数字万用表设计性实验

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1、数字万用表设计性实验［实验目的］1、了解万用表的特性、组成和工作原则。2、掌握分压、分流电路的计算和连接。3、学会数字万用表的校准方法和使用方法。4、了解整流滤波电路和过压过流保护电路的功用。［实验仪器］1.WS-Ⅰ数字万用表设计性实验仪2.三位半或四位半数字万用表［实验原理］1.数字万用表的特性与指针式万用表相比较，数字万用表有如下优良特性：(1)高准确度和高分辨力(2)电压表具有高的输入阻抗(3)测量速率快(4)自动判别极性(5)全部测量实现数字直读(6)自动调零(7)抗过载能力强当然，数字万用表也有一些弱点，如：(1)测量时不象指针式仪表那样能清楚直观地观察到

2、指针偏转的过程，在观察充放电等过程时不够方便。(2)数字万用表的量程转换开关通常与电路板是一体的，触点容量小，耐压不很高，有的机械强度不够高，寿命不够长，导致用旧以后换档不可靠。(3)一般万用表的V/Ω档公用一个表笔插孔，而A档单独用一个插孔。使用时应注意根据被测量调换插孔，否则可能造成测量错误或仪表损坏。2.数字万用表的基本组成数字万用表的基本组成见图1。除了图1中的基本组成部分之外，数字万用表通常还有蜂鸣器电路、二极管检测电路、三极管hFE测量电路、低电压指示电路等(如DT830A型)。本实验只研究数字万用表的基本组成部分。3.模数(A/D)转换与数字显示电路常

3、见的物理量都是幅值(大小)连续变化的所谓模拟量(模拟信号)。指针式仪表可以直接对模拟电压、电流进行显示。而对数字式仪表，需要把模拟电信号(通常是电压信号)转换成数字信号，再进行显示和处理(如存储、传输、打印、运算等)。数字信号与模拟信号不同，其幅值(大小)是不连续的。就是说数字信号的大小只能是某些分立的数值。就象人站在楼梯上时，人站的高度只能是某些分立的数值一样。这种情况被称为是“量化的”。若最小量化单位(量化台阶)为，则数字信号的大小一定是的整数倍，该整数可以用二进制数码表示。但为了能直观地读出信号大小的数值，需经过数码变换(译码)后由数码管或液晶屏显示出来。例如

4、，设=0.1，我们把被测电压与比较，看是的多少倍，并把结果四舍五入取为整数(二进制)。一般情况下，≥1000即可满足测量精度要求(量化误差≤1/1000=0.1%)。所以，最常见的数字表头的最大示数为1999，被称为三位半(31/2)数字表。图1数字万用表的基本组成对上述情况，我们把小数点定在最末位之前，显示出来的就是以mV为单位的被测电压的大小。如：是(0.1)的1234倍，即=1234，显示结果为123.4()。这样的数字表头，再加上电压极性判别显示电路，就可以测量显示-199.9～199.9的电压，显示精度为0.1。由上可见，数字测量仪表的核心是模数(A/D)

5、转换、译码显示电路。A/D转换一般又可分为量化、编码两个步骤。有关A/D转换、编码、译码的详尽理论超出了本实验所要求的范围，感兴趣的同学可参阅有关专业教材。本实验使用的WS-Ⅰ型数字万用表设计性实验仪，其核心是一个三位半数字表头，它由数字表专用A/D转换译码驱动集成电路和外围元件、LED数码管构成。该表头有7个输入端，包括2个测量电压输入端(、)、2个基准电压输入端(、)和3个小数点驱动输入端。4.直流电压测量电路在数字电压表头前面加一级分压电路(分压器)，可以扩展直流电压测量的量程。如图2所示，为电压表头的量程(如200)，为其内阻(如10)，、为分压电阻，为扩展

6、后的量程。图2分压电路原理图3多量程分压器原理由于r>>r2，所以分压比为扩展后的量程为多量程分压器原理电路见图3，5档量程的分压比分别为1、0.1、0.01、0.001和0.0001，对应的量程分别为2000、200、20、2和200。采用图3的分压电路虽然可以扩展电压表的量程，但在小量程档明显降低了电压表的输入阻抗，这在实际使用中是所不希望的。所以，实际数字万用表的直流电压档电路为图4所示，它能在不降低输入阻抗的情况下，达到同样的分压效果。图4实用分压器电路例如：其中200档的分压比为其余各档的分压比可同样算出。实际设计时是根据各档的分压比和总电阻来确定各分压电

7、阻的。如先确定再计算2000档的电阻再逐档计算、、、。尽管上述最高量程档的理论量程是2000，但通常的数字万用表出于耐压和安全考虑，规定最高电压量限为1000。换量程时，多刀量程转换开关可以根据档位自动调整小数点的显示，使用者可方便地直读出测量结果。5.直流电流测量电路测量电流的原理是：根据欧姆定律，用合适的取样电阻把待测电流转换为相应的电压，再进行测量。如图5，由于，取样电阻上的电压降为即被测电流图5电流测量原理图6多量程分流器电路图7实用分流器电路若数字表头的电压量程为，欲使电流档量程为，则该档的取样电阻(也称分流电阻)为如=200，则=200档的分流电阻为