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一、实验目的1．了解数字万用表的特性、基本组成和工作原理。2．掌握分压电路、分流电路的计算和连接。3．学会数字万用表的直流电压的校准方法。4．正确连接、组成测试直流电压的基本电路，掌握数字万用表的使用方法。二、实验仪器1．JD-SB-Ⅱ型数字万用表设计性实验仪一台2．三位半或四位半数字万用表（作为标准表）一台三、数字万用表的基本组成和原理1．数字万用表的优良特性与指针式万用表相比，数字万用表具有许多优良特性。诸如：高准确度和高分辨力；作为电压表具有高达10MΩ以上的输入阻抗；能够自动判别极性；自动调零；

2、全部测量实现数字直读；具备比较完善的保护电路；具有较强的抗过压过流的能力等。所以，数字万用表受到用户的青睐，是从事电工、电子的工程技术人员必备的仪表。本实验仪采用分体式结构，便于学生进行开放的设计性实验，了解数字万用表的组成及调试技术，提高使用和维修数字万用表的能力。2．数字万用表的基本组成数字万用表的基本组成见图1。不同型号的数字万用表还有其它一些附加功能，本实验只研究数字万用表的这些基本组成部分和基本功能。由图1可见，数字测量仪表的核心是模数（A/D）转换、译码显示电路。本实验仪的核心是一个三位半数字表头，它由数字表专

3、用A/D转换译码驱动电路和LED数码管等构成。该表头有7个输入端，包括2个测量电压输入端（IN+，IN-），2个基准电压输入端（VREF+，VREF-）和三个小数点驱动输入端（表头最左边一位小数点为dp1，依次为dp2,dp3）。为了使电路的连接清晰明了，本仪器不用数字万用表通常采用的拨盘式多刀量程转换开关，而是采用特殊的迭插头对，由实验者自己用连线连接有关电路，从而达到设计性实验的目的。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为数字电压表头的量程（如20

4、0mV）,r为其内阻(如10MΩ)，r1、r2为分压电阻，Ui0为扩展后的量程。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2000V、200V、20V、2V和200mV。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，实际数字万用表的分压器电路为图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。例如：其中200V档的分压比为：其

5、余各档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档的分压比和总电阻来确定各分压电阻的。如先确定：R总=R1+R2+R3+R4+R5=10M再计算2000V档的电阻R5=0.0001R总=1K再逐档计算R4、R3、R2、R1。尽管上述最高量程档的理论量程是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，实际万用表的拨盘式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。本实验仪略去了拨盘开关，由实验者用导线，将待测电压量程和数字表头相连，而

6、小数点也是由实验者根据量程将小数点设置电路连接到相应的小数点位。如图5所示。图5表示，当量程为200mV或200V时，小数点设置为dp3，量程为20V时，小数点设置为dp2，量程为2V时，小数点设置为dp1，当量程为2000V时，不设置小数点。对于后面将要叙述的电流和电阻的测量，小数点设置见表1。表1电压、电流、电阻分档量程与小数点位置对照小数点测试种类dp1dp2dp3电压2V20V200mV，200V电流2mA，2A20mA200μA，200mA电阻2KΩ，2MΩ20KΩ200Ω，200KΩ5．直流电流测量电路测量电流

7、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6，由于r>>R，取样电阻R上的电压降为Ui=RIi即被测电流：Ii=Ui/R若数字表头的电压量程为U0，欲使电流档量程为I0，则该档的取样电阻（也称分流电阻）为：R=U0/I0如U0=200mV,则I0=200mA档的分流电阻为R=1Ω。多量程分流器原理电路见图7。图7中的分流器在实际使用中有一个缺点，就是当换档开关接触不良时，被测电路的电压可能使数字表头过载，所以，实际数字万用表的直流电流档电路如图8所示。图8中各档分流电阻的阻值是这样

8、计算的：先计算最大电流档的分流电阻R5再计算下一档的R4依次可计算出R3、R2和R1，请同学们自己计算。图中的BX是2A保险丝管，电流过大时会快速熔断，起过流保护作用。两只反向连接且与分流电阻并联的二极管D1、D2为塑封硅整流二极管，它们起双向限幅过压保护作用。正常测量时，输入电压小于硅二极管的正向导通