数字万用表原理及详细介绍

数字万用表

姓名：XXX 学号：XXXXXX 专业：08电子信息工程X班

数字万用表DMM(Dital MultiMeter)采用大规模集成电路和液晶数字显示技术，具有结构简单、测量精度高、输入阻抗高、显示直观、过载能力强、功能全、耗电省、自动量程转换等优点，许多数字万用表还带有测电容、频率、温度等功能。

本课题的主要内容是理解DT-830型数字万用表的基本结构和原理，通过数字万用表的组装与调试，培养电子产品安装测试技能。

万用表的概述

数字万用表是采用集成电路模/数转换器和液晶显示器，将被测量的数值直接以数字形式显示出来的一种电子测量仪表。

1.数字万用表的组成

数字万用表是在直流数字电压表的基础上扩展而成的。为了能测量交流电压、电流、电阻、电容、二极管正向压降、晶体管放大系数等电量，必须增加相应的转换器，将被测电量转换成直流电压信号，再由A/D转换器转换成数字量，并以数字形式显示出来。它由功能转换器、A/D转换器、LCD显示器、电源和功能/量程转换开关等构成。

常用的数字万用表显示数字位数有三位半、四位半和五位半之分。对应的数字显示最大值分别为1999，19999和199999，并由此构成不同型号的数字万用表。

2.数字万用表的面板

(1)液晶显示器:显示位数为四位，最大显示数为±1999，若超过此数值，则显示1或-1。

(2)量程开关:用来转换测量种类和量程。

(3)电源开关:开关拨至"ON"时，表内电源接通，可以正常工作；"OFF"时则关闭电源。

(4)输入插座:黑表笔始终插在"COM"孔内。红表笔可以根据测量种类和测量范围分别插入"V·Ω "、"mA"、"10A"插孔中。

1模数转换与数字显示电路

常见的物理量都是幅值连续变化的所谓模拟量。指针式仪表可以直接对模拟电压、电流进行显示，而对数字式仪表，需要把模拟电信号转换成数字信号,再

进行显示和处理。

数字信号与模拟信号不同，其幅值是不连续的。就是说数字信号的大小只能是某些分立的数值。若最小量化单位为Δ，则数字信号的大小一定是Δ的整数倍，该整数可以用二进制数码表示，但为了能直观地读出信号大小的数值，需经过数码变换后由数码管或液晶屏显示出来。

例如，设Δ＝，把被测电压U 与Δ比较，看U 是Δ的多少倍，并把结果四舍五入取为整数N 。然后，把N 变换成显示码显示出来。能准确得到并被显示出来的N 是有限的，一般情况下，N ≥1000即可满足测量精度要求。所以，最常见的数字表头的最大示数为1999，被称为三位半数字表。对上述情况，把小数点定在最末位之前，显示出来的就是以mV 为单位的被测电压U 的大小。如：U 是Δ（）的1234倍，即N=1234，显示结果为（mV ）。这样的数字表头，再加上电压极性判别显示电路，就可以测量显示－～的电压，显示精度为。

由上可见，数字测量仪表的核心是模/数转换、译码显示电路。A/D 转换一般又可分为量化、编码两个步骤。A/D 转换及数字显示已是很成熟的电子技术，且已经制成大规模集成电路。

2直流电压测量电路

在数字电压表头前面加一级分压电路，可以扩展直流电压测量的量程。如图2-1所示，U 0为数字电压表头的量程（如200mV ），r 为其内阻（如10M Ω），r 1、r 2为分压电阻，U i0为扩展后的量程。

由于r >> r 2，所以分压比为

2

12

00r r r U U i +=

（2-1） 扩展后的量程为

02

2

10U r r r U i += （2-2）

０～U i0

图 2-1分压电路原理 图 2-2多量程分压器原理

多量程分压器原理电路见图2-2，5

3直流电流测量电路

测量电流的原理是：根据欧姆定律，用合适的取样电阻把待测电流转换为相应的电压，再进行测量。如图2-3，由于r>>R ，取样电阻R 上的电压降为U i =RI i ， 即被测电流I i =U i /R ,若数字表头的电压量程为U 0，欲使电流档量程为I 0，则该档的取样电阻为R =U 0/I 0 。如U 0=200mV ，则I 0=200mA 档的分流电阻为R =1Ω。

图2-3电流测量原理 图2-4多量程分流器电路

多量程分流器原理电路见图2-4。实际数字万用表的直流电流档电路为图2-5所示。

U i

I i

图2-5中各档分流电阻的阻值是这样计算的： 先计算最大电流档的分流电阻R 5，

)(1.022

.0505Ω===

m I U R （2-3）

再计算下一档的4R ，

)(9.01.02

.02.05404Ω=-=-=

R I U R m （2-4） 依次可计算出R 3、R 2和R 1 分别为9Ω、90Ω、900Ω。

图中的FUSE 是2A 保险丝管，电流过大时会快速熔断，起过流保护作用。两只反向连接且与分流电阻并联的二极管D 1、D 2为塑封硅整流二极管，它们起双向限幅过压保护作用。正常测量时，输入电压小于硅二极管的正向导通压降，二极管截止，对测量毫无影响。一旦输入电压大于，二极管立即导通，两端电压被限制住，保护仪表不被损坏。

用2A 档测量时，若发现电流大于1A 时，应不使测量时间超过20秒，以避免大电流引起的较高温升影响测量精度甚至损坏仪表。

4交流电压、电流测量电路

数字万用表中交流电压、电流测量电路是在直流电压、电流测量电路的基础上，在分压器或分流器之后加入了一级交流-直流变换器，图2-6为其原理简图。

该AC-DC 变换器主要由集成运算放大器、整流二极管、RC 滤波器等组成，还包含一个能调整输出电压高低的电位器，用来对交流电压档进行校准之用。调整该电位器可使数字表头的显示值等于被测交流电压的有效值。

同直流电压档类似，出于对耐压、安全方面的考虑，交流电压最高档的量限通常限定为750V 。数字万用表交流电压、电流档适用的频率范围通常为40~400Hz ，有些型号的交流档测量频率可达1000Hz 。

交流电

直流电

图2-6 AC-DC 变换器原理