數(shù)字萬用表設(shè)計性實驗

1、數(shù)字萬用表設(shè)計性實驗隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，傳統(tǒng)指針式電表已逐漸被數(shù)字式電表所取代。數(shù)字萬用表具有高精確度、高分辨率、高測量速率等諸多優(yōu)點，HLD-WYB-型數(shù)字萬用表設(shè)計性試驗儀能提供測量與顯示所需要的獨立模塊，可將獨立的電路模塊進行有機結(jié)合構(gòu)成各種使用的數(shù)字萬用表測量電路?！緦嶒?zāi)康摹?、 了解萬用表的特性、組成和工作原則2、 學(xué)會電表改裝的分壓、分流原理3、 學(xué)會將非電壓量轉(zhuǎn)換成電壓量（即電流電壓；電阻電壓等）【實驗儀器】1、 HLD-WYB-一臺2、 三位半數(shù)字萬用表一臺3、 導(dǎo)線若干【儀器介紹】儀器面板如下圖所示：面板說明：1、電源開關(guān) 2、200mV量程3位半直流數(shù)字電壓表頭 3

2、、電壓表頭的小數(shù)點移動開關(guān)（小數(shù)點位置根據(jù)需要自行設(shè)置，但不影響表頭的實際量程） 4、0-20V直流電壓源 5、0-20V交流電壓源 6、三極管放大倍數(shù)測量電路 7、待測元件組 8、電阻測量電路 9、實用分壓器 10、實用分流器 11、多量程分壓器 12、多量程式分流器 13、交流-直流轉(zhuǎn)換電路 【實驗原理】無論何種數(shù)字表電路它通常由A/D轉(zhuǎn)換電路，時鐘電路，驅(qū)動電路，顯示電路等組成。而本實驗中使用的電壓表電路是由7107主體構(gòu)成。從原理上講，它所組成的僅僅是一個能測量小于199.9mV的直流電壓表，對于實驗來說，要測的物理量不只是電壓，還有電流、電阻等。要測量電流或電阻，就必須通過某種“IV

3、”、“RV”轉(zhuǎn)換電路將其它的非電壓信號轉(zhuǎn)換為直流電壓信號，才能用數(shù)字直流電壓表頭測量。另外，對于交流電壓和交流電流還要先將其變換為直流然后再用數(shù)字直流電壓表頭測量。1、電壓表量程的擴大由于3位半數(shù)字直流電壓表頭僅能測量小于200mv的直流電壓，要測量200mv的直流電壓，就必須利用分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，通過分壓來適應(yīng)表頭的量限。a. 數(shù)字電壓表頭的內(nèi)阻我們知道，對于測量用的電壓表，要求它的內(nèi)阻應(yīng)盡量大。普通的指針式電壓表的內(nèi)阻往往比較有限（通常只有103的數(shù)量級），而數(shù)字式電壓表它的輸入電阻可達1010以上，因此從性能上講它要遠遠優(yōu)于指針式電壓表。我們在實際的使用中可近似把數(shù)字電壓表的內(nèi)阻看作無窮大，

4、因此當(dāng)把數(shù)字電壓表頭接入外部的測量電路中時，其內(nèi)阻對外部的測量電路的影響可不予考慮。b. 分壓原理圖用Vi代表待測電壓量，U代表電表的輸入電壓，對于大于數(shù)字電壓表頭量程（200mV）的電壓值必須通過分壓（器）網(wǎng)絡(luò)來進行測量。電阻分壓器的原理如圖1所示：在圖1的電路中，有：按此原理，一個數(shù)字電壓表的多量程分壓器的網(wǎng)絡(luò)電路圖如圖2所示 c. 電阻選擇根據(jù)電阻的分壓原理，對于從200mV、2V、直至2000V的降壓電阻應(yīng)分別為0、9K、99K、1M、10M。d. 電表小數(shù)點的確定對于200mV、200V，應(yīng)點亮DP1，電壓表頭的小數(shù)點移動開關(guān)移動到最右端；2V應(yīng)點亮DP3，電壓表頭的小數(shù)點移動開關(guān)移

5、動到最左端；20V應(yīng)點亮DP2，電壓表頭的小數(shù)點移動開關(guān)移動到中間。e. 交流電壓測量由于表頭只能測量直流電壓，所以對于交流電壓的測量，應(yīng)先把待測的交流電壓分壓，然后將分壓后的交流電壓送入“交流直流轉(zhuǎn)換”電路進行轉(zhuǎn)換后再送入表頭顯示。2、電流的測量前面已述，基本的數(shù)字電表僅能測量電壓（直流），要測量電流必須通過電流電壓的轉(zhuǎn)換電路。電流電壓轉(zhuǎn)換電路的原理見圖3所示： 根據(jù)圖3可知： 或 由于U的量程限定為200mV，故改變不同的電阻R的阻值，就可改變不同的電流量程。a. 本實驗儀器電流的測量范圍分200A，2mA，20mA，200mA，2A五檔，因此通過合理改變R的阻值，可以測量相應(yīng)的電流。b.

6、 圖4是一個實用的多量程式分流器電路原理圖 在圖4的電路中，根據(jù)電阻的電流-電壓轉(zhuǎn)換原理，應(yīng)該有： 0.200mA(R1+R2+R3+R4+R5)=200mV2mA(R2+R3+R4+R5)=200mV20mA(R3+R4+R5)=200mV200mA(R4+R5)=200mV2000mAR5=200mV解上列方程組,得：R5=0.1 ;R4=0.9 ;R3=9 ; R2= 90 ; R1=900c. 交流電流的測量原理同交流電壓的測量，要先將交流電流經(jīng)過電阻網(wǎng)絡(luò)變換成交流電壓，選擇合適量程后再通過轉(zhuǎn)換電路“ACVDCV”其轉(zhuǎn)換成直流電壓進行顯示。3、電阻的測量電阻測量的原理是通過運算放大器，

7、把所需測量的電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號，再通過數(shù)字電壓表頭顯示。a、原理電路 電阻測量的原理如圖5所示。 在圖5的電路中，運放IC2的作用是輸出緩沖器，對測量電阻的數(shù)值沒有貢獻，而運放IC1則是一個反向電壓放大器。把待測電阻Rx放在IC1的反饋電阻的位置上，根據(jù)運算放大器的原理（此處從略）可知：當(dāng)輸入基準電壓E和輸入電阻保持恒定時，運放的輸出電壓：。但有一點須注意：輸出電壓Uo的值不能超過200mV，所以當(dāng)Rx阻值過大使輸出電壓Uo超過200mV時，必須改變輸入電阻的阻值，以防數(shù)字電壓表頭讀數(shù)因超量程而溢出。b、本實驗儀可測量阻值范圍為200、2K、20K、200K、2M4、標(biāo)準數(shù)字萬用表的儀器介紹和

8、使用說明數(shù)字萬用表，一種多用途電子測量儀器，一般包含安培計、電壓表、歐姆計等功能，有時也稱為萬用計、多用計、多用電表，或三用電表。a、分辨率、位數(shù)、字一個3位半的表，可以顯示三個從0到9的全數(shù)字位,和一個半位(只顯示1或沒有顯示)。一塊3位半的數(shù)字表可以達到1999字的分辨率。一塊4位半的數(shù)字表可以達到19999字的分辨率。b、電壓的測量 (1)、直流電壓的測量，如電池、隨身聽電源等。首先將黑表筆插進“com”孔，紅表筆插進“V ”。把旋鈕選到比估計值大的量程 （注意：表盤上的數(shù)值均為最大量程，“V”表示直流電壓檔，“V”表示交流電壓檔，“A”是電流檔），接著把表筆接電源或電池兩端；保持接觸穩(wěn)

9、定。數(shù) 值可以直接從顯示屏上讀取，若顯示為“1.”，則表明量程太小，那么就要加大量程后再測量工業(yè)電器。 如果在數(shù)值左邊出現(xiàn)“-”，則表明表筆極性與實際電源極性相反，此時紅表筆接的是負極。 (2)、交流電壓的測量。表筆插孔與直流電壓的測量一樣，不過應(yīng)該將旋鈕打到交流檔“V”處所需的量程即可。交流電壓無正負之分，測量方法跟前面相同。 無論測交流還是直流電壓，都要注意人身安全，不要隨便用手觸摸表筆的金屬部分。 c、電流的測量 (1)、直流電流的測量。先將黑表筆插入“COM”孔。若測量大于200mA的電流，則要將紅表筆插入“10A”插孔并將旋鈕打到直流 “10A”檔；若測量小于200mA的電流，則將紅

10、表筆插入 “200mA”插孔，將旋鈕打到直流200mA以內(nèi)的合適量程。調(diào)整好后，就可以測量了。將 萬用表串進電路中，保持穩(wěn)定，即可讀數(shù)。若顯示為“1.”，那么就要加大量程；如果在數(shù)值左邊出現(xiàn)“-”，則表明電流從黑表筆流進萬用表。 (2)、交流電流的測量。測量方法與1相同，不過檔位應(yīng)該打到交流檔位，電流測量完畢后應(yīng)將紅筆插回“V”孔，若忘記這一步而直接測電壓，會導(dǎo)使萬用表損壞！ d、電阻的測量 將表筆插進“COM”和“V”孔中，把旋鈕打旋到“”中所需的量程，用表筆接在電阻兩端金屬部位，測量中可以用手接觸電阻，但不要把手同時接觸電阻兩端，這樣會影響測量精確度的人體是電阻很大但是有限大的導(dǎo)體。讀數(shù)時

11、，要保持表筆和電阻有良好的接觸；注意單位：在“200” 檔時單位是“”，在“2K”到“200K“檔時單位為 “K ”，“2M”以上的單位是“M”。 e、二極管及蜂鳴器通斷測試 (1)、將黑表筆插入COM插孔,紅表筆插入V/插孔(紅表筆極性為“+”)將功能開關(guān)置于“”檔、并將表筆連接到待測二極管,讀數(shù)為二極管正向壓降的近似值. (2)、將表筆連接到待測線路的兩端如果兩端之間電阻值低于約70,內(nèi)置蜂鳴器發(fā)聲。一般用于檢測電路是否短路?！緦嶒瀮?nèi)容及步驟】一、直流電壓的測量：本儀器提供了0-20V的直流電壓，實驗可通過面板上的電位器來調(diào)節(jié)020V的直流電壓作為直流測試電壓源。測試時可直接將電壓源輸出的

12、可調(diào)輸出電壓連入電阻分壓網(wǎng)絡(luò)（有兩種分壓電路供選擇，以下電路只介紹一種）選擇合適的量程后，直接連入表頭顯示并和標(biāo)準表的讀數(shù)對比。具體步驟如下：1、按圖6接線，將0-20V的直流電壓調(diào)到最小，直流電壓表頭的小數(shù)點移動開關(guān)需移動到中間，標(biāo)準表必須工作在直流電壓檔。檢查線路連接無誤后，開啟電源。慢慢調(diào)大0-20V的直流測試電壓，按實驗數(shù)據(jù)表格要求分別記錄電壓表頭所顯示的測量值和標(biāo)準表顯示的標(biāo)準值。2、對調(diào)一下“標(biāo)準數(shù)字萬用表”上紅、黑表筆，觀察標(biāo)準數(shù)字萬用表的讀數(shù)。圖6二、交流電壓的測量與直流電壓測量相同，我們提供了0-20V的交流電壓，同樣可通過電位器調(diào)節(jié)，并將交流電壓源的可調(diào)輸出電壓通過多量程分

13、壓器分壓，并選擇合適的量程，然后將其引入“交流直流變換”電路的左端最后從右端連入表頭測量并和標(biāo)準表的讀數(shù)對比。具體步驟如下：1、按圖7接線，將0-20V的交流電壓調(diào)到最小，直流電壓表頭的小數(shù)點移動開關(guān)需移動到中間，標(biāo)準表必須工作在交流電壓檔。檢查線路連接無誤后，開啟電源。慢慢調(diào)大0-20V的交流測試電壓，按實驗數(shù)據(jù)表格要求分別記錄電壓表頭所顯示的測量值和標(biāo)準表顯示的標(biāo)準值。2、對調(diào)一下“標(biāo)準數(shù)字萬用表”上紅、黑表筆，觀察標(biāo)準數(shù)字萬用表的讀數(shù)。圖7三、直流電流的測量：將提供的0-20V的直流電壓與提供的電阻（例如10K）串聯(lián)形成一個回路，測量回路中的直流電流（電阻選擇10K時，電流大小為0-2m

14、A）。測直流電流時，我們可選用面板的電阻分流網(wǎng)絡(luò)（有兩種分流器電路供選擇，以下連接電路只介紹一種），將直流電流變?yōu)橹绷麟妷?，選擇合適量程后從分流器網(wǎng)絡(luò)的左端接入電流，右端與表頭連接顯示測量值并和標(biāo)準表的讀數(shù)對比。具體步驟如下：按圖8接線，將0-20V的直流電壓調(diào)到最小，直流電壓表頭的小數(shù)點移動開關(guān)需移動到最左邊，標(biāo)準表必須工作在直流電壓檔。檢查線路連接無誤后，開啟電源。慢慢調(diào)大0-20V的直流測試電壓，按實驗數(shù)據(jù)表格要求分別記錄電壓表頭所顯示的電流值和標(biāo)準表顯示的電壓值。根據(jù)歐姆定律（），計算標(biāo)準表獲得電流值。圖82、對調(diào)一下“標(biāo)準數(shù)字萬用表”上紅、黑表筆，觀察標(biāo)準數(shù)字萬用表的讀數(shù)。四、交流電

15、流的測量將提供的0-20V的交流電壓與提供的電阻串聯(lián)（例如10K）形成一個回路，測量回路中的交流電流（電阻選擇10K時，電流大小為0-2mA）。交流電流的測量時，先將交流電流接入電阻分流器網(wǎng)絡(luò)的左端，選擇合適電流的檔位，然后從分流器網(wǎng)絡(luò)的右端連到“交流直流變換”電路的左端，最后從“交流直流變換”電路的右端連入表頭測量顯示并和標(biāo)準表的讀數(shù)對比。具體步驟如下：1、按圖9接線，將0-20V的交流電壓調(diào)到最小，直流電壓表頭的小數(shù)點移動開關(guān)需移動到中間，標(biāo)準表必須工作在交流電壓檔。慢調(diào)大0-20V的直流測試電壓，按實驗數(shù)據(jù)表格要求分別記錄電壓表頭所顯示的電流值和標(biāo)準表顯示的電壓值。根據(jù)歐姆定律（I=U/

16、R），計算標(biāo)準表獲得電流值。2、對調(diào)一下“標(biāo)準數(shù)字萬用表”上紅、黑表筆，觀察標(biāo)準數(shù)字萬用表的讀數(shù)。圖9五、電阻的測量本實驗儀提供了多個待測電阻，分別為10、100、1K、10K、100K、1M。測量電阻時用連線將電阻接入電阻測量電路的“Rx”端，選擇量程時用插線將基準電壓與所選量程與相應(yīng)的輸入電阻端連接即可（如：測量1 K電阻選擇“2K”檔，只要將基準電壓上端與“2K”檔短接即可），最后將輸出端直接連入表頭測量顯示并和電阻標(biāo)準阻值對比。如要測量1K電阻，具體步驟如下：1、按圖10接線，直流電壓表頭的小數(shù)點移動開關(guān)需移動到最左邊。檢查線路連接無誤后，開啟電源。按實驗數(shù)據(jù)表格要求記錄電壓表頭所顯示

17、的測量值并與電阻標(biāo)稱值（1K）比較。2、直接用“標(biāo)準數(shù)字萬用表“測量電阻，注意測量電阻不得帶電測量，即不得把電阻連接要圖10中的電路進行測量。3、對調(diào)一下“標(biāo)準數(shù)字萬用表”上紅、黑表筆，觀察標(biāo)準數(shù)字萬用表的讀數(shù)。圖106、其它電子元件的測量本儀器面板上還提供了一些如二極管、光敏電阻、硅光電池、三極管等其它的電子元件，學(xué)生在上述實驗內(nèi)容完成的前提下，還可以自行用已搭接好的萬用電表電路對這些元件進行測試練習(xí)。注：為了安全起見，外加電壓或電流時不能太大，開機前請先把直流電壓（0-20V）或者交流電壓（0-20V）逆時針旋轉(zhuǎn)到底，確保外加電壓處于最小值，以免損壞儀器。【注意事項】1、 實驗時應(yīng)當(dāng)遵循“先接線，再加電；先斷電，再拆線”原則，加電前必須確認接線無誤，避免短路。2、 通常情況下，紅色線代表電源正極，黑色線代表電源負極，接線時務(wù)必按要求進行相應(yīng)連接，避免短路，造成危險。測量電壓時，應(yīng)將數(shù)字萬用表與被測電路并聯(lián)。測電流時，應(yīng)與被測電路串聯(lián)。測電阻時，將表筆接在電阻兩端。3、 萬用表的V/檔公用一個表筆插孔，而A檔單獨用一個插孔，使用時應(yīng)注意根據(jù)被測量調(diào)換插孔，否則可能造成測量錯位或儀表損壞。4、 當(dāng)測量值超過量程時（199.9mv），表頭最高位顯示為1，