电路分析试验指导书.doc

电路分析》实验
实验一简单万用表线路计算和校验
一、实验目的
、电压档及欧姆档电路的原理与设计方法。
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二、实验说明
万用表是测量工作中最常见的电表之一,用它可以进行电压、电流和电阻等多种物理量的测量,每种测量还有几个不同的量程。
万用表的内部组成从原理上分为两部分:即表头和测量电路。表头通常是一个直流微安表,它的工作原理可归纳为:“表头指针的偏转角与流过表头的电流成正比”。在设计电路时,只考虑表头的“满偏电流Im”和“内阻Ri”值就够了。满偏电流是指表针偏转满刻度时流过表头的电流值,内阻则是表头线圈的铜线电阻。表头与各种测量电路连接就可以进行多种电量的测量。通常借助于转换开关可以将表头与这些测量电路分别连接起来,就可以组成一个万用表。本实验分别研究这些实验。

多量程的分流器有两种电路。图1-1的电路是利用转换开关分别接入不同阻值的分流器来改变它的电流量程的。这种电路计算简单,缺点是可能由于开关接触不太好致使测量不准。最坏情况(在开关接触不通或带电转换量程时有可能发生)是开关断路,这时全部被测电流都流过表头造成严重过载(甚至损坏)。因此多量程分流器都采用图1-2的电路,以避免上述缺点。计算时按表头支路总电阻r0’=2250Ω来设计,其中 r’是一个“补足”电阻,数值视r0大小而定。

图1-1 利用转换开关的分流器图1-2 常用的多量程分流器电路
图1-3 实验用万用表直流电流档电路
给定表头参数:
由图1-3得知:
同理,可推得:
合并上两式=
将消去有:
现将已知数据代入计算如下:

图1-4为实验用万用表直流电压档线路,给定表头参数同上。
图1-4 实验用万用表直流电压档线路
先根据表头的满偏电流,计算出Ω/V
下面计算R1和R2


采用图1-5所示的半波或全波整流电路,整流器用晶体二极管,本实验采用半波整流,既省元件,线路又简单。
图1-5 半波或全波整流电路
图1-6 一种交流电压档线路
图1-6是一种交流电压档线路,并联在表头上的电阻Rs用来增大整流器的电流以减少整流元件的非线性影响;D2用来减小在D1不导电的半个周期内加到D1上的反向电压以防止它的击穿。
1)Rs的计算
若并联电阻Rs后流过D1的电流为200μA,此时Rs为:

2)由于流经表头的电流为直流,因此要换算成交流有效值I2。原表头并上Rs以后可以整体看成一只200μA的满偏的表头,再加上整流电路为半波整流电路,。因此有效值

3)计算R20

其中r0=1125Ω,为200μA表头内阻, R正为二极管D1的正向导通电阻,按500Ω计算。
则:


1)原理说明
电阻的测量是利用在固定电压下将被测电阻串联到电路时要引起电路中电流改变这一效应来实现的,图1-7是一种最简单的欧姆表线路。
图1-7 一种最简单的欧姆表线路
它是将一只磁电系测量机构(表头)配上限流电阻Rb和干电池(电势为E)组合而成的,若表头的满偏电流Im,内阻为Ri,接入被测电阻Rx后流过表头的电流入可用下式表达。
从这个公式可以看出,被测电阻Rx越小,则电路的电流Ix越大,反之,则越小。因此通过表头的电流值即可间接反映Rx的大小。
当Rx=0时( 即仪表端钮短路)流过表头的电流有最大值。适当选择限流电阻Rb的数值,使流过表头的最大电流刚好等于表头的满偏电流Im,即
Rb的数值为
这时,指针的满偏转处刻度为Rx=0 。
当Rx=¥(即仪表端钮开路)时,表头没有电流通过,仪表指针处在0处,此处则刻以Rx=¥,而从0~¥之间的任何Rx值,都包括在这个刻度范围之内。即在这种线路中,表头的刻度尺改按欧姆来刻度。它具有反向的不均匀的刻度特性。
当被测电阻等于欧姆表的内阻(Ri+Rb)时,电表读数应恰好在刻度尺的中央,这一电阻刻度称为“中值电阻”。用Rm来表示,其大小可用下式计算:
表面看来,从0~¥之间的所有Rx值都包括在刻度范围以内。但实际上只有在1/5Rm到5倍Rm这一个范围内的电阻值,才能测得比较准确,而靠近刻度尺两端(既0与¥),测量准确度是很低的,而且不易读准。因此在使用欧姆表时,有必要选择合适的中值电阻(称为量程选择),以得到较准确的测量值。所以欧姆表量程的选择实际上是中值电阻的选择。
为了改变欧姆表的量程(既改变中值电阻的数值),通常的办法是给表头并联上一个分流电阻Rs。
电阻档可以单独设计自己的分流电路,也可以和电流档共用一个环流分流电路,这样不但节省元件还能简化电路计算,不过这时要使用转换开关把“调零”