使用TL082/LM1458运放构建高阻抗电压表

元件与材料

1mA表头作为0-15VDC电压表销售，但本质上是一个1mA指示器配合15kΩ分压电阻。如果您有此表头，附带的15kΩ电阻可替换上述列表中的电阻。

我们使用JFET输入运放如TL082来说明如何构建高阻抗电压表。展示LM1458是为了对比，因为它不受TL082可能发生的锁相问题影响。

极高电阻值适用于1MΩ电阻；它们仅用于设定电压表的输入阻抗和量程。

交叉参考

电路课程，第3卷，第8章："运算放大器"

学习目标

原理图

实物接线图

实验步骤

理想电压表具有无限输入阻抗，不从被测电路汲取电流。电压表汲取电流越大，由负载引起的测量误差越大——类似于漏气的轮胎压力计读数偏低。此效应在高阻抗电路（如1MΩ分压器）中尤为明显。

若直接将1mA表头与15kΩ电阻串联，用于读取TP1、TP2或TP3处的电压，您将观察到因电压表负载导致的显著误差。

使用下述运放配置可大幅减轻负载。表头位于运放反馈回路中，驱动指针的电流由运放电源轨提供，而非测试点。15kΩ电阻建立1mA表头的满量程电流。

按原理图构建电路并重新测量TP1、TP2、TP3。您现在应读到接近3V、6V和9V的值。

注意此设计的极高灵敏度：一手触摸测试探针，另一手触摸电池最正端，指针会偏转，因为人体电阻允许微小电流流经表头反馈回路。探针接地将正确读0V。

接下来，将电源改为分立配置：移除第2和第3节电池间的中心抽头，改为接地最负端。

此变化使测试点电压升至6V、12V和18V。虽然18V读数将推至表头极限，但6V和12V点仍可准确测量。

此时接地测试探针无法使指针归零。这是典型的运放锁相场景：当JFET输入的共模电压接负轨时饱和。使用双电源（+12V/-12V）时，负轨在接地下12V，接地探针不违反共模限制。但使用单+24V电源（接地0V）时，探针的0V输入达到负轨，触发锁相导致输出摆高。

将TL082替换为LM1458可消除锁相，因其容忍更宽的共模范围。一般来说，始终确保运放电源轨超过最大预期输入电压至少器件的共模限制量。

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工业技术