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 x

E

I 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 R

g I

g R 图6-4

g g E

I 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，

1

2()2

x 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 E

I 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 E

I 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2

1

4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U

R 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 A

A x A x x x

U 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 x

R

R 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