数字万用表格原理详细介绍

1、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(DitalMultiMeter)采用大规模集成电路和液晶数字显示技术，拥有结构简单、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、自动量程变换等优点，好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，经过数字万用表的组装与调试，培养电子产品安装测试技术。万用表的归纳数字万用表是采用集成电路模/数变换器和液晶显示器，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。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

2、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，必定增加相应的变换器，将被测电量变换成直流电压信号，再由A/D变换器变换成数字量，并以数字形式显示出来。它由功能变换器、A/D变换器、LCD显示器、电源和功能/量程变换开关等组成。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，并由此组成不同样型号的数字万用表。数字万用表的面板液晶显示器:显示位数为四位，最大显示数为1999，若高出此数值，则显示1或-1。量程开关:用来变换测量种类和量程。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

3、关闭电源。输入插座:黑表笔向来插在COM孔内。红表笔可以依照测量种类和测量范围分别插入V、mA、10A插孔中。模数变换与数字显示电路常有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，需要把模拟电信号变换成数字信号,再进行显示和办理。数字信号与模拟信号不同样，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，则数字信号的大小必然是的整数倍，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。比方，设，把被测电压U与比较，看U是的多少倍，并把结果四舍五入取为整数N。尔

4、后，把N变换成显示码显示出来。能正确获得并被显示出来的N是有限的，一般情况下，N1000即可满足测量精度要求。因此，最常有的数字表头的最大示数为1999，被称为三位多数字表。对上述情况，把小数点定在最末位从前，显示出来的就是以mV为单位的被测电压U的大小。如：U是（）的1234倍，即N=1234，显示结果为（mV）。这样的数字表头，再加上电压极性鉴识显示电路，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/数变换、译码显示电路。A/D变换一般又可分为量化、编码两个步骤。A/D变换及数字显示已经是很成熟的电子技术，且已经制成大规模集成电路。直流电压测量电路在数字电压表头前面加

5、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，U0为数字电压表头的量程（如），r为其内阻（如），1、200mV10Mrr2为分压电阻，Ui0为扩展后的量程。由于rr2，因此分压比为U0r2Ui0r1r2扩展后的量程为Ui0r1r2U0r2Ui02000Vr1200VU020V2Vr数字电压表200mVr（2-1）（2-2）10M1MIN+99k数字电压表9kIN1kUi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直流电流测量电路测量电流的原理是：依照欧姆定律，用合适的取样电阻把待测电流变换为相应的电压，再进行测量。如图2-3，由于rR，取样电阻R上

6、的电压降为UiRIi，=即被测电流IiUi/R若数字表头的电压量程为U0，欲使电流档量程为I0，则该档=,的取样电阻为R=U0/I0。如U0=200mV，则I0=200mA档的分流电阻为R=1。IiUiIi1k200AIN+Ui2mAIN+100R数字电压表20mA10数字电压表200mA12AININ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。实质数字万用表的直流电流档电路为图2-5所示。Ii200A1900RUiSEFUSE2mA90R2IN+20mA数字电压表93RIN200mAR4D1D22AR5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

7、的分流电阻R5，U00.2)（2-3）R520.1(Im5再计算下一档的R4，U0R50.20.10.9()（2-4）R40.2Im4依次可计算出R3、R2和R1分别为9、90、900。图中的FUSE是2A保险丝管，电流过大时会迅速熔断，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D1、D2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导游通压降，二极管截止，对测量毫无影响。一旦输入电压大于，二极管马上导通，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，应不使测量时间高出20秒，以防备大电流引起的较高温升影响测量精度甚至

8、损坏仪表。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，在分压器或分流器此后加入了一级交流-直流变换器，图2-6为其原理简图。交流电直流电压输入压输出A交流电压校准图2-6AC-DC变换器原理该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，还包括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。同直流电压档近似，出于对耐压、安全方面的考虑，交流电压最高档的量限平时限制为750V。数字万用表交流电压、电流档适用的频率范围平时为40400Hz，有些型号的交流档测

9、量频率可达1000Hz。电阻测量电路数字万用表中的电阻档采用的是比率测量法，其原理电路见图2-7。VREF+R0UREFA/DZVREF变换及IN+数字表头RxUININ-图2-7电阻测量稳压管ZD供给测量基准电压，流过标准电阻R0和被测电阻Rx的电流基实情等。因此A/D变换器的参照电压UREF和输入电压UIN有以下关系：UUREFR0(2-5)INRX即RXUINR0(2-6)UREF依照所用A/D变换器的特点可知，数字表显示的是UIN与UREF的比值，当UINUREF时显示“”，UIN时显示“”，以此类推。因此，当RxR0时，表头1000500将显示“1000”，当Rx时显示“500”，这

10、称为比率读数特点。因此，我们只要采用不同样的标准电阻并合适地对小数点进行定位，就能获得不同样的电阻测量档。如对200档，取R01，小数点定在千位上。当Rx变化=100时，显示值相应变化，可以从测到。数字万用表多量程电阻档电路见图2-8。由上解析可知，R1R01=100R2R02R011000100900R3R03R0210k1k9k2-8中由正温度系数敏阻Rt与晶体管T成了保路，以防用阻档去高坏集成路。当高，晶体管T射极将穿从而限制了入的高升。同Rt随着流的增加而，其阻迅速增大，从而限制了流的增加，使T的穿流不超允范。即T可是于穿状，不会坏，一旦清除操作，Rt和T都能恢复正常。DT830B型数

11、字万用表的原理1DT830B型数字万用表的特点主路采用典型数字表集成路ICL7106，性能定可靠技成熟。且拥有精度高、入阻大、数直、功能全、体小巧等点。采用板构，集成路ICL7106采用COB封装。构合理,只要有一般子装置技即可成功装。DT830B型数字万用表的设计与制作数字万用表体框数字万用表是在直流数字表的基上配上各种器所组成的。数字万用表原理框如3-1所示，它由量程路、各种器(R-V、I-V、VV）及直流数字表所包括的各个（A/D、示、示路）成。模拟量A/D器图3-1数字万用表原理框图数字量数器示器控制器图3-2直流数字电压表的组成数字万用表的路原理参附。双分A/D器集成路ICL7106

12、及隶属路如3-3所示。图3-3ICL7106及隶属电路芯片ICL7106每个变换周期规定由4000个计数脉冲周期组成，这4000个计数脉冲的分配以下：1000个计数脉冲周期用于输入信号；0-2000个计数脉冲周期用于基准电压积分；1000到的，自动校零的时间也是可变的，须等上一次反向积分结束后才能开始。R31、C10组成输入端阻容滤波电路，以提高仪表抗搅乱能力。R28、C1与7106内部的两个反相器共同作用，产生约40kHz的时钟脉冲信号，该信号经四分频后，形成10kHz的计数脉冲，再经过200分频获得5OHz的方波，并从背电极BP作为液晶显示器的公共电极电压，时钟振荡频率可按f01/计算。仪

13、表的测量速率可按MR=f0/16000计算，可算得f40kHz，MR=次/s。C9为基准电容。C11为自动调零电容。R32、C12分别为积分电阻和积分电容。ICL7106的模拟公共端与面板上的表笔插孔COM连通，V与COM之间有的稳压输出。基准电压由R18、R19、RP3、R20和R48组成的分压器供给。调整RP3可使VREF=设7106内部的基准电压EO=，则当RP3的滑动触头调到最下端时，有：3000个计数脉冲周期用于自动校零。采样时间T1是固定不变的，但比较时间即反向积分时间T2是随输入电压Vi的大小而改变。VbR20R48E091.5mV（3-1）(R18R19)RP3(R20R48)

14、当R3的滑动触头调到最上端时，PVbRP3(R20R48)E0107.3mV（3-2）(R18R19)RP3(R20R48)因此，RP3的电压调整范围是，从中可调出VREF=。R29、R30、C8组成基准电压输入端的高频滤波器。测量电路（1）直流电压测量电路如图3-4所示。图3-4直流电压测量电路采用电阻分压器把基本量程为200mV的表扩展成五量程的直流数字电压表。图中带斜线的方框表示导电橡胶条，用来连通7106的对应管脚。R2是分压电阻，经过调整R2使R7R2与LCDP。R6是限流保护电阻，C17是除掉高频噪声干P+P=9M扰的电容。2）直流电流测量电路如图3-5所示图3-5直流电流测量电路

15、R2R5、RCU组成了I-V变换器。被测输入电流流过分流电阻时产生压降，作为基本表的输入电压，这就实现了I-V变换，经过数字电压表显示出被测电流大小。10A档分流器RCU是用黄铜丝制成，以便能经过较大的电流。R5是线绕电阻，仅在测大电流时需使用“10A”插孔，并将S1拨至“20mA/10A”地址，使小数点定在“百位上”。FU是迅速熔丝管，串在输入端，作过流保护，硅二极管D1、D2接成双向限幅电路，作为过压保护元件。（3）交流电压测量电路如图3-6所示。电路主要包括两部分：电阻分压器、AC/DC变换器。为降低成本，与DCV档共用一套分压电阻。AC/DC变换器拥有平均值响应，利用双运放TL062其

16、中的一组运放和二极管、8组成线性半波整流器。C1是输入耦合电容，5、6、11、D7DDDDD作运放输入端过压保护，C5和C2为隔直电容。R23是运放的负反响电阻，用以稳12定工作点。C4为频率补偿电容。8是半波整流二极管，7为保护二极管，给反向DD电流供给通路。其工作原理是：在输入信号的正半周时，D导通，D截止，IC2a87输出电流流向为IC2aC5D8R25R27RP4COM（模拟地）；负半周时流向为COMRP4RP27R24D7C5IC2a。从原理上讲，这属于半波整流电路。由R25、R27、RP4组成分压电路，调整RP4可改变输出电压，供校准交流电压档用。R26和C6为平滑滤波器，获得平均

17、值电压V0。该电路有三个特点：第一，当输入交流电压为零时，V0亦等于零；第二，IC接成同相放大器使用，以提高其输入阻抗；第三，由于IC2a的放大作用，即使输入信号较弱，也能保证D8在较强信号下工作，从而防备了二极管在小信号检波时引时的非线性失真。图3-6交流电压测量电路（4）交流电流测量电路将图3-6中的分压器改成图3-5中的分流器，则组成五量程的交流数字电流表。（5）电阻测量电路利用选择开关改变标准电阻R0的采用比率法测电阻，其优点是即使基准电压存在必然误差或在测量过程中略有颠簸，也不会增加误差，因此可降低对基准电压的要求。原理图见图3-7a所示，电阻测量的实质电路如图3-7b所示。利用选择开关改变标准电阻R0的数值，即可组成多量程数字欧姆表。测电阻时，原来的基准电压分压电路全部断开，改由D和D组成分压器，并以标准电阻（即R13、34RX上的压降为输入电压Vi。R7、R2、R8R12）上的压降作为基准电压，以被测电阻PR13是二极管3、4的限流电阻。在2k、和这五个DDVREF端和20k200k2M20M4被短路，加在端之间供给测试电流的电压即为3的导通电阻档，DCOMD压降，约为。在200档，VREF端和COM端之间的电压为D3、D4串通的正向压降，约为。图3-7电阻测量电路电阻档的过压保护电路由正温度系数的热敏电阻Rt、R16、晶体管BG1、BG2组成。将BG