数字万用表设计与应用

目录

一、数字万用表的基本组成 (1)

二、数字万用表的工作原理与设计原理 (1)

三、ICL7106型三位半单片（A/D）转换器 (1)

3.1ICL7106的性能特点 (1)

3.2ICL7106型三位半单片（A/D）转换器工作原理 (2)

3.3由ICL7106构成的三位半数字电压表 (3)

3.4量程设计 (3)

四、测量电路 (4)

4.1直流电压测量电路 (4)

4.2直流电流测量电路 (5)

4.3交流电压、电流测量电路 (6)

4.4电阻测量电路 (7)

五、基本电路及及相关转换电路 (8)

5.1交流/直流转换电路 (8)

5.2电流/电压转换电路 (8)

5.3电阻/电压转换电路 (9)

六、组装、调试内容 (9)

七、应用实例 (10)

八、使用注意 (11)

九、故障排除 (11)

一、数字万用表的基本组成

二、数字万用表的工作原理与设计原理

工作原理：万用表的基本原理是利用一只灵敏的磁电式直流电流表（微安表）做表头。当微小电流通过表头，就会有电流指示。但表头不能通过大电流，所以，必须在表头上并联与串联一些电阻进行分流或降压，从而测出电路中的电流、电压和电阻。

设计原理：数字万用表的测量过程由转换电路将被测量转换成直流电压信号，再由模/数(A/D)转换器将电压模拟量转换成数字量，然后通过电子计数器计数，最后把测量结果用数字直接显示在显示屏上。万用表测量电压、电流和电阻功能是通过转换电路部分实现的，而电流、电阻的测量都是基于电压的测量，也就是说数字万用表是在数字直流电压表的基础上扩展而成的。数字直流电压表A/D转换器将随时间连续变化的模拟电压量变换成数字量，再由电子计数器对数字量进行计数得到测量结果，再由译码显示电路将测量结果显示出来。逻辑控制电路控制电路的协调工作，在时钟的作用下按顺序完成整个测量过程。

三、ICL7106型三位半单片（A/D）转换器

3.1 ICL7106的性能特点

项目ICL7106

转换速率0.1~15次/s

输入阻抗10000M

基准电压100．0V（100mV量程）

1．000V（1V量程）

封装形式DIP-40

电源电压单电源供电，电源电压范围是7~15V，典型值为9V

显示器LED显示器

显示方式静态显示，驱动线多

显示特点亮度低，亮暗对比度小，寿命短，微功耗

输出功能无BCD码输出，不能配计算机或打印机

外围电路外围电路简单，只需5个电阻和5个电容

表1

3.2 ICL7106型三位半单片（A/D）转换器工作原理

该系统采用ICL7106、四个共阴极LED数码管，ICL7106内部包括模拟电路（即双积分A/D转换器）、数字电路两大部分。输入电压经量程转换进入ICL7106进行A/D转换，直接在数码器上显示。ICL7106只有液晶笔段及背电极驱动，没有小数点驱动端。为显示小数点，需另加外围电路。

原理框图：

图（2）

3.3 由ICL7106构成的三位半数字电压表

由ICL7106构成的三位半数字电压表如图所示，图中省略了小数点显示的控

制电路。该仪表的量程Um=200mV,称为基本表或基本档。下面介绍各外围元件的

作用。

图3

1R 、1C 分别为震荡电阻和震荡电容。2R 、RP 组成基准电压的分压电路。

其中，RP 宜采用精密多圈电位器，2R 为固定电阻，调整RP 可使基准电压

REF U =100.0mV 。3R 、3C 为模拟输入端的高阻容式滤波器，以提高仪表的抗干扰

能力。因ICT7106的输入阻抗很高,输入电流极小,3C =0.01μF 。2C 、4C 分别为

基准电容和自动调零电容。4R 、5C 依次为积分电阻和积分电容。

3.4量程设计

由ICL7106构成的三位半数字电压表基本量程为200mV 。如果需要改为2V

量程，应该变上图的基准电压分压电阻2R 、自动调零电容4C 和积分电阻的数值，

4R 其余元件值不变，这两种量程的元件对照见表

200mv 与2V 两成元件对照表

表2

（1）有的200mV 基本表取4R =47k Ω,2V 量程就应取470 k Ω

（2）2R 改成1,5 k Ω后会增加功耗，降低叠成电池的使用寿命，为此可把RP

的电阻值调整到23.5 k Ω，使2R 与RP 的总阻值仍等于25 k Ω。RP 采用27~40 k Ω

的多圈电位器。

（3）鉴于基准电压一般不超过1V ，因此只能改装成2V 量程的数字电压表。

四、测量电路

4.1 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（4）所示，0U 为数字电压表头的量程（如200mV ），r 为其内阻（如

10MΩ），1r 、2r 为分压电阻，0i U 为扩展后的量程。

图（4） 分压电路原理 图（5） 多量程分压器原理 由于r >>r2，所以分压比为00i U U =212r r r +扩展后的量程为0i U =2

21r r r +0U 多量程分压器原理电路见图（5），５挡量

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200m V 、2V 、20V 、

200V 和2000V 。

采用图（5）的分压电路虽然可以扩展电压

表的量程，但在小量程挡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，

实际数字万用表的直流电压挡电路为右图（6）