几种常见仪器原理

指针万用表的基本原理
1.测直流电流
2.测直流电压
3.测交流电压
4.测直流电阻
测直流电流原理。 如图1所示，在表头上并联一个适当的电阻 （叫分流电阻）进行分流，就可以扩展电 流量程。改变分流电阻的阻值，就能改变 电流测量范围。 测直流电压原理。 如图2所示，在表头上串联一个适当的电阻 （叫倍增电阻）进行降压，就可以扩展电 压量程。改变倍增电阻的阻值，就能改变 电压的测量范围。
的几种画法。
图4 单相桥式整流电路的几种画法
图5 桥式整流电路电压电流波形
3. 常用整流组合元件
将单相桥式整流电路的四只二极管制 作在一起，封成一个器件称为整流桥。常
用的整流组合元件有半桥堆和全桥堆。半
桥堆的内部是由两个二极管组成，而全桥 堆的内部是由四个二极管组成。
图6 半桥堆连接方式及电路符号
测交流电压原理。 如图3所示，因为表头是直流表，所以测量 交流时，需加装一个并、串式半波整流电路， 将交流进行整流变成直流后再通过表头，这 样就可以根据直流电的大小来测量交流电压。 扩展交流电压量程的方法与直流电压量程相 似。 测电阻原理。 如图4所示，在表头上并联和串联适当的电 阻，同时串接一节电池，使电流通过被测电 阻，根据电流的大小，就可测量出电阻值。 改变分流电阻的阻值，就能改变电阻的量程。
(1).电源电压调整率(2).负载调整率 (3).输出电压短期稳定性(4).电压电流表示值误差
4.纹波电压
电源检定所用标准器： 数字多用表：34401A DCV:1mV~1000V 电子负载： 6304 DCA：1mA~60A
第二项 指针万用表
1 指针万用表的原理 2. 指针万用表的检定
一、指针万用表的原理
X轴信号：正弦波
Y轴信号：锯齿波
二、示波器的检定
第四项 数字万用表
1. 数字万用表的原理 2. 数字万用表的检定
一、数字万用表的原理
直流标定电路： 1.测直流电压、直流电流、电阻时它直接 按一等效的直流电压进入输入端（测电流 时，由一精密分流器将电流转换成电压输 入；测电阻时，由一已知电阻电流源产生 的测试电流在被测电阻上产生一个直流电 压）。交流输入是由真有效值插件转换成 直流电压。 2.将等效直流电压调整到A/D变换器的输入 量程范围内。
万用表是一种多量程的电工测量仪表。用 来测量交流电压V、直流电压V、直流电流 mA、和电阻R等参数，它的英文名为AVO Meter 。
刻度盘 指针 指针调零螺丝 欧姆调零旋钮 选择与量程开关 表笔插孔
万用表使用前的准备：
①万用表应水平放置。
②表针调零。指针有偏离，可用小螺丝刀 轻轻转动表头上的指针调节螺丝，使表针 指零。
1. 电容滤波电路
电容滤波电路如图8所示。
图8 桥式整流电容滤波电路
假定在t = 0时接通电路，u2为正半周， 当u2由零上升时，VD1、VD3导通，C被充 电，因此uO=uC≈u2，在u2达到最大值时， uO也达到最大值，见图8(b)中a点，然后u2 下降，此时uC>u2，VD1、VD3截止，电 容C向负载电阻RL放电，由于放电时间 常数τ=RLC一般较大，电容电压uC按指数 规律缓慢下降。当uO(uC)下降到图8(b)中b 点后，u2>uC，VD2、VD4导通，电容C再次 被充电，输出电压增大，以后重复上述充、 放电过程 。
3.输出正、负电压的电路
图18所示为采用CW7815和CW7915三
端稳压器各一块组成的具有同时输出 +15V～-15V电压的稳压电路。
图18 输出正、负电压的电路
4.恒流源电路
集成稳压器输出端串入阻值合适的电
阻，就可构成输出恒定电流的电源，如图 19所示。
图19 恒流源电路
二、直流稳压电源的检定
三端固定输出集成稳压器通用产品有 CW7800系列(正电源)和CW7900系列(负电 源)。 图14所示为CW7800和CW7900系列塑 料封装和金属封装三端集成稳压器的外形
及管脚排列。
图14 三端固定输出集成稳压器的外形及管脚排列
1.基本应用电路
图15所示为7800系列集成稳压器的基
本应用电路。由于输出电压决定于集成稳
图7 全桥堆连接方式及电路符号
2 滤波电路
整流电路将交流电变为脉动直流电， 但其中含有大量的直流和交流成分(称为纹 波电压)。这样的直流电压作为电镀、蓄电 池充电的电源还是允许的，但作为大多数 电子设备的电源，将会产生不良影响，甚 至不能正常工作。在整流电路之后，需要 加接滤波电路，尽量减小输出电压中交流 分量，使之接近于理想的直流电压。
*稳压电路：
采用某些措施，使输出的直流电压在 电源发生波动或负载变化时保持稳定。
1.整流电路
小功率直流电源因功率比较小，通 常采用单相交流供电，因此，本节只讨 论单相整流电路。利用二极管的单向导 电作用，可将交流电变为直流电，常用 的二极管整流电路有单相半波整流电路 和单相桥式整流电路等。
1.单相半波整流电路
1.示波器原理
示波器由示波管、扫描同步系统、Y轴和X轴放大 系统和电源四部分组成，其原理框图如图8-1所示。下 面只介绍前二部分的作用。
示波管 如下图所示，左端为一电子枪，电子枪加热后 发出一束电子，电子经电场加速以高速打
在荧光屏上，在屏上形成一亮点在一定范围内， 亮点的位移与偏转板上所加电压成正比。
二、指针万用表的检定
第三项 示波器
1. 示波器的原理 2. 示波器的检定
示波器是显示电信号随时间变化波形的一 种观测仪器。它不仅可以定性观察电路的 动态过程，还可以定量测量电信号的电压、 电流、周期、频率、相位等各种参数。配 合各种传感器，还可以用于各种非电量的 测量，如压力、声光信号和人体各种生理 参数。它是实验室或生产设备中最常用的 仪器设备之一
图1 直流稳压电源的组成原理框图
*变压器： 将正弦工频交流电源电压变换为符合 用电设备所需要的正弦工频交流电压。 *整流电路：
利用具有单向导电性能的整流元件， 将正负交替变化的正弦交流电压变换成单 方向的脉动直流电压。
*滤波电路： 尽可能地将单向脉动直流电压中的脉 动部分(交流分量)减小，使输出电压成为 比较平滑的直流电压。
UO=UXX+UZ
图16 提高输出电压电路一
也可采用图17所示的电路提高输出电 压。图中R1、R2为外接电阻，R1两端的电 压为三端集成稳压器的额定输出电压U XX ， R1上流过的电流为IR1= UXX／R1，三端集成 稳压器的静态电流为IQ，则有：
IR2=IR1+IQ
图17 提高输出电压电路二
压器，所以图15输出电压为12V，最大输
出电流为1.5A。
图15 7800系列基本应用电路
2.提高输出电压的电路
实际需要的直流稳压电源，如果超过集 成稳压器的输出电压数值时，可外接一些元 件提高输出电压，图16所示电路能使输出电 压高于固定电压，图中的UXX为CW78系列稳 压器的固定输出电压数值，显然有：
电学仪器
第一项.直流稳压电源
第二项. 指针万用表
第三项.示波器 第四项.数字万用表
第五项.电子负载
第一项 直 流 稳 压 电 源
1 直流稳压电源的原理 2. 直流稳压电源的检定
一、直流稳压电源的原理框图
图1所示为把正弦交流电转换成直流电 的直流稳压电源的原理框图，它一般由四
部分组成，各部分功能如下：
二、万用表的检定
第五项 电子负载
1. 电子负载的原理 2. 电子负载的检定
一、电子负载的原理
电子负载可以模拟真实环境中的负载（用 电器）。它有恒流、恒阻、恒压和恒功率 功能，以及短路，过流，动态等等，应该 说所有的电源厂家都会有用，而且也必须 有。电子负载分为直流电子负载和交流电 子负载，现在主要介绍直流电子负载。
2. 电感滤波电路
图10所示电路是电感滤波电路，
它主要适用于负载功率较大即负载电流
很大的情况。
图10 电感滤波电路
3. 其他形式滤波电路
——LC型滤波电路和π型滤波电路
（1） LC型滤波电路
电感滤波电路输出电压平均值UO的大 小一般按经验公式计算。
UO=0.9U2
如果要求输出电流较大，输出电压脉 动很小时，可在电感滤波电路之后再加电 容C，组成LC滤波电路，如图11所示。
跟踪保持电路：对已经标定的直流电压进 行跟踪，给A/D变换器的每一个A/D变送期 输送一个恒定电压。该电路具有两个功能： 采样跟踪输入信号；保持暂停跟踪输入信 号，保持已采集的输入信号，确保在A/D 转换期间保持输入信号不变。 数字控制核心：它是微处理器芯片，它控 制了数字多用表各部分的工作。读取前面 板指令对使用者选定的测量功能和量程进 行组态；发出指令触发A/D变换器，计算 每一个A/D变化周期的输入值；控制显示 并通过保护交联电路和接口电路交换信息。
整流电路接入滤波电容后，不仅使输 出电压变得平滑、纹波显著减小，同时输 出电压的平均值也增大了。 输出电压的平均值近似为：
UO≈1.2U2
故二极管的导通时间缩短，一个周期的 导通角θ<π。由于电容C充电的瞬时电流很大， 形成了浪涌电流，容易损坏二极管，故在选 择二极管时，必须留有足够电流裕量。
电容滤波电路简单，输出电压平均值 UO较高，脉动较小，但是二极管中有较大 的冲击电流。因此，电容滤波电路一般适 用于输出电压较高、负载电流较小并且变 化也较小的场合。
检定设备：
(1)电源电压调整率(2)负载调整率(3)输出 电压短期稳定性(4)电压表电流表示值误差： 交流调压器、交流电压表、直流数字电压表、 负载电阻（有源负载）、直流电流表 (5)纹波电压：交流调压器、交流电压表、 示波器、交流数字电压表(高频毫伏表)、负 载电阻（有源负载）、直流电流表
检定方法
单相半波整流电路如图2所示，图中T 为电源变压器，用来将市电220V交流电压
变换为整流电路所要求的交流低电压，同
时保证直流电源与市电电源有良好的隔离。
图2 单相半波整流电路
图3 单相半波整流电路
2. 单相桥式整流电路
为了克服单相半波整流的缺点，常采
用单相桥式整流电路，它由四个二极管接
成电桥形式构成。图4所示为桥式整流电路
图11 LC电感滤波电路
（2）π型滤波电路
为了进一步减小负载电压中的纹波， 可采用图12所示π型LC滤波电路。
图12 π型滤波电路
3.稳压电路
三端集成稳压器及其应Βιβλιοθήκη Baidu 三端式稳压器只有三个引出端子，具 有应用时外接元件少、使用方便、性能稳 定、价格低廉等优点，因而得到广泛应用。 三端式稳压器有两种，一种输出电压是固 定的，称为固定输出三端稳压器；另一种 输出电压是可调的，称为可调输出三端稳 压器。它们的基本组成及工作原理都相同， 均采用串联型稳压电路。
恒流模式：
恒压模式：
恒阻模式：
恒功率电路：
参照校准规程：JJG（航天）6-1999 直流稳压电源检定规程 检定项目：1.外观及附件检查 2.工作正常性的检查 3.电源电压调整率 4.负载调整率 5.输出电压短期稳定性 6.纹波电压 7.电压表电流表的示值误差
技术指标： 1.电压表电流表的示值误差：0.2%~0.5% 2.电源电压调整率：0.001%~1% 3.负载调整率：0.001%~1% 4.输出电压短期稳定性： 0.005%/10min~5%/10min 5.纹波电压（rms）：0.05mV~100mV
注意事项：1.万用表不用时，最好将档位旋至交流电压最高 档，避免因使用不当而损坏。 2.测量直流电压和直流电流时，注意“+”“-”极性，不要 接错。如发现指针开反转，既应立即调换表棒，以免损坏指 针及表头。 3.如果不知道被测电压或电流的大小，应先用最高档，而后 再选用合适的档位来测试，以免表针偏转过度而损坏表头。 所选用的档位愈靠近被测值，测量的数值就愈准确。 4.测量电阻时，不要用手触及元件的裸体的两端（或两支表 棒的金属部分），以免人体电阻与被测电阻并联，使测量结 果不准确。 5.测量电阻时，如将两支表棒短接，调“零欧姆”旋钮至最 大，指针仍然达不到0点，这种现象通常是由于表内电池电 压不足造成的，应换上新电池方能准确测量。 6.万用表不用时，不要旋在电阻档，因为内有电池，如不小 心易使两根表棒相碰短路，不仅耗费电池，严重时甚至会损 坏表头。