................................................5实验步骤...................................................................................................................................5一：制作可调电压的直流电源...........................................................................................5二：制作量程1.00mA直流电流表并校验.........................................................................6三：制作量程2.50V的直流电压表并校验........................................................................7四：制作量程10.0V交流电压表并校验............................................................................8五：制作×100挡的欧姆表并校验....................................................................................10万用表使用说明.....................................................................................................................11参考资料.................................................................................................................................11万用表的设计与组装2万用表的设计与组装引言实验任务：分析研究万用表电路，设计并组装一个万用表。实验要求：1．分析常用万用表电路，说明个挡的够功能和设计原理；2．设计组装并校验具有下列四档功能的万用表。（1）直流电流挡：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1.5V电池。3．给出将×100电阻档改造为×10电阻档的电路。主要仪器：表头，导线若干，电阻箱若干，万用表。实验方案：用给定的表头通过与相应的电阻进行串并联可以组装成有直流电压、电流档的万用表。通过整流滤波电路可以组装成有交流电压万用表的设计与组装3档的万用表。该表头的内阻为R𝑔，满偏电流为𝐼𝑔。一：直流电流档表头满偏电流较小，不能直接测量较大电流。因此需要小电阻分流。分流电路如图（a）。设直流电流档的量程为I。并联电阻为𝑅𝑥。由欧姆定律的𝐼𝑔R𝑔=I1R𝑔+1𝑅𝑥………………………………………………………………...(1)(a)由公式（1）可以求得𝑅𝑥的理论值是𝑅𝑥=𝐼𝑔R𝑔I−𝐼𝑔二：直流电压档由于表头内阻较小，满偏电流也很小。因此满篇电压也很小则需串联一个较大的电阻分压。设直流电压档的量程为串联电阻为𝑅𝑦由欧姆定律得U=I𝑅𝑦+𝑈𝑔………………………………………………….(2)其电路图如图（b）G𝑅𝑥万用表的设计与组装4(b)则由式（2）可求得分压电阻的理论值是𝑅𝑦=𝑈−𝐼𝑔R𝑔𝐈三：交流电压档必须先把交流电压转为直流电压再测其电压。通过半桥整流电路可将交流电转化为直流电。如图（c）（c）电压的有效值为U的交流电输入后，经半桥整流后得到电压平均值为E的直流电。四：电阻档电阻档是在自供电压为E的直流电源下，与待测电阻串联形成通路。𝑅𝑦G𝑅𝑥万用表的设计与组装5再测量电阻。在两极短接是电阻必须为零，故而电阻档须有调零电阻。电阻档电路图如图（d）(d)实验内容一：制作可调电压的直流电源二：制作量程1.00mA直流电流表并校验三：制作量程2.50V的直流电压表并校验四：制作量程10.0V交流电压表并校验五：制作×100挡的欧姆表并校验实验步骤一：制作可调电压的直流电源用以下电路图转交流为直流G𝑅2𝑅1万用表的设计与组装6测量得最大输出电压𝑈𝑚为15V二：制作量程1.00mA直流电流表并校验按图（a）组装电流表。测得表头内阻R𝑔=465.2ῼ表头内固定的电阻R=205.5ῼ则表头实际内阻为R𝑔=665.7ῼ表头量程𝐼𝑔=0.5Ma则𝑅𝑥=665.7ῼ用下图电路进行校验校验结果：RG𝑅𝑋A万用表的设计与组装7刻度100200300400500𝐼0(μA)209.6430.2635.3853.71000𝐼𝑋(μA)200.0400.0600.0800.01000.0ΔI(μA)9.630.235.353.70其中𝐼0为标准电流表的读数𝐼𝑋为待测电流表的读数。其误差校验曲线为三：制作量程2.50V的直流电压表并校验在1mA电流表的基础上组装2.50V的电压表按图（b）组装电路可得𝑅𝑦=𝑈−𝐼𝑔R𝑔𝐼=2170ῼ按下图进行分刻度校验01020304050600123456ΔI(μA)刻度万用表的设计与组装8校验结果如下刻度100200300400500𝑈0(V)0.490.991.491.972.50𝑈𝑥(V)0.501.001.502.002.50ΔU(V)0.010.010.010.030其中𝑈𝑥为待测电压表读数，𝑈0为标准电压表读数。其校准曲线为四：制作量程10.0V交流电压表并校验由于整流后的电流是平均值，则有𝐼均=0.45𝐼有效并且考虑到二极管的降压作用降压0.3v则10v交流电压经整流后对表头的作用只有4.2v00.0050.010.0150.020.0250.030.0350123456ΔU(v)刻度𝑅𝑔𝑅𝑥GVR万用表的设计与组装9换句话说10v交流电压经半波整流后作用于表头时指针偏转角相当于4.4v直流电压作用下的偏转角。则有𝑅串=𝑈𝐼-𝑅𝐴=3867.2ῼ用如下电路图进行校验其校验结果如下刻度100200300400500𝑈标(V)2.504.216.017.8510𝑈待(V)2.534.406.278.1310ΔU(V)0.030.190.260.270其中𝑈标为标准电压表的读数，𝑈待为待校验的电压表读数。其校验曲线如下图。G𝑅𝑥𝑅串V万用表的设计与组装10五：制作×100挡的欧姆表并校验按图（d）组装电路即为×100挡的欧姆表。欧姆表自供电源为一节1.3v的干电池。电阻𝑅2与量程1mA的电流表串联。当欧姆表两端短接时待测电阻为零，表头满偏电流为1mA。由欧姆定律得R=967.15ῼ当欧姆表外接电阻等于内阻时表头半偏，所以干路电流为0.5mA路端电压为0.65v故中值电阻为𝑅中=1300ῼ欧姆表校验结果如下表刻度500400300200100电阻（ῼ）034090020005200下面给出×10挡的欧姆表电路00.050.10.150.20.250.30.350100200300400500600刻度ΔU(v)万用表的设计与组装11其中𝑅1=665.7ῼ,𝑅2=35.04ῼ当开关切换至𝑅1时并且滑动变阻器阻值为1300ῼ时为×10挡的欧姆表电路，当快关切换至𝑅2时且滑动变阻器阻值为130ῼ时为×100挡的欧姆表电路万用表使用说明：（1）由于仪器限制电表测量值与真实值之间存在误差。因此在校验时给出了校验曲线，误差、真实值、测量值之间的关系为真实值=测量值-误差（误差即为校验曲线中的纵坐标）。（2）使用电表时请注意各表量程。使用交流电压表时由于二极管的原因请不要测量较大的交流电压以防电压击穿二极管。（3）欧姆表的调零电阻设计时已经内置在表头内，所以各表切换时不会有影响，应注意使用欧姆表时两表笔短接用调零电阻调零。（4）由于欧姆表制作较粗糙，只能用于粗侧电阻。若要精测电阻请使用更精密的仪器。参考资料大学物理实验成正维牛原主编北京交通大学出版社2010年5月第一版基础电路分析闻跃高岩主编北京交通大学出版社2003年10月第二版G𝑅1𝑅2R