万用表设计实验上课讲义

北京交通大学

大学物理实验

设计性实验

实验题目万用表的设计与组装

学院

班级

学号

姓名

首次实验时间 2012年 11 月 6 日指导教师签字

万用表的设计与组装

引言

一实验任务：

分析研究万用表电路，设计并组装一个万用表。

二实验要求：

1．分析常用万用表电路，说明个挡的够功能和设计原理；

2．设计组装并校验具有下列四档功能的万用表。

（1）直流电流挡：量程1.00mA；

（2）以自制的1.00mA电流表为基础的直流电压档：量程2.50V。

（3）以自制的1.00mA电流表为基础的交流电压档：量程10.00V。

(4）以自制的1.00mA电流表为基础的电阻档（×100）

电源使用1.5V电池。

3．给出将×100电阻档改造为×10电阻档的电路。

三主要仪器：

表头，导线若干，电阻箱若干，万用表。

四常用万用表电路的分析：

1、图1是简易万用表及欧姆表的实验电路。电流，电阻，电压等被测信号经过输入电路和变换电路后，变成微安级电流，再流经表头，使指针偏转，通过欧姆定律等电学公式的计算转换，从而指示出被测量值

μ

A

R1

R2R4R3

Rg

Ig

-

+

V

V

mA μA

R1

R2

Rg

Ig

-⨯110⨯1

1⨯1100+

2、直流电流挡原理如图1-1，在微安电流表头上并联一个适当的分流 电阻R ，从而达到扩充量程的目的。由公式

可知，电流表的量程为原量程的

倍。

μA

Rg

Ig

R

图1

图1-1

直流电压挡原理如图1-2，在表头串联一个适当大的分压电阻，使经过表头的电压降低，扩充了它的量程。由公式

可知，串联一大小为R 的电阻，电表的量程变为原来的

倍。

μA

Rg Ig

R

3、交流电压挡原理如图1-3，由于表头只能流过直流电，因此测量交流时还需要一个整流电路。万用表中一般采用通过串并联的两个二极管半波整流的形式将交流变为直流。当被测交流电处于正半周时，电流经分压电阻及整流二极管V2流经等效表头，表针偏转；而在被测交流电的负半周。电流直接从二极管V1流过分压电阻。而不经过表头。

当外电路交流电压有效值为10V时，内电路直流电压为4.5V。考虑到二极管自身的电势降0.6/2=0.3V，加在表头上的电压为4.2V。

μA

Rg Ig

4、电阻挡原理如图1-4，当两表笔短接时，调节的值，使电流表满偏，有欧姆定律得：

图1-2

图1-3

外接电阻时，有欧姆定律得：

由公式易知电阻与电流非线性变化，所以表盘刻度不均匀，当=时，电流表半偏，称其为中值电阻。

R2

A

S2

S1

实验方案：

用给定的表头通过与相应的电阻进行串并联可以组装成有直流电压、电流档的万用表。通过整流滤波电路可以组装成有交流电压档的万用表。该表头的内阻为，满偏电流为。

表头满偏电流较小，不能直接测量较大电流。因此需要小电阻分流。分流电路如图（a）。设直流电流档的量程为I。并联电

阻为。由欧姆定律的

(1)

图1-4

G

(a)

由公式（1）可以求得的理论值是

二：直流电压档

由于表头内阻较小，满偏电流也很小。因此满篇电压也很小则需串联一个较大的电阻分压。设直流电压档的量程为串联电阻为由欧姆定律得U=I (2)

其电路图如图（b）

G

(b)

则由式（2）可求得分压电阻的理论值是

三：交流电压档

必须先把交流电压转为直流电压再测其电压。通过半桥整流电路可将交流电转化为直流电。如图（c）

（c）

电压的有效值为U的交流电输入后，经半桥整流后得到电压平均值为E的直流电。

四：电阻档

电阻档是在自供电压为E的直流电源下，与待测电阻串联形成通路。再测量电阻。在两极短接是电阻必须为零，故而电阻档须有调零电阻。电阻档电路图如图（d）

(d)

实验内容

一：制作可调电压的直流电源

二：制作量程1.00mA 直流电流表并校验 三：制作量程2.50V 的直流电压表并校验 四：制作量程10.0V 交流电压表并校验 五：制作×100挡的欧姆表并校验

六：将×100电阻档改造为×10电阻档的电路

实验步骤

一：制作可调电压的直流电源

用以下电路图转交流为直流

G

R

测量得最大输出电压为V

二：制作量程1.00mA直流电流表并校验

1设计和制作：

按图（a）组装电流表。测得

表头内阻表头内固定的电阻R=

则表头实际内阻为

表头量程= Ma

则=

用下图电路进行校验

2校验

（1）校准方法：比较法（与标准万用表比较）。

（2）校准要求：给出校准数据，画出校准曲线（折线）

（3）校准电路：将组装表、标准表、限流电阻、电源接入电路

（4）对组装表实际量程的调整：组装表、标准表均为1.00mA 时方可进行校准

三：制作量程2.50V 的直流电压表并校验

1设计和制作：

在1mA 电流表的基础上组装2.50V 的电压表按图（b ）组装电路 可得

=

按下图进行分刻度校验

2校验

（1）校准方法：比较法（与标准万用表比较）。

（2）校准要求：给出校准数据，画出校准曲线（折线）

G

V

R

G

A