成都理工大学
电子设计仿真与虚拟实验
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课程设计 由LM10等构成的直流表头放大电路 核技术及其自动化工程学院 电气工程及其自动化 1 / 12
一、设计的题目及其要求
（1）设计题目
由LM10等构成的直流表头放大电路 （2）课程设计的目标、基本要求及其功能：
设计能够实现直流表头放大的电路，并对其进行仿真分析。本电路应现对直流表头的放大，并能有一定精度，应在一定温度和外界环境中正常运行工作。并能做出整个直流表头放大电路在现实生活中的应用。
（3）设计要求的最终指标
本电路是能够在温度范围为15一55℃区间内稳定工作的直流表头放大电路。其满标度的灵敏度为10mV/10nA。
二、设计的基本思路及其设计出发点
本电路采用低功率集成运算放大器LM10作为放大电路的核心器件。本电路作为测量表的一部分，应含有一定精度，也有一定的工作范围限制，如电流频率，环境温度等。所以对电路的放大能力、工作频率范围等也有一定要求，且对微弱电信号能进行测量。
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三、方案原理论述
图1是由LM10等构成的直流表头放大电路。
图1 由LMl0等构成的直流表头放大电路图
它是在温度范围为15一55℃能稳定工作的直流表头放大电路。满标度的灵敏度为10mV/10nA。R6(2KΩ)用于调零。调零的基准电压由LM10片内的基准电压源决定，不受电源电压变化的影响;R5(5KΩ)用于调偏置电流;VD1和VD2为LM10的保护二极管。该电路的电源电压为1.5V，消耗电流约为0.5mA。对直流表头进行放大可测量更微小电信号。
在正常的放大器工作状态下，二极管VD1和VD2构成差分式二极管保护电路，使保护二极管上的电压保持0V偏置，而在发生过压期间，二极管将故障电流旁路到地。
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在电气测量中，理想情况下，电表的接入应不影响被测电路的原工作状态，这就要求电压表的内阻为无穷大、电流表的内阻为零。实际上，万用电表表头的可动线圈总有一定的电阻，用它进行测量时将影响被测量的值，引起误差。
此外，交流电表中的整流二极管的压降及非线性特性也会产生误差。如果在万用电表中使用运算放大器，就能大大降低这些误差，提高测量精度。在欧姆表中采用运算放大器，不仅能得到线性刻度，还能实现自动调零。
下图是LM10的一些参数情况
为了减小表头参数对测量精度的影响，将表头置于运算放大器的
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反馈回路中。这时，流经表头的电流与表头的参数无关，进行量程切换时，只要改变RP2电阻即可。
表头电流I与被测电压u的关系为I=I/RUi
四、仿真设计分析
本次仿真过程采用MULTISIM10.0进行仿真分析，其中由于在其元件库中找不到集成运算放大器LM10，所以采用了同系列功能相似的LM101AD进行仿真分析，对本次仿真分析影响不大。
本次仿真分析进行了如下分析：参数扫描分析、直流扫描分析、静态工作点分析、交流分析、交流最坏情况分析、瞬态分析、温度扫描分析、灵敏度分析。
全部仿真分析情况如下：
（1）参数扫描分析情况如图2所示
图2参数扫描分析
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（2）直流扫描分析情况如图3 所示
图3直流扫描分析
（3）静态工作点分析情况如图4所示
图4静态工作点分析
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（4）交流分析情况如图5所示
图5交流分析
（5）交流最坏情况分析情况如图6所示
图6交流最坏情况分析
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（6）瞬态分析情况如图7所示
图7瞬态分析
（7）温度扫描分析情况如图8所示
图8温度扫描分析
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（8）灵敏度分析情况如图9所示
图9灵敏度分析
五、本电路的实际应用
本电路可用于制作用于测量微弱电信号的万用表，可测直流电流，直流电压、交流电流、交流电压、电阻等。若要制作交流测量用表则应再加一级整流电路，将变化的交流信号转变成稳定的直流信号再进行测量。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。下面分别介绍。
图10为测量方式：
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图10测量方式
（1）测直流电流
可在表头上并联一个适当的电阻（叫分流电阻）进行分流，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。 （2）测直流电压
可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。 （3）测交流电压
此时情况就有所不同，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。
整流电路的任务是将交流电变换成直流电，完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用。
将交流进行整流变成直流后通过表头，这样就可以根据直流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。
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（4）测电阻
可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。
六、 总结和设计心得体会
本次电子设计的胜利完成是对我所学知识的检验。
从确定设计题目到找资料，画图，分析，仿真，写报告，其间是经历了不少困难。第一个难题就是找集成运算放大器LM10的资料。还有一个难题就是在进行仿真分析的时候，因为不知道什么原因我的电脑装不了multism。先是用了proteldxp进行仿真，但是做出来没有波形，最后用同学的电脑装了multism10.0来做，最终得出了仿真结果。
我认为整个课程设计就应用所学知识，克服困难，学习新知识 的一个过程，在这个过程中受益匪浅。
七、 参考文献
（1）由何希才、邹炳强编著，电子工业出版社出版的《通用电子电路应用400例》
（2）由康华光主编，陈大钦副主编，高等教育出版社出版的《电子技术基础模拟部分》
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