實驗1萬用表的使用

聊城大學基礎(chǔ)物理實驗室實驗1萬用表的使用一、基本教學要求1.掌握電流表、電壓表、歐姆表的原理；2.會用指針萬用表、數(shù)字萬用表測量電壓、電流、電阻、電容、頻率、二極管、三極管等。掌握指針萬用表、數(shù)字萬用表的讀數(shù)方法和量程的選擇原則。3.引導學生自制簡易萬用表二、實驗原理1.電流表：表頭和并聯(lián)電阻R2組成的整體（圖中虛線框住的部分）就是改裝后的電流表。如需將量程擴大為nIg，則不難得出分流電阻為Rg/（n-1）。圖1圖12.電壓表：為了測量較大的電壓，可以給表頭串聯(lián)一個阻值適當?shù)碾娮琛Ｒ蚜砍虨镮g的電流表改裝成量程為Um的電壓表，降壓電阻為：。交流電壓表在直流電壓表的基礎(chǔ)上加了兩個二極管構(gòu)成半波整流電路，交流電壓表測的是交流電的有效值。3.歐姆表：實際的多量程歐姆表多采用并聯(lián)分流的調(diào)零方式，電路如圖3所示。圖3圖3中，最大檔位（1K）的表內(nèi)總電阻由R、RW、R0、Rg組成的等效電阻為R內(nèi)，其中RW是調(diào)零電阻，R0是使該支路的分流電阻限定在一定的范圍。短路a、b兩端，即Rx=0時,調(diào)RW使表頭中的電流滿偏，即當a、b端接入被測電阻Rx后，表頭中的電流為。當電源端電壓U保持不變時，被測電阻和電流值有一一對應(yīng)的關(guān)系。即接入不同的電阻，表頭就會有不同的偏轉(zhuǎn)讀數(shù)，Rx越大，電流I越小。當Rx=R內(nèi)時：這時指針在表頭的中間位置，對應(yīng)的阻值為中值電阻，顯然R中=R內(nèi).當Rx=∞（相當于a、b開路）時，I=0，即指針在表頭的機械零位，所以歐姆表的標度尺為反向刻度。表盤的歐姆值是根據(jù)R中來標定的，不同的對應(yīng)不同的，當為2、3、4……時，電流表中的電流分別為、、……。歐姆表在使用過程中電池的端電壓會有所改變，而表頭的內(nèi)阻Rg、R0及R為常量，故要求RW要跟著U的變化而改變，以滿足調(diào)“零”的要求。三、實驗內(nèi)容基本要求：用指針萬用表和數(shù)字萬用表測交、直流電壓、電流；測電阻；測頻率。提高要求：用指針萬用表判斷電容、二極管、三級管極性及好壞；用數(shù)字萬用表測二極管、三極管、電容、電導。四、測量數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理電壓的測量。（測交流信號時注意頻率范圍）指針表測量值（量程：）數(shù)字表測量值電源標示值直流電壓交流電壓電流的測量。（注意電路中要接≥負載電阻、電流表串聯(lián)、表針插孔的選擇）指針表測量值（量程：）數(shù)字表測量值電阻箱讀數(shù)直流電流交流電流電阻的測量（注意電阻箱要從電路中斷開）指針表測量值數(shù)字表測量值電阻箱讀數(shù)電阻用指針萬用表測量低電阻（小于的電阻）。表針電阻總電阻測量值電阻箱標定值4、測二極管：用指針表歐姆檔定性判斷二極管的極性與好壞（用或檔測量）。用數(shù)字表二極管測量檔測二極管的正向壓降為：mV。并會判斷電路通斷。5、測量頻率信號源顯示值頻率測量值6、測電容：電容先放電，用數(shù)字表測得電容值為：F。用指針表歐姆檔判斷電解電容的極性與好壞：采用萬用表R×1K檔，在檢測前，先將電解電容的兩根引腳相碰，以便放掉電容內(nèi)殘余的電荷。當表筆剛接通時，表針向右偏轉(zhuǎn)一個角度，然后表針緩慢地向左回轉(zhuǎn)，最后表針停下。表針停下來指示的阻值為該電容的漏電電阻，此阻值愈大愈好，最好應(yīng)接近無窮大處。如果漏電電阻只有幾十千歐，說明這一電解電容漏電嚴重。表針向右擺動的角度越大（表針還應(yīng)該向左回擺），說明這一電解電容的電容量也越大，反之說明容量越小。７、測三極管：(1)用指針表歐姆檔判斷三極管是NPN還是PNP型；并判斷電極標在圖中；判斷類型：用或檔，先假設(shè)基極并與黑表針相接，紅表針先后接另外兩極，若兩次測量的電阻都小（約幾百歐至幾千歐，集電極與基極間正向電阻稍小，發(fā)射極與基極間正向電阻稍大），則為NPN型，且黑表針接的為基極；若兩次測量的電阻都大（約幾千至幾十千歐），則為PNP型，且黑表針接的為基極；若兩次測量的電阻一大一小，則假設(shè)的基極不正確，需重新假設(shè)。c、e電極判斷：紅黑表針先后正反向測c、e間電阻（都比較大），選電阻較小的接法，對NPN黑表針接的是集電極；對PNP紅表針接的是集電極。若電阻大小不能分辨，紅黑表針先后正反向測c、e間電阻時，對NPN用手連接黑表針與基極，選電阻較小的接法，黑表針接的是集電極c；對PNP用手連接紅表針與基極，選電阻較小的接法，與紅表針接的是集電極c。(2)用數(shù)字表的二極管通斷檔位判斷三極管的電極及類型；將三極管看出背靠背的PN結(jié)，按照判斷二極管的方法可以判斷出公共正極或公共負極，此極為基極。對NPN基極是公共正極，對PNP基極是公共負極。若在測量過程中找不到公共極，則三極管是壞的。(3)用數(shù)字表ＨＦＥ檔測量三極管放大率，并判斷電極。確定了基極，將三極管的三個管腳插入對應(yīng)的插孔中，再調(diào)換c、e測一次，顯示數(shù)值大的一次管腳插的位置是正確的。五、訓練的基本方法與技能學會基本電表的使用，掌握指針表和數(shù)字表的讀數(shù)方法。六、教學重點及難點重點：掌握量程的選取原則，掌握如何讀數(shù)、估讀。難點：萬用表使用的注意事項。電表的連接方式、測量檔位或表筆插孔的選擇，避免燒壞電表。七、思考題及參考答案1.總結(jié)萬用表使用時有哪些注意事項？（1）禁止用歐姆檔或電流檔測電壓。電流檔不能測短路電流。（2）測量未知量應(yīng)先用大量程粗測，再逐漸縮小至合適的量程，進行讀數(shù)。不能在測量狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)檔位開關(guān)。（3）對指針萬用表，每次測量前和改變測量檔后都必須調(diào)節(jié)零點。特別電阻檔。（4）測量時，手指不允許碰到金屬部分。測電路中的電阻必須斷開電路。（5）測量完畢，指針萬用表的功能開關(guān)應(yīng)置于交流電壓最大量程檔；數(shù)字萬用表的電源關(guān)閉。2.若兩個萬用表有不同的中值電阻，表盤刻度的分布是否相同？提示：若中值電阻相同，則表盤刻度分布就相同，如表盤的、、等位置處標的電阻值均相同。若兩萬用表中值電阻不同，則刻度分布也不同。3.當被測電阻分別為、、時，表針在什么位置處？（用表示）提示：對應(yīng)；對應(yīng)；對應(yīng)。提示：對應(yīng)；對應(yīng)；對應(yīng)。4.為保護指針萬用表，用完后要把檔位開關(guān)打到哪個檔位上？長期不用最好取出電池。提示：交流電壓最高檔。5.歐姆檔由高倍率換低倍率，表針短接時，表針如何變化？為什么？提示：指針向高電阻方向偏轉(zhuǎn)。因為中值電阻降低，回路總電流增大，電池輸出電壓降低，導致表頭所在支路的電流減小，指針向高電阻方向偏轉(zhuǎn)。需要重新歐姆調(diào)零。6．歐姆表內(nèi)電池的電動勢降低對測量結(jié)果又何影響？提示：設(shè)新電池的電動勢為，此時在刻度盤上標定了與某電流I處對應(yīng)的表針間的電阻值，此時接入表針間的電阻實際值與表盤上的標定值相符。；（1）舊電池的電動勢降為時，調(diào)零后表的中值電阻變?yōu)?，若要使表針仍然偏轉(zhuǎn)到I處（即標定值為的位置），表針間需接入電阻的實際值為，則（2）由（1）式和（2）式得出電動勢下降后，在特定的表針I(yè)處，與間的關(guān)系：整理得：，所以電池電動勢降低后，測量值大于實際值。7.用萬用表的電壓、電流檔測量電壓、電流時，指針指在什么位置讀數(shù)好？用歐姆檔測量電阻時指針指在什么位置讀數(shù)好？為什么？提示：測量電壓電流時，指針越接近滿刻度相對誤差越??；測量電阻時指針越接近表盤中央測量誤差越小。對于電壓電流表：表的最大測量誤差限值為（系統(tǒng)誤差）。A為表的量程，S為準確度等級，可見S越小，表的精度越高；若表示電表的顯示值，則可能出現(xiàn)的最大相對誤差為，由此可見，測量的相對誤差與測量值x、量程A、準確度等級S有關(guān)。對某一個電表，測量值越接近量程，相對誤差越小，因此選擇量程時應(yīng)使指針處在滿刻度的三分之二以上為宜。對于歐姆表：被測電阻與電流I是一一對應(yīng)的，，則，由上式可知，讀表針位置時視覺相對誤差為，由此導致的電阻測量值的相對誤差在時最小，即表針指在表盤中部比較好。8.將滿偏電流為50A、內(nèi)阻約為800~