数字万用表的设计

《数字万用表的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字万用表的设计（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、2012 年 04 月 22 日星期日大学物理设计性实验大学物理设计性实验姓 名 陈勇 学 院 理工学院 所学专业 物理学 学 号 10213025 指导教师 何仲 2012 年 04 月 22 日星期日数字万用表的设计数字万用表的设计一、实验目的一、实验目的 1、 掌握数字万用表的工作原理、组成和特性。 2、 掌握数字万用表的校准和使用。 3、 掌握多量程数字万用表分压、分流电路计算和连接；学会设计制作、使用多量程 数字万用表。二、实验仪器二、实验仪器数字万用表设计实验仪 1 台三、实验原理三、实验原理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

2、量程。 数字万用表的直流电压档分压电路如图（2）所示，它能在不降低输入阻抗 的情况下，达到准确的分压效果。 其余各档的分压比分别为：图（2）实用分压器电路 档位200mV2V20V200V2000V 分压比10.10.010.0010.0001实际设计时是根据各档的分压比和总电阻来确定各分压电阻的，如先确定2012 年 04 月 22 日星期日MRRRRRR1054321总 再计算 200V 档的电阻：，依次可计算出、KRRR10001. 054总3R2R 等各档的分压电阻值。更换量程是需要调整小数点的显示，使用者可方便地1R 读出测量结果。 2、直流电流的测量测量电流是根据欧姆定律，用合适的

3、取样电阻把待测电流转换为相应的电 压，再进行测量。如图（3）图（3）电流测量原理 实用数字万用表的直流电流档电路，如图（4）所示。图（4）实用分流器电路 图（4）中各档分流电阻是这样计算的，先计算最大电流档（2A）的分流电阻 （数字电压表最大输入为 200mV）5R图中的 FUSE 是 2A 的保险丝，电流很大时会快速熔断，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为塑封硅整流二极管，正常测量时， 输入电压小于硅整流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 0.7V，二极管立即导通，双向限幅，电压嵌位在 0.7V，起过 压保护作用。保护仪表不被损坏。用

4、2A 测量时，若发现电流大于 0.5A 时，应 使测量时间小于 20 秒，仪器在面板上提供了待测电流接口，测量时可直接在本 接口串入电流表进行测量。 3、交流电压、电流的测量电路数字万用表中交流电压、电流测量电路是在分压器或分流器之后串入了一 级交流直流（AC-DC）变换器，如图（5）所示。图（5） 2012 年 04 月 22 日星期日该 ACDC 变换器主要由集成运算放大器、整流二极管、RC 滤波电容等组 成，还包含一个能调整输出电压高低的电位器：ACDC 校准电位器，用来对交 流电压档进行校准之用，调整该电位器可使数字电压表头的显示值等于被测交 流电压的有效值。 4、电阻测量电路数字万用

5、表中的电阻档采用的是比例测量方法，其原理电路见图（6） ，图（6） 电阻测量原理 由稳压管 DZ 提供测量基准电压，流过标准电阻 R0和被测电阻 Rx的电流基本相 等（数字表头的输入阻抗很高，其取用的电流可忽略不计） 。 所以 A/D 转换器 的参考电压 UREF和输入电压 UIN有如下关系：即 xINREF RR UU00RUURREFIN x根据所用 A/D 转换器的特性可知，数字表显示的是 UIN与 UREF的比值，当 UIN=URE 时显示“1000” ，UIN=0.5UREF时显示“500” ，依次类推。所以，当 Rx=R0时，表 头将显示“1000” ，当 Rx=0.5R0时显示“

6、500” ，这称为比例读数特性。因此，我 们只需要选取不同的标准电阻并适当对小数点进行定位，就能得到不同的电阻 测量档。图（7）电阻测量电路2012 年 04 月 22 日星期日对 200 档，取 R05=100，小数点定在十位上。当 Rx=100 时，表头就会显 示出 100.0（） 。当 Rx变化时，显示值相应变化，可以从 0. 1 测到 199.9 图（7）中由正温度系数（PTC）热敏电阻 Rt与晶体管组成了过压保护电路，以 防止误用电阻去测高电压时损坏集成电路。当误测量高电压时，晶体管发射极 将击穿从而限制了输入电压的升高。同时 Rt随着电流的增加而发热，其阻值迅 速增大，从而限制了电

7、流的增加，使晶体管击穿电流不超过允许范围。即晶体 管只是处于软击穿状态，不会损坏，一旦解除误操作，Rt和晶体管均能恢复正 常。 四、内容与步骤四、内容与步骤 1、设计制作多量程直流数字电压表 （1） 制作 199.9 mV 直流数字电压表头校准并使用。按图（8）接线， VREF输入端接交直流电压校准电位器，小数点 dp 接到 B 组合适插口上去，以 获得一位小数点显示（不接小数点并不会影响表头的校准，为什么？） 。利用” 直流档待测微电压（mV） ”提供的 100 mV 左右的电压，用插线连至表头的测 量插口 IN+、IN-上去。图（8）把一只标准数字万用表置于直流 200mV 档与表头 IN

8、 输入端并联，调整 “交直流电压校准”旋钮使表头读数与标准表读数一致（允许误差0.5mV） ， 200mV 表头即调整完毕。 （2）扩展电压表头成为多量程直流电压表按图（10）接线，B 组作为控制小数点显示的开关，B 组动片内部已接小数 点驱动电源.分压电阻接 A 组档位转换。2012 年 04 月 22 日星期日（3）用自制直流电压表测直流电压 a 将红、黑两表棒分别插入“待测直流电压（V） ”中的红、两插孔。缓慢 调节“直流档待测电压（V） ”中的电位器，观看数字电压表头的变化范围。 b 将红、黑两表棒调换一下，观看数字电压表头有何反映，为什么？ c 将小灯泡（12V/500mA）并联在“

9、直流档待测电压（V） ”的红、黑两插口 上，调节电位器，观察灯泡亮度与灯泡两端电压有何关系？ 2、设计制作多量程直流数字电流表 （1）首先制作 200mV 直流数字电压表头并校准（如原来已校正，此步可略） 。 （2）制作多量程直流数字电流表 使用电路单元：电流档用分流电阻、电流档保护电路、三位半表头、量 程转换与测量输入。 （3） 按图（4）接线，动片 A 组作为档位输入并转换；动片 B 组作为小数点转 换开关，自己设计连线，制成多量程直流数字电流表。 （4） 测量电流 将已制作好的电流表串入“直流档待测电压（V） ”的电路中，负载接上小 灯泡，调节电位器，观察灯泡亮度改变与电流的变化关系。

10、3、设计多量程交流数字电压表 （1）与设计的直流档相比，小数点连线位置不变，仅在数字表头测量输入（IN+ IN-）前串入一级 AC-DC 转换器（见图 11） （1） 交流电压档校准：将“交流档待测电压（V） ”框中输出电压调至交流 5V（用标准表测量） ，档位开关置 20V 档，调节“AC/DC 档校准”中的电位 器，使表头读数与标准表读数一致，这样交流电压表校准完毕。 （2） 用自制交流电压表测电压。2012 年 04 月 22 日星期日图（11） 将测量表棒分别置于“交流档待测电压（V） ”的输出电压插座上，接上 小灯泡，观察调节电压高低与灯泡亮度的关系。调换表棒，观察表头显示 有无变化

11、，为什么？ 4、设计数字电阻表 （1）使用电路单元：三位半数字表头、电阻档基准电压、电阻档用分档电阻 器、电阻档保护电路。 （2）参照图（7）电阻测量电路，连接成比例式多量程数字电阻表，A 组动 片为量程转换开关，B 组动片为小数点转换开关，自已设计连线。 （3） 用设计制作好的数字电阻表来测量仪器面板上提供的 a： R1、R2、R3、R4 的阻值 b：W5 是可变电位器，测量它的变化范围 c：测量光敏电阻 RG6 的阻值，观察阻值与光照强度之间的关系是成正比还是 成反比，线性否？ d：测量热敏电阻 RT7 电阻器的阻值，观察其阻值随温度变化的情况。 e：测量晶体管管脚间正反向电阻阻值，观察

12、PN 结正向导电性。 f：定性研究金属的温度电阻特性（选做） 测量对象是仪器中的小灯泡灯丝，先用电阻档测出灯丝常温状态下的 阻值，然后用伏安法测量在几种不同发光状态下的灯丝电阻，画出灯丝的 伏安特性曲线，分析其阻值随温度变化的情况。 5、设计交流数字电流表 （1） 制作 参照图（4） ，在表头测量输入（IN+、IN-）前串入 AC-DC 转换器。提示： 若保持已校准好的“交直流电压校准“电位器状态不变，则可以省去校准步 骤，否则需要重新校正。 （2） 用自制交流电流表测电流强度 将交流电流表串入“交流档待测电压（V） ”栏中的电流插口，输出负 载接上小灯泡（12V/500mA） ，缓慢调节电位

13、器，观察电流变化与灯泡亮度之 间的关系。五、实验数据记录及处理（1）测量电阻待测电阻（）R1R2R3标准表的测量值实验仪的测量值2012 年 04 月 22 日星期日（2）测量直流电压待测电压（V）v1v2v3标准表的测量值实验仪的测量值(3)测量直流电流待测电流（mA）I1I2I3标准表的测量值实验仪的测量值六、注意事项：六、注意事项： 1 1、因仪器采用开放式模块化设计，为了安全起见，严禁使用本仪器测量超过、因仪器采用开放式模块化设计，为了安全起见，严禁使用本仪器测量超过 36V36V 的电压！的电压！ 2 2、仪器虽然设计了保护电路，实际使用时不得用电流档、电阻档测量电压，、仪器虽然设计了保护电路，实际使用时不得用电流档、电阻档测量电压， 以免造成不必要的损坏。以免造成不必要的损坏。 3 3、数字表头出现显示数字表头出现显示“1”“1”或或“-1”“-1” ，表明输入过载，应增大量程测量。，表明输入过载，应增大量程测量。