电子线路课程设计报告设计课题：高精度智能电阻测量
设计时间：2015年3月9日—2015年5月15日高精度智能电阻测量仪
一．设计任务与设计指标要求
设计说明：
电阻是常用的电子元件，某些材料的直流电阻需要精确的测量。利用欧姆定律设计一台电阻测量仪，显示被测量材料的直流电阻阻值。基本部分
1、测量电阻范围：2～20欧姆，20～200欧姆，200～2K，2K～20K，用按钮切换量程。2、测量精度：1%
3、要求测量结果显示稳定3位有效数字（可用数字万用表的电压档当作显示终端）发挥部分
1、测量电阻范围：可测量最小1欧姆的电阻2、测量精度：0.5%
3、要求测量结果显示稳定4位有效数字
二．元器件清单元件类型基准稳压源集成运放限流电阻滑线变阻器1滑线变阻器2滑线变阻器3滑线变阻器4滑线变阻器5定值电阻定值电阻定值电组电容PNP三极管NPN三极管A/D转换芯片基准源
型号TL431LM358R1R2R3R4R5R6R7、R8R9—R12R13—R19C1、C285508050MC14433
主要参数稳压值Uz=2.5V单电源（3—30V）
2K?
最大阻值为50K?最大阻值为10K?最大阻值为500?最大阻值为100?最大阻值为1K?
470K?510?1K?0.1uF数量1个1个1个1个1个1个1个1个2个4个7个2个1个4个
备注负载电流1—
100mA偏置电流为45nA
用于恒流源做驱动
电源电压为±4.8V—±8V输出电压值：2.475V～2.525V电源电压范围：
5—15V
1片
MC14031片
译码驱动器四位一体共阴数码管拨码开关导线电路板
HEF4511BPARKSR420561NS1—S4
1片译码驱动
1个4个
三．系统总体框图
我们所设计的智能电阻测量仪主要由四个部分组成：集成运放芯片LM358及可控精密稳压源TL431构成了恒流源部分，高精度A/D转换芯片MC14433及基准电压源MC1403构成了电压采样转换部分，译码驱动器CD4511及以四个三极管组成的位驱动阵列形成了译码驱动部分，四位一体共阴数码管构成了显示部分。其所运用的基本原理是欧姆定律，通过采样待测电阻两端的电压并将结果在数码管上显示出来，则所测得的电阻阻值即为显示值与对应设定的电阻档位的倍率乘积。
四．设计方案论证及分析1.恒流源
1.1恒流源的设计
集成运算放大器采用LM358，内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。直流电压增益高(约100dB)、单位增益频带宽(约1MHz)、电源电压范围宽：单电源(3—30V)。输入偏置电流45nA。
稳压二极管采用集成芯片TL431，它是一个有良好的热稳定性能的三端
可调分流基准电压源。其输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从VREF（2.5V）到36V范围内的任何值，典型稳压值为2.5V。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等。电压参考误差：±0.4％，低动态输出阻抗，典型值0.22Ω，负载电流范围：1.0mA—100.0mA。只需设计一个恒流源，用四
个滑线变阻器调节控制输出四种不同的电流（关于滑线变阻器及限流电阻的阻值见后面分析部分）。
由于所需最大电流为100.0mA,故只需用一个PNP三极管就行了。PNP三级管选择8550，它是一种小功率的普通PNP型硅管，集电极电流Ic最大值为-500mA，集电极-发射极电压为-30V，集电极-基电压为-40V，发射极-基极电压为-5V，耗散功率0.625W。
1.2恒流源的参数分析根据课题要求的测量电阻范围为：2?～20?、20?～200?、200?～2K?、2K～20K?。那么就需要设置四种不同的电阻档位倍率，即：?10、?100、?1K、
?10K。鉴于电阻测量有四个档位，我们最终做出的恒流源可以利用四种不同阻值的滑线变阻器来调节产生对应的四种不同的电流，分别为100mA,10mA,1mA，0.1mA,对应的上面的四种不同的电阻档位，这样使得当对待测电阻施以恒定的电流时，在其上产生的电压范围始终在0.2V～2V之间，使得后面的部分能正常高效工作，从而可以得到比较好的结果。
而根据计算最终可将恒流源的供电电压设置为+6V,同时考虑到实验测试仪器的限制就需要把MC14433芯片的的供电电压设置为±6V,CD4511芯片的供电电压也设置为+6V。电流源电路的稳压二极管用可控精密稳压源TL431产生2.5V的稳压值，从而使恒流源可以产生上述所要求的特定电流值，由于要求精度较高，而精度主要取决于电流源的精度，故此还要尽量把电流源电路的精度设计的较高些。
假设取电源电压VCC=+5V时，由于TL431的基准稳压值为UZ=2.5V，根据LM358的特性，那么其同相端对地电压为：U+=U—=VCC—VREF=5V—2.5V=2.5V，且I+=I
—
≈0，根据TL431负载电流范围是1mA—100mA，那么通过R1的电流范围是：1mA
—100mA，则R1的范围是：25?～2.5K?。
设三极管三个极上对地的电压分别为：UE、UB、UC、则UE=2.5V。又根据待测电阻范围，需设计四个量程档位，即：2?～20?、20?～200?、200?～2K?、2K～20K?，那么对应档位的电流分别为：100mA,10mA,1mA，0.1mA。也就是说待测电阻的范围是：0.2V—2V，三极管正常工作，处于放大状态，则有：UEB=0.7V，
高精度智能电阻测量仪课程设计 - 图文
