9讲义(万用表使用)

万用表的使用及伏安法测电阻【实验目的】（1） 了解万用表的基本构造及原理；（2） 学习用万用表测量电流、电压、电阻等物理量；（3） 学习用万用表检查电路的故障及检测电阻、二极管、电容等； （4） 掌握电子元件的伏安特性的测量方法，用伏安法测电阻；【实验仪器】指针式万用表（MF-47）、数字式万用表、干电池1节、电阻2个（大小各一）、二极管1只、电容器2只、直流稳压电源、单刀开关、直流电压表、直流电流表、滑线变阻器、导线等【实验原理】 一、指针式万用表 1、基本构造指针式万用电表（以下简称万用表）有一个共用表头（微安表），内部有多种不同的电路，表头与不同的电路配接就构成了多种功能多种量程的电表。

其基本构造有三部分。

（1）表头：这是指示部分，是万用表的核心部件，万用表的重要性能就取决于表头。

（2）转换装置：一般由转换开关、表笔、插孔等组成，用于选择不同的测量功能及量程，也就是选择不同的测量电路。

与此相对应，表盘上刻有各种功能相应的刻度。

（3）测量电路：主要由分流电阻和分压电阻等元件组成。

不同的测量电路其作用是把不同的被测量转换成表头指示的电学量，例如把被测的大电流通过分流电阻转换成表头能够承受的小电流。

2、基本原理电流表是表头与分流电阻相连构成的，分为开路式和闭路式电路，如图（1）所示为闭路式电路。

电压表是表头与分压电阻相连构成的，如图（2）所示。

此二者工作原理在这里都不再赘述。

下面仅对欧姆表（万用表的欧姆档是一个多量程的欧姆表）的原理作简单的介绍。

如图（3）和图（4）所示，虚线框内为欧姆表的原理电路图。

表内电源（干电池）电压为E ，表头内阻为g R ，满偏电流为g I ，R 为限流电阻， x R 为被测电阻。

由全电路欧姆定律可知：x g xEI R R R =++ （1）这就是欧姆表的刻度公式。

E 、g R 、R 是一定的，当0x R =时，指针满偏，此刻度阻值标为“0”Ω；当Rx=∞时（断路），指针不动，此刻度阻值为“∞”；当Rx 取其他各值时，指针所指的Ix 与Rx 都是一一对应的，只要在指针所指的这些位置上直接标出Rx 的值就得到欧姆档的刻度了。

满偏电流G E 红黑a b x R Rg Ig R 图6-4g g EI R R=+， （2） ()g R R +就是欧姆表的内阻。

当被测电阻x g R R R =+时，12()2x g g E I I R R ==+，此时指针正指刻度的中央，此刻度所示的阻值称欧姆表的中值电阻，用R 中表示，有g R R R =+中， （3）即中值电阻等于欧姆表的内阻。

中值电阻是欧姆表的重要特征数值。

从刻度公式x x EI R R =+中可知，欧姆表的刻度是不均匀的。

当x R R 中时，0x I ≈，指针的偏转随x R 的变化很不明显，测量误差大；同理，当x R R 中时，x g EI I R ≈=中，测量误差也很大。

因此为了提高电阻的测量精度，一般取在刻度弧线的1/5—4/5范围内进行测量。

上述原理是假定电源电压E 为恒定不变的，但实际上这是不可能的。

当E 下降而g R 和R 仍保持不变时，即使0x R =指针也不会指“0”。

为了消除这一误差，万用表的欧姆档还装有“电阻调零”旋钮，实际上就是一个可变电阻器，它与R 联用，作用就是在0x R =时，即使E 下降也能将指针调到“0”。

二、数字式万用电表1、基本原理数字式万用表是根据模拟量与数字量之间的转换来完成测量的，它能用数字把测量结果显示出来。

其原理方框图如图（5）所示，主要包括直流电压变换器、模－数转换器、计数器、显示器和逻辑控制电路等部件。

直流电压变换器的作用是把被测量(如电流、电阻等)变换为电压；模－数转换器则是把电压转换为数字量；计数器可对数字量进行运算，再把结果经过译码系统送往显示器进行数字显示；逻辑控制电路主要对整机进行控制及协调各部件的工作，并能使其自动重复进行测量。

数字式万用表的核心部件是一块模数转换器（A/D 转换器）。

多数数字式万用表输入的直流电压基本量程约为200mV,高于200mV 的测量都是通过电阻进行分压后进行的。

所以200mV量程档是它准确度最高的档位，其他各档直流电压的测量准确度，还要受电阻分压比的不确图5 数字式万用电表原理方框图定度的影响。

交流电压、直流电流、交流电流和电阻档的测量，则和模拟式万用表一样，是通过电表改装和量程的扩展来实现的。

数字式万用表主要按显示的位数来分类，位数指数字万用表完整地显示数字的最大位数。

可以显示出0～9这十个数字，称为“一个整位”不足的称为“半位”。

例如，能显示“999999”时称为“六位”最大能显示“1999”的称为“三位半”。

半位都是出现在最高位。

目前常见的有213位（三位半）和214位（四位半）两种。

所谓半位，是指第一位只能是0（不显示）和1数字。

以三位半万用表的200mV 电压量程为例，最大测量值为199.9mV （位）。

其他依次类推。

2、数字万用表的使用知识和操作技巧 （1）接通电源，检查电池电压按下电源开关POWER 于“ON ”，接通电源。

这时如显示屏显示电池不足符号时，表明电池电压不足，需要更换电池，数字万用表一般使用9V 积成电池。

（2）输入端的选择和连接数字万用表一般有四个输入端，分别为：“COM ”、“V/Ω”、“200mA ”和“10A ”。

其中“COM ”是公共端（接黑表笔），万用表作任何功能测量时，都要使用这一输入端。

“V/Ω”输入端是用于电阻和电压测量的。

“200mA ”和“10A ”输入端是分别用于小电流和大电流测量的。

如图6-2（b ）所示。

（3）测量前应先把万用表置于正确合理的功能和量程档上在测量交直流电流或电压前，应把量程开关预先置于该项目的最大量程处。

注意：万用表处于电流或电阻挡时，千万不要去测量电压，如果无意中碰上一个电压源，也是危险的，可能会造成数字万用表不可恢复的损坏。

三、伏安法测电阻欧姆定律告诉我们，通过一段电路的电流，与这段电路两端的电压成正比，与这段电路的电阻成反比，即U I R =。

由此可求得电阻UR I=这是伏安法测电阻所根据的基本原理。

（1）电流表内接法如图6所示，将单刀双掷开关2k 接到a 端，电电路属于电流表内接法。

电流表测出的电流I 就是通过待测电阻x R 的电流x I ，但电压表测出的电压U 应等于x R 两端的电压x U 与电流表内阻A R 上的电压A U 之和。

(1)x AA x A x x xU U R U R R R R I I R +===+=+测 （4）由此式可知，电阻的测量值测R 比实际值x R 要大，A xRR 是由于电流表内接带来的误差，称为接入误差。

在粗略测量的情况下，一般在A x R R >>（如x R 为几千欧）时用“内接法”。

为精确计算出x R 的值，应按式x R =测R A R -进行修正。

（A R 由实验室给出）。

（2）电流表外接法图6中，将2k 接到b 端，电路属于电流表外接法．电压表测出的电压U 就是x R 两端的电压x U ，但电流表测出电流Ｉ应等于x I 与V I 之和。

x x V x V xx U U U===I I I I I (1)1I x xVR R R =+++测R （5） 由此式可知，电阻的测量值R 测比实际值x R 要小，x VRR 是由于电流表外接带来的接入误差。

在粗略测量的情况下，一般在V x R R <<（如x R 为几欧或几十欧）时用“外接法”。

为精确计算出x R 的值，应按式1x VR R R R =-测测进行修正。

（V R 由实验室给出）。

【实验内容与要求】1、测量直流电压（直流电压档）选择合适的量程测量干电池的空载电压，根据测量结果判定干电池的新、旧。

以上两次测量先使用指针式万用电表，后使用数字式万用电表。

2、测量交流电压（交流电压档）用两种万用电表的交流电压档的合适量程测量实验桌上交流电源插座上的交流电压，注意手千万不能接触表笔的金属部分。

3、测量电阻（欧姆档）（1）将指针式万用电表“机械调零”以后，先选择合适的量程测量小电阻，量程选好后，先作“欧姆调零”后进行测量。

然后改用大倍率的量程，重新进“欧姆调零”，测量大电阻。

（2）用数字式万用表对上述两个电阻再测量一次。

4、判别二极管的极性及好坏（1）用指针式万用表判别（欧姆档）二极管具有单向导电性，反向电阻要比正向电阻大几百倍以上，甚至更大，二者相差越大越好，通常说正向导通，反向截止。

用万用表来判别二极管的正、负极时，选用欧姆格R ×1K 倍率（或R ×100倍率，避免用R ×1或R ×10倍率），两支表笔分别接触二极管的两极，如果第一次测得两极间的电阻较小（约向百Ω至几千Ω之间），对掉表笔后测得的电阻接近无穷大，则该二极管是好管子，电阻较小的那一次黑表笔接触的是二极管的正极（黑表笔为表内电池的正极）。

应该指出的是，二极管是非线性元件，正向电流与正向电压不成正比，欧姆档选用不同的倍率测得的正向电阻有所不同。

如果前、后两次测得的电阻都是无穷大，说明二极管内部断路；如果两次测得的电阻都几乎为零，则说明二极管内部短路（被击穿）；如果两次测得的电阻差不多，则说明二极管没有单向导电性。

这三种情况的管子都是坏的。

（2）用数字式万用表判别（档，二极管导通时屏上显示正向电压降的值，通常为零点几伏特，二极管截止时屏上显示过量状态“1”。

导通时红表笔所接的是二极管的正极（数字万用表的红表笔是表内电池的正极，这一点与指针式万用表正好相反）。

若两次测试均显示“000”，则二极管已被击穿；两次测试均显示过量状态“1”，则二极管内部断路。

5、测试电容器的性能用指针式万用表来测试电容器的性能，是利用电容器充、放电的原理。

使用欧姆档，对中等容量的电容器（0.1цF —100цF 之间），可取C ×100F μ、C ×10F μ等倍率。

先将电容器的两极短接一下，进行放电。

然后再将两支表笔与电容器的两极相接，（1）如果指针摆动一定的角度（表内电池对电容器充电），然后又较快地返回到“∞”处（充电完毕），表明该电容器性能正常。

（2）指针摆动一下后不能回到“∞”处，而是停止某一刻度上，表明该电容器漏电，容量下降。

若漏电电阻小，即漏电厉害，就不能再用。

（3）若指针不动，仍停在“∞”处，表明该电容器内部断路，不能用。

（4）若指针摆到“0”刻度附近不返回，表明该电容器内部已被击穿，不能用。

（5）对于小容量的电容器，指针摆动很不明显，可反复地交换表笔，如果指针反复地微微摆动，则表明该容器性能正常。

万用表还有其他测试功能，本实验不再介绍。

6、伏安法测电阻：按要求连接电路（1）电流表外接法【（电压表内阻）】R=K5.7ΩV】=6.3ΩRA【实验数据表格】 测量其导通电压二、电阻元件的伏安特性测试1.电流表外接法【（电压表内阻）Ω=K 5.7R V 】2.电流表内接法【（电流表内阻）】ΩR=6.3A【误差分析】【思考题】（1）指针式万用表由哪几部分组成？使用时应注意哪些问题？使用欧姆档电表黑表笔接内部电池哪一极？（2）通常滑线变阻器在电路中有几种作用？它们的接法有何不同？。