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1、 万 用 表 电 路课程设计系别:矿业工程系专业:采矿工程班级：1203 班组长：孔令会组员：孔令会 学号：20121803313刘宝军 学号：20121803301张超凡 学号：20121803320武勇强 学号：20121803314组员分工：主要设计者：孔令会搜集材料者：孔令会、刘宝军、张超凡资料整理者：孔令会、刘宝军、武勇强计算负责者：刘宝军、武勇强设计验算者：刘宝军、孔令会设计任务书设计题目：万用表的设计与制作设计要求：1、掌握万用表的工作原理、结构特点；2、明确设计思路，懂得各测量电路的原理图及它们之间的关系；3、画出原理框图、正确叙述工作原理；4、举例详细说明万用表的使用方法及注
2、意事项。设计进度要求：第一步：确定题目，查阅资料。第二步：写设计大纲。第三步：写设计草稿。第四步：撰写文稿摘 要当代电子科学技术的迅猛发展，创造出了一个神奇的世界。多少人闯进了电子宫殿，在那里自由地摘取一颗颗耀眼的明珠。多少人刚刚迈入电子宫殿的大门，正在深深求精。在这条走向成功的道路上，众多的电子爱好者无一不喜爱过手中必备的工具万用表。虽然万用表在向数字化、智能化方向发展，但是由于指针式万用表具有结构简单，用途广，使用方便，可靠性高，价格便宜等优点，仍是检测电器元件最常用的检测工具。万用表是一种多功能、多量程的便携式电工仪表。这次设计的万用表是磁电系整流式便携式多量限万用电表。可供测量直流电流
3、，交直流电压，直流电阻等，具有量程多，分档细，灵敏度高，体形轻巧，性能稳定，读数清晰，使用方便，适合于电子仪器，无线电电讯，电工，工厂实验室等广泛使用的万用电表。关键词：表头 指针 准确度 分辨力 整流式目 录1 万用表的应用1.1 万用表的种类1.2 万用表的组成1.3 万用表的结构特征1.4 万用表的应用2 万用表的设计2.1 万用表的基本工作原理2.2 各测量档的原理及设计过程2.3 万用表总电路的设计2.4 电路参数3 万用表的使用方法及注意事项3.1 直流电流测量3.2 交直流电压测量3.3 直流电阻测量3.4 音频电平测量3.5 电容测量3.6 电感测量3.7 晶体管直流参数的测量
4、3.8 万用表的使用注意事项4 结论及参考文献1 万用表的应用1.1 万用表的种类万用表分为指针式、数字式两种。随着技术的发展，人们研制出微机控制的虚拟式万用表，被测物体的物理量通过非电量/电量，将温度等非电量转换成电量，再通过 A/D 转换，由微机显示或输送给控制中心，控制中心通过信号比较做出判断，发出控制信号或者通过 D/A 转换来控制被测物体。1.2 万用表的组成万用表由表头、测量电路及转换开关等三个主要部分组成。1.2.1 表头它是一只高灵敏度的磁电式直流电流表，万用表的主要性能指标基本上取决于表头的性能。表头的灵敏度是指表头指针满刻度偏转时流过表头的直流电流值，这个值越小，表头的灵敏
5、度愈高。测电压时的内阻越大，其性能就越好。表头上有四条刻度线，它们的功能如下：第一条（从上到下）标有 R 或 ，指示的是电阻值，转换开关在欧姆挡时，即读此条刻度线。第二条标有和 VA，指示的是交、直流电压和直流电流值，当转换开关在交、直流电压或直流电流挡，量程在除交流 10V 以外的其它位置时，即读此条刻度线。第三条标有 10V，指示的是 10V 的交流电压值，当转换开关在交、直流电压挡，量程在交流 10V 时，即读此条刻度线。第四条标有dB，指示的是音频电平。1.2.2 测量线路万用表的测量线路是用来把各种被测量转换到适合表头测量的微小直流电流的电路，它由电阻、半导体元件及电池组成 。它能将
6、各种不同的被测量（如电流、电压、电阻等）不同的量程，经过一系列的处理（如整流、分流、分压等）统一变成一定量限的微小直流电流送入表头进行测量。1.2.3 转换开关万用表中各种测量种类及量程的选择是靠转换开关的切换来实现的。转换开关里面有固定触点和活动触点，当固定触点和活动触点闭合时接通电路。活动触点称为“刀”,固定触点通常称为“掷”。万用表中所用的转换开关往往都是特别的，通常有多刀和几十个掷，各刀之间是相互同步联动的，旋转“刀”的位置可以使得某些活动触点与固定触点闭合，从而相应的接通所需要的测量电路。1.3 万用表的结构特征万用表采用高灵敏度的磁电系整流式表头，造型大方，设计紧凑，结构牢固，携带
7、方便，零部件均选用优良材料及工艺处理，具有良好的电气性能和机械强度。其特点为：测量机构采用高灵敏度表头，性能稳定；线路部分保证可靠、耐磨、维修方便；测量机构采用硅二极管保护，保证过载时不损坏表头，并且线路设有 0.5A 保险丝以防止误用时烧坏电路；设计上考虑了湿度和频率补偿；低电阻档选用 2干电池，容量大、寿命长；装有提把，不仅便于携带，而且可在必要时作倾斜支撑，便于读数。1.4 万用表的应用在电子电路的测试、家用电器设备的维修、电子仪器检修、电子元器件测量中，万用表是最普及、最常用的测量仪表。由于它操作简单、功能齐全、便于携带、一表多用等特点，深受电工、电子专业工作者及广大无线电爱好者的喜爱
8、。事实证明，万用表不及能检测电工、电子元器件的性能优劣，查找电子、电气线路的故障，估测某些电气参数，有时还能代替专用测试仪器，获得比较准确的结果，基本上可以满足电工、电子专业人员和业余无线电爱好者的需要。因此，推广万用表的应用技术，实现一表多用，既符合节约精神，又可在一定的程度上克服缺少专用仪器的困难。2 万用表的设计2.1 万用表的基本工作原理万用表对被测电量进行测量的过程，是由测量电路实现的。如果要设计一个型号的万用表，则首先要明白其最基本的工作原理，然后再按照所设计的万用表功能而进行电路的具体设计，这里先介绍一下万用表的基本工作原理见（图 2.1）。图 2.1 指针式万用表最基本的的工作
9、原理它由表头、电阻测量档、电流测量档、直流电压测量档和交流电压测量档几个部分组成，图中“”为黑表棒插孔，“”为红表棒插孔。当我们把档位开关旋钮 SA 打到交流电压档时，通过二极管 VD 整流，电阻 R3 限流，由表头显示出来；当打到直流电压档时不须二极管整流，仅须电阻 R2 限流，表头即可显示；打到直流电流档时既不须二极管整流，也不须电阻 R2 限流，表头即可显示；测电阻时将转换开关 SA 拨到 档，这时外部没有电流通入，因此必须使用内部电池作为电源，设外接的被测电阻为 Rx，表内的总电阻为 R，形成的电流为 I，由 Rx、电池 E、可调电位器 RP、固定电阻 R1 和表头部分组成闭合电路，形
10、成的电流 I 使表头的指针偏转。红表棒与电池的负极相连，通过电池的正极与电位器 RP及固定电阻 R1 相连，经过表头接到黑表棒与被测电阻。 Rx 形成回路产生电流使表头显示。回路中的电流为：式（2.1）RxEI从上式可知：I 和被测电阻 Rx 不成线性关系，所以表盘上电阻标度尺的刻度是不均匀的。当电阻越小时，回路中的电流越大，指针的摆动越大，因此电阻档的标度尺刻度是反向分度。当万用表红黑两表棒直接连接时，相当于外接电阻最小Rx=0，那么： 式（2.2）RExI此时通过表头的电流最大，表头摆动最大，因此指针指向满刻度处，向右偏转最大，显示阻值为 0.请看电阻档的零位是在左边还是在右边，其余档的零
11、位与它一致吗？反之，当万用表红黑两表棒开路时 Rx，R 可以忽略不计，那么：式（2.3）0RxEI此时通过表头的电流最小，因此指针指向 0 刻度处，显示阻值为。2.1.1 直流电流的测量多量程电流表的结构:表头与多个电阻串联的支路并联而成.（表头与电阻并联）万用表的直流测量电路，实质上是一个多量程的直流电流表。通常采用闭路式多量程分流器电路构成，见（图 2.2）图 2.2 直流电流测量电路其关系式: 式（2.4）1m1g1RUI式（2.5）21I 式（2.6）321m1UIR测量电路中，各分流电阻彼此串联，再与表头并联，形成一个闭合环路，经转换开关切换，改变与表头并联的分流电阻阻值，以实现测量
12、不同量程的电流。并联分流电阻的个数越多，并联支路电阻值就越大，其直流电流的量程就越小。图中所示的电路中，R1R3 为分流电阻，经转换开关切换在不同位置上，直流电流量程I1I2I3。2.1.2 直流电压的测量多量程电压表的结构:表头与多个电阻串联而成。万用表的直流电压测量电路，实质上是一个多量程的直流电压表。采用附加电阻与表头的串联，可以扩大电压测量的范围。万用表常用的电路是高低电压档的附加电阻共用，即共用式附加电阻电路，见（图 2.3）所示。图 2.3 直流电压测量电路其关系式： 式（2.7）g1gRIU式（2.8）3g1g式（2.9）32g1gI式中，Rg 是电流表的等效电阻，G 称为直流电
13、压灵敏度，它是电流表灵敏度的倒数。例如，用 50A 的电流表装成直流电压表，则G=1/50A=20000=20K/V。共用式电路中，高电压档的附加电阻共用了低压档的附加电阻。这种电路的优点是可以节省绕制电阻的材料，但这种电路也有缺点，那就是当低电压档的附加电阻坏了，则高电压档也不能工作。2.1.3 交流电压的测量交流电压测量原理:利用有单向导电性的二极管，对交流电进行单向测量电压值。由于万用表的表头是一个磁电系动圈式测量机构，只能接受直流信号，而不能直接接受交流信号。用磁电系的表头测量交流电量，必须把交流信号整流成直流信号，再送给磁电系表头，即把被测的交流电转换成相应的直流电，才能进行交流电测
14、量。万用表的交流电压测量电路用的是半波整流或全波整流及共用附加电阻电路，见（图 2.4）图 2.4 交流电压测量电路其关系式：K O=PK 式（2.10） 式（2.11） OKVGR10V=G10 式（2.11）01VVRR50V=G50 式（2.12）1052R250V=G250 式（2.13）VV5023R500V=G500 式（2.14） R250504式中，K 0为整流电路的工作总功率。P 是整流因数，全波为 1，半波为 1/2. 是整流元件的整流效率，锗二极管 在 0.981.00，硅二极管的 1.00。表中的G 是交流电压的灵敏度。Rvo 是由直流电流表等效内阻与整流元件内阻共同构
15、成的整流系电压表内阻。磁电系测量机构加上整流电路构成的整流式仪表，指针偏转角正比于整流电流的平均值，而正弦交流电的有效值与相应整流输出的平均值之间，存在着确定的正比关系，所以只要在万用表的刻度上，按正弦波的有效值来刻度，就可以直接读出正弦交流电的有效值。显然，利用万用表测量非正弦交流电的有效值，将会由于波形的差异而带来测量误差。由于受二极管非线性伏安特性和温度特性的影响，万用表的交流档的灵敏度要比直流档的灵敏度低。2.1.4 电阻的测量电阻测量原理:表头与表内的电池及调零电阻、被测电阻 RX 构成一个闭合电路的方法，利用 RX 不同电路中的电流不同实现测量。万用表的电阻测量电路，实质上是一个多量程的电阻表。电阻测量等效简易结构（图 2.5）所示图 2.5 电阻测量简易结构2.2 各测量档的原理及设计过程2.2.1 档位设计要求（1）直流电流档测量量程分 5 档50A;1mA;10mA;100mA;500mA（2）直流电压档测量量程分 6
