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简易万用表的设计与制作实验报告1.

课程实习报告

实习名称：简易万用表

学生姓名：伍攀

学号：201016030120

专业班级：J10101

指导教师：李文圣

完成时间：2011年6月28日

报告成绩：

评阅意见：

评阅教师日期

第一部分

摘要 (3)

Abstract (3)

第1章绪论 (3)

1 课题背景研究的意义及目的 (3)

1.1 意义 (3)

1.2 目的 (3)

第2章实验原理 (3)

第3章简易万用表原理说明 (4)

3.1简易万用表原理图 (5)

3.2简易万用表的工作原理 (7)

3.3电阻的测量原理 (8)

3.4直流电流的测量原理 (9)

3.5直流电压的测量原理 (9)

3.6交流电流、电压的测量原理 (9)

3.7实验工具和仪器 (10)

第4章实验内容和步骤 (10)

第5章电路的仿真与调试 (10)

第6章注意事项 (15)

第7章心得 (16)

第8章参考文献 (16)

第9章致谢 (16)

第二部分 PCB课程制作

一有关PROTEL99 SE (18)

二原理图元件库编辑器 (20)

三实际操作生成原理图 (20)

第三部分收音机焊接

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。

Abstract

A multimeter is a multifunctional, multirange portable electrical equipment. It can be used in different range direct current measurement,DC voltage, AC voltage and resistance. Some avometer can measure the impedance, reactance and audio power. Study design and production of multimeter is very important, and we can improve the ability of schoolmate at College of circuit analysis and understanding of avometer principle understanding, improve their practical ability。

绪论

1课题背景研究的意义及目的

1.1意义

万用表是一种很常用的仪表，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。

1.2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。

3简易万用表原理说明

3.1简易万用表原理图

Title

Nu mber

Size A Date:

13-Ju l-2011She File:

d :\我的文档\桌面\2011年春\MF47万用表原理图.d db

Dra WH2500-1K R2120K

R222.69K

46.2μA

C110μF

WH1

10K

R25

R350.5R4

555

0.47

R280.025

DC ma

DCV

0.5

500*

3.2简易万用表的工作原理

由46.2μA 直流表头、WH2、D3、D4、C1、R21、R22组成一只电流为50μ

A\电压为0.25V 、电阻为5K Ω的表头：电路如下图所示：

=÷+?=

=+=??+==+=+

==??==--k R V V A I V

V A I g g g g g 5269030000

250030000

250025.01345.0115.026901050115.0508.32.4630000115

.02.46115.02500102.462.466

611μμ

指针式万用表最基本的的工作原理（见图5）。

它由表头、电阻测量档、电流测量档、直流电压测量档和交流电压测量档几个部分组成，图中“－”为黑表棒插孔，“＋”为红表棒插孔。

测电压和电流时，外部有电流通入表头，因此不须内接电池。

当我们把档位开关旋钮SA打到交流电压档时，通过二极管VD整流，电阻

R 3限流，由表头显示出来；当打到直流电压档时不须二极管整流，仅须电阻R

限流，表头即可显示；打到直流电档档时既不须二极管整流，也不须电阻R

限流，表头即可显示；测电阻时将转换开关SA拨到“Ω”档，这时外部没有电流通入，因此必须使用内部电池作为电源，设外接的被测电阻为R x，表内的总电阻为R，形成的电流为I，由R x、电池E、可调电位器R P、固定电阻R1和表头部分组成闭合电路，形成的电流I使表头的指针偏转。红表棒与电池的负极相连，通过电池的正极与电位器R P及固定电阻R1相连，经过表头接到黑表棒与被测电阻R x形成回路产生电流使表头显示。回路中的电流为：I=E/( R x+R)

从上式可知：I和被电阻R x不成线性关系，所以表盘上电阻标度尺的刻度是不均匀的。当电阻越小时，回路中的电流越大，指针的摆动越大，因此电阻档的标度尺刻度是反向分度。

当万用表红黑两表棒直接连接时，相当于外接电阻最小R x=0，那么：I=E/( R x+R)=E/R

此时通过表头的电流最大，表头摆动最大，因此指针指向满刻度处，向右偏转最大，显示阻值为0Ω。请看电阻档的零位是在左边还是在右边，其余档的零位与它一致吗？

反之，当万用表红黑两表棒开路时R x→∞，R可以忽略不计，那么：I=E/(R x+R)≈E/R→0

此时通过表头的电流最小，因此指针指向0刻度处，显示阻值为∞。

3.3 MF47型万用表的工作原理

请看今天要安装的MF47万用表的原理图（见图6），测量线路板线路板（见图7）。

它的显示表头是一个直流μA表，WH2是电位器用于调节表头回路中的电流大小，D3、D4两个二极管反向并联并与电容并联，用于保护限制表头两端的电压起保护表头的作用，使表头不至电压、电流过大而烧坏。电阻档分为×1Ω、×10Ω、×100Ω、×1kΩ、×10kΩ、几个量程，当转换开关打到某一个量程时，与某一个电阻形成回路，使表头偏转，测出阻值的大小。

它由5个部分组成：公共显示部分；保护电路部分；直流电流部分；直流电压部分；交流电压部分和电阻部分。线路板上每个档位的分布（见图8），上面为交流电压档，左边为直流电压档，下面为直流mA档，右边是电阻档。

3.4电阻的测量

MF47万用表电阻档工作原理（见图9），电阻档分为×1Ω、×10Ω、×100Ω、×1kΩ、×10kΩ、5个量程。例如将档位开关旋钮打到×1Ω时，外接被测电阻通过“－COM”端与公共显示部分相连；通过“＋”经过0.5A熔断器接到电池，再经过电刷旋钮与R18相连，WH1为电阻档公用调零电位器，最后与公共显示部分形成回路，使表头偏转，测出阻值的大小。47万用表无

3.5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。在电路中，各分流电阻彼此串联，然后与表头并联，形成一个闭合环路，当转换开关置于不同位置时，表头所用的分流电阻不同，构成不同量程的档位，如原理图所示。

3.6交流电流、电压的测量

磁电式仪表本身只能测量直流电流和电压。测量交流电压和电流时，采用整流电路将输入的交流，变成直流，实现对交流的测量。其整流电路一般有半波整流和全波整流，其整流元件一般都采用晶体二极管。万用表测量的交流电压只能是正弦波。万用表通常采用的是半波整流测量电路，如原理图所示。

3.7所需工具和仪器

万用表，螺丝刀，表头，数字万用表。

4实验内容与步骤

1.按照原理图进行电流、电压及电阻的测量，记录相关的实验数据并记录。

2.万用表校准

在没有专用校准设备的情况下，可用普通数字万用表校准，方法如下。

（1）将装配完成的万用表仔细检查一遍，确认无误后，将万用表旋至最小电流档0.25V/50uA处，用数字万用表测量其“+”、“-”两插座之间的电阻值，应在4.9~5.1kΩ之间。如不符合要求，应调整电位器上方220Ω、120Ω两只电阻阻值，直至达到要求为止。

（2）将万用表从电流档开始逐档检测满度值。检测时，从最小档开始。首先检测直流电流档，然后是直流电压、交流电压、直流电阻及其他。各档检测符合要求后，即可投入正常使用。

5电路的仿真与调试

一．已知参数：

A．直流电流档的引入电流0.19mA

B．测量机构总阻值6.3kΩ

=50μA

C. 测量机构的电流灵敏度：满刻度电流I

D．DC．A：：2.5级 1mA 10mA 5A

E．DC．V：：2.5级 2.5V 10V 250V 输入阻抗为：1 / I

F．AC．V：5.0级D10V 50V 250V 1000V 输入阻抗为：4kΩ / v

整流系数为：0.441，二极管正向电阻为：600Ω

交流调节电阻为2k～3k

H．DΩ．：2.5级×1 ×10 ×100 （扩展量程×1K）

电阻中心值：22Ω工作电池：1.2～1.6V

二、各量程的元件参数设计：

1．DC．A 量程的元件参数设计和分电路调试图:

多量程环形分流式直流电流表电路如图(1)当电流为I引时

R s =R

/(I

引

-I

)*R

(2)电流为I

时

R 1+R

= I

/(I

-I

)*（R

）

(3)当电流为I

时

R 1+R

/（I

-I

）*(R

)

(4)R

1=I

*(R

)

(5)R

4=R

-(R

)

经计算可得：R

1=0.0855Ω R

=42.6645Ω

R 3=384.75Ω R

=1822.5Ω

2．DC．V量程的元件参数设计和分电路调试图：

多量程直流式电压表电路如图

(1)对于图示的多量程直流电压表电路，先计算R

R 1=U

-R

(2)再计算R

R 2=U

-R

(3)再计算R

R 3=U

- R

-R

经计算可得：R

1=43.7kΩ R

=150kΩ R

=4843.7kΩ

3．AC.V量程的元件参数设计和分电路调试图：

多量程交流电压表电路如图

（1）根据给定的交流电压表灵敏度（输入阻抗Z）计算出交流引入电流（二极管前）I=1/Z

（2）有交流引入电流I计算出半波整流后的（二极管后）的电流I

=I*0.441

（3）计算分流电阻R=I

g R

/(I

-I

)

（4）可调电阻RP一般由经验取输入阻抗Z的一半

（5）计算U

0=U

VD1

式中，U

是内阻R

上的电压；U

是电位器RP上的电压；

U VD1是二极管VD1上的压降,硅管U

VD1

=0.65V。

（6）参考电路图计算各分压电阻

R 1=(U

-U

)/I R

=(U

-U

)/I

R 3=(U

- U

)/I R

=(U

-U

)/I

C为滤波电容，约为5μF。防止整流后的脉动波形是表的指针不停VD2为保护二极管。

经计算可得:R=5228.22Ω RP=4KΩ(50%)

R 1=35.258kΩ R

=160kΩ R

=800kΩ R

=3MΩ

4．Ω量程的元件参数设计和分电路图：

多量程欧姆表电路如图：

和RP的计算：

1. 调零支路电阻R

各档电阻中心值：

=22Ω；

低倍率档：R×1 的电阻中心值R

=220Ω；

中倍率档：R×10 的电阻中心值R

高倍率档：R×100 的电阻中心值R

=2200Ω；

=22kΩ。

最高倍率档：R×1000 的电阻中心值R

以电阻测量值最大的一档电阻中心值R

计算E不同时的电流，它能满足其它档

的要求：

如R

=2200Ω时

=1.6V/2200Ω=727μ

（b 点） I

max

=1.2V/2200Ω=545μA

（a 点） I

min

=1.5V/2200Ω=682μA

（c 点） I

标

当已知流过表头满刻度电流为I

g ，表头总内阻为R

时：

A．计算RP指在a点时的总分流电阻R

+RP：

b +RP=I

/（I

min

—I

）

B．计算RP指在b点时的分流电阻R

：

b =（R

+RP）I

min

max

C．计算分流电位器RP：

RP=（R

b +RP）—R

2. 串联电阻R

的计算：

串联电阻R

d 是由低压高倍率的电阻中心值R

决定的。因为电位器RP是变数，

设RP在中间为RP/2，接入R

d 后，该档的总内阻同样要等于电阻中心值R

，因

此有：

R d =R

-(R

+1/2* RP)(R

+1/2* RP)/[ (R

+1/2* RP)+ ( R

+1/2* RP)]

3.各倍率电阻的计算：

（1）设R

1为中心电阻R

=22Ω时的并联电阻，考虑电池内阻r

一般为0.9～1.1

Ω,

从端口看： R

Z1—r

//R

则有R

1=( R

—r

）R

/[R

—( R

—r

）]

（2）设R

2为中心电阻R

=220Ω时的并联电阻

同样有R

2=（R

×R

）/（R

—R

）

（3）设R

3为中心电阻R

=2200Ω时的并联电阻

则有R

3=（R

×R

）/（R

—R

）=（R

×R

）/0=∞

（4）设R

为测量最高倍率档（×1K）串联电阻，由于其电阻中心值太大，至

使灵敏度降低到端口短接（R

=0）时也无法调零，故需增加电源电压。由于最高

倍率档电阻中心值R

=22KΩ,比高倍率档还大10倍，因而电源电压也高10倍，

选电源EE为15V的层叠电池，见下图。同时高倍率档无分流电阻（R

=∞），可见最高倍率档也无无分流电阻，工作电流与高倍率档相同。

则高倍率档串联电阻R

1k = R

-R

其中：为电源EE的内阻R

为1kΩ。

经计算可得：R

b =477.054Ω RP=200Ω（80%） R

=1687.97Ω

r 0=1Ω E=1.5V R

=18800Ω

1=21.2024Ω R

=244.444Ω R

=∞

三、总线路图：

6注意事项

（1）由于表头部分属精密仪表，在安装时需倍加小心。

（2）表头部分含有永久磁铁，有磁性，很容易把含铁的杂质的吸入，损坏表头。

7心得

通过这次课程设计，得到了很多收获和体会。第一，巩固和加深了对电子线路基本知识和理解，提高了综合运用所学知识的能力。第二，增强了根据课程需要选学参考资料，查阅手册，图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入研究有关问题，学会自己分析解决问题的方法。第三，通过实际电路方案的分析比较，设计计算，元件选取，安装调试等环节，初步掌握了简单实用电路的分析方法和工程设计方法。第四，在这次课程设计过程中，光有理论知识是不够的，还必须懂一些实践中的知识。所以在课程设计的实践中，我们应将

实验课与课堂教学结合起来，锻炼自己的理论联系实际的能力和实际动手能力。第五，掌握了比较常用的仪器的使用方法，提高了动手能力。第六，培养了严谨的工作作风和科学态度。第七，在这次设计过程中，我也对word、photoshop、画图板等软件有了更进一步的了解。

通过此次设计过程，使我学会了一些作为一个通信工程专业的学生所应学会的软件如Multisim、Protel 99 SE等，并对可编程逻辑器件的应用和开发的设计思想有了更进一步的了解和掌握。

在今后的学习中，我会更加用心关注前沿电子科技，把理论与实际相结合，这样才能激发自己对本专业的学习兴趣。同时，在以后的学习生活中，我会更加多的与专业老师和其他同学交流、讨论，在互相勉励中共同进步、互相学习，良师益友是人生道路上不可缺少的一部分。这一次的课程设计为以后的设计课程乃至大四的毕业设计打下了坚实基础，我一定会在今后的学习中取得更大的进步！

8参考文献

1.《武汉大学物理实验》周殿清主编

2.《指针式万用表的工作原理及维修经验总结》

3.《万用表使用入门》吴培生，孟桂华主编

4.《Protel99SE原理图与PCB及仿真》清源计算机工作室编著

9致谢

本设计及论文是在我的指导老师李文圣和诸位老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他们严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，李文圣老师和各位专业老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在此谨向各老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

在此，我还要感谢帮助了我的各位同学，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑。直至本文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我很多帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母和一直给我最大帮助的老师们，谢谢你们!

第二部分

一有关PROTEL99 SE

1.1 PROTEL99 SE简介

早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到PROTEL99（网络上可下载到它的测试板），是个庞大的EDA 软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server （客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100％布通率。在国内PROTEL软件较易买到，有关PROTEL软件和使用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。想更多地了解PROTEL的软件功能或者下载PROTEL99的试用版，可以在INTERNET上。

1.2 Protel99 SE软件的一些使用方法

Protel 99SE 由两大部分组成：电路原理图设计（Advanced Schematic）和多层印刷电路板设计（Advanced PCB）。其中Advanced Schematic由两部分组成：电路图编辑器（Schematic）和元件库编辑器（Schematic Library）。

1.3 PROTEL 99 SE软件的发展

2005年年底，Protel软件的原厂商Altium公司推出了Protel系列的最新高端版本Altium Designer 6.0。 Altium Designer 6.0，它是完全一体化电子产品开发系统的一个新版本，也是业界第一款也是唯一一种完整的板级设计解决方案。Altium Designer 是业界首例将设计流程、集成化PCB 设计、可编程器件（如FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，一种同时进行PCB和FPGA设计以及嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能。