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1、第二节 数字式万用表基本原理（34节）一、直流电压测量原理二、交流电压测量原理三、直流电流测量原理 一、直流电压测量原理一、直流电压测量原理 数字式万用表直流电压测量电路是利用分压电阻来扩大电压量程的，如图7-8所示。图7-8 数字式直流电压表原理 在计算分压电阻时，应遵照下列原则： 1.由于数字式电压基本表的输入电阻极大，故可认为输入端开路。 2.由于数字式电压基本表的最大显示值是1999，因此，量程扩大后的满量程显示值也只能是1999，仅仅是单位和小数点的位置不同而已。例例1 如图7-8所示电路，欲将量程为200mV的数字式电压基本表扩大为量程是2V的直流电压表，若要求该表输入电阻为10M
2、（即要求RsrRV1RV210M），求分压电阻的值。解 先求得分压比再求得分压电阻 M M 答 分压电阻RV19M，RV21M。图7-9 直流电压测量电路数字式万用表的直流电压挡（DCV）一般有200mV、2V、20V、200V及1000V共5挡，基本量程为200mV。利用分压电阻R1R5可以把量程为200mV的电压基本表扩展成具有5个量程的直流电压测量电路。R1R5均采用误差为0.5的金属膜电阻。为保护数字电压基本表，常在分压器输出端与IN之间串联接入一只0.5A的快速熔丝管和限流电阻R6，作为过流保护。 使用数字式万用表的直流电压挡时要注意以下几点： （1）各电压挡的输入电阻均为10 M，
3、这是考虑到ICL7106型单片3 位A/D转换器的输入电阻rIN=1010=10000M（典型值）。在设计多量程数字电压表时，一般选仪表的输入电阻RIN=0.001rIN=10M，使rINRIN，这样可完全忽略rIN对信号的分流作用。（2）由于Rl的电阻值很大，为便于校准电阻值，经常采用两只配对电阻串联成9M；也有的数字万用表是用一只高阻值固定电阻和一只低阻值的可调电阻串联组成Rl的。 （3）为了节省元件，在测量交流电压时往往借用直流电压挡的精密电阻分压器。此外，上述分压电阻还兼作电阻挡的标准电阻。考虑到直流电压只有5挡，而电阻共有6挡（200、2k、20k、200k、2M、20M），R5实际
4、上由100和900电阻串联而成，其中的100电阻可作为200电阻挡的标准电阻（电阻挡的标准电阻值应等于该电阻量程的一半）。 （4）为了滤除输入端的高频噪声，某些数字万用表在直流电压挡的分压器上还并联一只几十pF的小电容。二、交流电压测量原理二、交流电压测量原理 在数字式万用表中，为提高测量交流信号的灵敏度和准确度，一般采用先将被测交流电压降压后，经线性AC（交流）DC（直流）转换器变换成微小直流电压，再送入电压基本表中进行显示的方法。 线性ACDC转换器具有下列优点：由于运算放大器Ala的放大作用，即使输入信号很弱，也能保证V7、V8在较强的信号下工作，从而避免二极管在小信号整流时所引起的非线
5、性失真。 数字式万用表的交流电压测量电路图7-10 交流电压测量电路 分压电阻R7R12与直流电压挡共用。V5、V6、V11、V12接在ACDC转换器输入端作过压保护。C1、C2是输入耦合电容，R21、R22是输入电阻。ACDC转换器的输出端接R26、C6、R31、C10构成的阻容滤波器，进行滤波。 线性ACDC转换器是由双运算放大器TL062其中的一组Ala和二极管V7、V8组成的半波线性整流电路，它具有线性好、准确度高、电路简单、成本低廉等优点。由于它是按照正弦波平均值与有效值的关系而定义的，因此所构成的仪表仅适合于测量不失真的40400Hz的正弦波电压。见图7-10中虚线框所示，R23是
6、运算放大器的负反馈电阻，用于稳定静态工作点。C5是充、放电电容，并有隔直流作用。V8、R25、R27及RP构成分压器，调整RP可改变其输出电压大小，供校正仪表时使用。 三、直流电流测量原理三、直流电流测量原理 测量时，只要使被测电流在分流电阻上产生压降，并以此作为电压基本表的输入电压，即可显示出被测电流的大小。所以，数字式直流电流表是由数字式电压基本表和分流电阻并联组成的，如图7-11所示。 由于数字式电压基本表的输入阻抗极高，可视为开路，对电流的分流作用近似等于零。所以，这里的分流电阻RA主要起到将被测电流I转换为输入电压的作用。图7-11 数字式直流电流表原理 例例2 2如图7-11所示电
7、路。已知数字式基本表的电压量程为Um200mV0.2V，若要求将电流量程扩大为Im10A，求分流电阻的值。解 分流电阻值为 答 分流电阻值为0.02。用欧姆定律可以方便地计算出分流电阻RA的值。图7-12 直流电流测量电路 数字万用表的直流电流挡（DCA）一般设置4挡：2mA、20mA、200mA、20A，如图7-12所示。其中20A挡专用一个输入插孔。被测电流经过分流器可转换成电压信号，分流器由R1R4组成，总电阻为100。其中，Rl和R2采用精密金属膜电阻，R3为线绕电阻。R4需选用电阻温度系数极低的锰铜丝制成，以承受20A的大电流。各电流挡的满度压降均为200mV，可直接配200mV基本
8、表。 Vl和V2为双向限幅二极管，能起到过压保护作用。保险管FU为过流保护元件。测量交流电流（ACA）时，仍需在分流器后面增加ACDC转换器。小 结1数字式万用表直流电压测量电路是利用分压电阻来扩大电压量程的。2在数字式万用表中，为提高测量交流信号的灵敏度和准确度，一般采用先将被测交流电压降压后，经线性AC（交流）DC（直流）转换器变换成微小直流电压，再送入电压基本表中进行显示的方法。3数字式直流电流表是由数字式电压基本表和分流电阻并联组成的， 1.数字式万用表的直流电压测量电路如何组成？计算分压电阻的原则是什么？2.数字式万用表的交流电压挡为什么要采用AC/DC转换器，而不直接采用一般的整流电路？3.数字式万用表的直流电流挡由哪两部分组成？这里分流电阻主要起什么作用？
