数字万用表设计实验.pdf

《数字万用表设计实验.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、数字万用表设计实验一．实验目的1.掌握数字万用表的工作原理、组成和特性2.掌握数字万用表的校准方法和使用方法3.掌握分压及分流电路的连接和计算4.了解整流滤波电路和过压过流保护电路的功用二．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;⑵电压表具有高的输入阻抗⑶;测量速率快;⑷自动判别极性;⑸全部测量实现数字式直读;⑹自动调零;⑺抗过载能力强数字显示屏（LED或液晶)小数点驱动晶）VREF（配合被测量与量程）基准电压模数转换，译码驱动VIN过压过流保护分档电

2、阻（量程转换）电阻直流被测量分压器（量程转换）交流输入电压电流交流直流变换器过压过流保护分流器（量程转换）（放大、整流、滤波）图（1）数字万用表的基本组成2.模数（A/D）转换与数字显示电路常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

3、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Δ，则数字信号的大小一定是Δ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。以上所述的A/D转换及数字显示已是很成熟的电子技术，且已经制成大规模集成电路，一般的仪器仪表生产者、使用者只要知道该类集成电路的管脚及特性，就能使用了。3.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，U0为数字电压表

4、头的量程（如200mV），r为其内阻（如10MΩ），r1、r2为分压电阻，Ui0为扩展后的量程。2000V10M200V０～Ui01MIN+r120V99k０～U02V9k数字电压表IN－200mVr２数字电压表1krUi图（２）分压电路原理图（３）多量程分压器原理Ur由于r>>r02Ui200mV2，所以分压比为Urri012R19Mrr扩展后的量程为U12U2Vi00r2R2900kIN+多量程分压器原理电路见图（３），５挡量程20V数字的分压比分别为１、0.1、0.01、0.001和0.0001，电

5、压表R390k对应的量程分别为200mV、2V、20V、200V和2000V。200VIN－采用图３的分压电路虽然可以扩展电压表的R49k量程，但在小量程挡明显降低了电压表的输入阻2000V抗，这在实际使用中是所不希望的。所以，实际数R51k字万用表的直流电压挡电路为右图所示，它能在不降低输入阻抗的情况下，达到同样的分压效果。R4R510k例如：其中200V挡的分压比为0.001RRRRR10M12345其余各挡的分压比可同样算出，请同学们自己计算。实际设计时是根据各挡的分压比和总电阻来确定各分压电

6、阻的。如先确定R总＝R1+R2+R3+R4+R5=10M再计算2000V挡的电阻R5=0.0001R总=1k再逐挡计算R4、R3、R2、R1(详见数据处理部分)。尽管上述最高量程挡的理论量程是2000V，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1000V。换量程时，多刀量程转换开关可以根据挡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。4.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r>>R，取样电阻R上的电压降为Ui

7、=RIi即被测电流：Ii=Ui/R若数字表头的电压量程为U0，欲使电流挡量程为I0，则该挡的取样电阻（也称分流电阻）为：R=U0/I0如U0=200mV，则I0=200mA挡的分流Ii200μA1kUi2mA100UiIN+Ii20mAIN+10200mA数字电压表R数字电压表12AIN－0.1rIN－电阻为R=1Ω。图（５）电流测量原理图（６）多量程分流器电路Ii200μA900R1多量程分流器原理电路见图（６）。Ui2mA图（６）中的分流器在实际使用中有一个缺FUSE90R2IN+点，就是当换挡开关接触不良时

8、，被测电路的电数字20mA压可能使数字表头过载，所以，实际数字万用表电压表9R3IN－的直流电流挡电路为图７所示。200mA0.9R4D1D22A0.1R5图（７）中各挡分流电阻的阻值是这样计算的：先计算最大电流挡的分流电阻R5U00.2R0.1()图（７）实用分流器电路5I2m5U00.2再计算下一挡的R4：RR0.10.9()45I0.2m4依次可