1、1 前言数字万用表 DMM(Dital MultiMeter)是半个世纪以来数字技术发展的产物，是近年来出现的先进测试仪器。它采用大规模集成电路 LSI(LargeScal Integration)和数字显示 (Digital Dispiay)技术，具有结构轻巧、测量精度高 (误差可达十万分之一以内)、输入阻抗高、显示直观、过载能力强、功能全、用途广、耗电省等优点及自动量程转换、极性判断、信息传输等功能，深受人们的欢迎，目前有逐步取代传统的指针式万用表的趋势。通过课程设计实践教学实习的实践，主要电气测量仪器仪表的结构和原理。培养学生用所学专业和专业基础课程的知识设计、制作焊接万用表电路、并用O
2、RCAD 软件对万用表电路进行计算机仿真、用 PROTEL 绘制印刷电路板。培养学生实际焊接，制作、调试电子电路的能力。并写出高质量的论文。为毕业设计、为今后工作打下良好的基础。2 数字万用表的种类数字万用表的种类繁多，分类方法也有多种，比如根据其使用领域的不同，可分计量用实验室高精度数字万用表、台式系统数字万用表、便携式数字万用表、嵌入式数字万用表等。通常按其测量准确度的高低，以产品档次分类：2.1 普及型数字万用表这类万有表结构、功能较为简单，一般只有五个基本测量功能：DCV、 ACV、 DCI、ACI、 及 hFE。它价格低廉，精度一般为三位半，如：DT 一 830、DT 一 840 等
3、型号。2.2 多功能型数字万用表多功能型数字万用表较普及型主要是增加了一些实用功能，如电容容量、高电压、大电流的测量等，有些还有语音功能。这类仪表有 DT 一 870、DT 十890 等型。2.3 高精度、多功能型数字万用表精度在四位半及以上。除常用测量电流、电压、电阻、三级管放大系数等功能外，还可测量温度、频率、电平、电导及高电阻(可达 10000M)等，有些还有示波器功能、读数保持功能。常见型号有袖珍式 DT 一 930F、DT930F 十、DT 一 930FC、DT 一 980 等及台式 DM 一 8145、 DM8245 等数字万用表。2.4 高精度、智能化数字万用表计算机技术的渗透、
4、新型集成电路的采用及新的测量原理的出现，导致了各种新数字万用表的问世。高精度、智能化数字万用表是指内部带微处理器(GPU)，具有数据处理、故障自检等功能的数字万用表。它可通过标准接口(如IEEE 一 488、RS 一 232 等)与计算机、打印机连接。如美国迪特郎(DATRON)公司的七位半 1081 型数字万用表(天津无线电一厂引进生产)，可测 1nV 一1000V 交直流电压，l 10M 电阻，一 100一十 200温度(分辨率达0001)。它采用自动校准(AUTO CAC)专利技术，能对全部测量项目和量程进行自动校准，并能显示极值和各项测量误差。这类数字万用表还有北京无线电技术研究所引进
5、美国福鲁克(FLUKE)公司生产的 8840A 型(五位半)、英国舒力强公司研制生产的 7081 型(八位半)等。2.5 专用数字仪表专用数字仪表指专用于测量某一物量的数字仪表，如：数字电容表、电压表、电流表、电感表、电阻表等。常见袖珍式专用仪表如 DM 一 6013、DM 一6013A 数字电容表，DM6243DL6243 数字式电容电感表，DM860 型数字功率计，DM6040D 型 LCR 测量仪(可测电感、电容和电阻)。IM4025 型则属于自动 LCR 测量仪。此外，还有数字温度计、数字血压表、数字绝缘电阻测试仪等等。2.6 数字、模似双显示数字万用表这种表设计上采用数字量和模拟量同
6、时显示，以观察正在变动的量值参数，弥补数字表对检测对象在不稳定状态时出现的不断跳字的缺陷，兼有模拟仪表与数字仪表之优点，如：DA 一 250 型数字万用表。3 数字万用表的概述3.1 数字万用表的的基本常识数字万用表与指针万用表相比，其准确度，分辨力和测量速度等方面都有着极大地优越性。它是把连续的模拟量转化成不连续、离散的数字形式，并以数字形式显示的仪表。数字万用表已经广泛应用于电子与电工的测量。数子万用表又称数字多用表，可简写为 DMM。它是由直流数字电压表（DVM）与各种变换器组合而成的。其中直流数字电压表是数子万用表的基本组成部分，是数字万用表的核心，输入到万用表的各种电量即非电量最终都
7、要变换成直流电压量进行测量。数字电压表的种类很多，按工作原理（即按 A/D 转换电路的类型）分，有比较型、积分型、V/T 型、复合型。其中比较型电压表的准确度较高，分辨力较强、电路复杂；积分型电压表的准确度也较高、分辨力比比较性高、电路比较简单；复合型电压表准确度比比较型、积分型都高，分辨力比比较型高，但电路复杂，成本较高。V/T 型电压表准确度较低、分辨力也较低。在以上四种类型中用的较多的是积分型。数字电压表按使用方式，可分为台式、便携式和袖珍式，其中袖珍式数字万用表的应用较为普遍。3.2 数字万用表的基本结构数字万用表主要由直流数字电压表（DVM）和功能转换器构成，数字电压表是数字万用表的
8、核心。数字电压表的结构框图如图所示。从图中可以看出数字电压表由数字部分及模拟部分构成，主要包括 A/D 转换器、液晶显示器（LCD） 、逻辑控制电路等。输入功能选择R/U 转换U(AC)/U(DC)转换I/U 转换量程选择显示器显示逻辑A/D转换参考电压 参考电压数字电压表的结构框图A/D 转换器是数字电压表的核心，它的作用是将连续变化的模拟量转换为数字量，而且其决定数字电压表技术性能的基本特征，选用不同的 A/D 转换器，就可构成不同原理的数字电压表。数字万用表的结构框图如图所示，从图中可以看出，被测量经功能转换电路（R/U、U/U、I/U）后都变成直流电压量，再由 A/D 转换器转换成数字
9、量，最后以数字形式显示出来。指针式万用表则是把被测量通过各种转换电路（R/I、I/I、U/I）转换成电流量，通过一个磁电-电流表予指示。输入电路 A/D 转换 数据处理 逻辑控制显示输出标准电压模拟部分 数字部分数字万用表的结构框图数字万用表中的 A/D 转换器的型号多种多样，但都为大规模集成电路，典型的型号有 7106、7116、7136、7129 等，其中前三个为 3 1/2 位。目前是数字万用表多数采用双积分式 A/D 转换器完成 A/D 转换，该集成电路还具有能直接驱动液晶显示器的显示逻辑电路。为此，该集成电路的性能好坏决定了数字万用表的特性。数字万用表测量功能的转换是通过拨档开关或琴
10、键来完成的，其量程的切换可通过手动方式进行，也可通过切换电路的方式进行。由 ICL7106A/D 转换电路组成的数字电压表电路，就是一款最通用和最基本的电路。与 ICL7106 相似的是 ICL7107，前者使用 LCD 液晶显示，后者则是驱动 LED 数码管作为显示，除此之外，两者的应用基本是相通的。电路图中，仅仅使用一只 DC9V 电池，数字电压表就可以正常使用了。按照图示的元器件数值，该表头量程范围是200.0mV。当需要测量200mV 的电压时，信号从 V-IN 端输入，当需要测量200mA 的电流时，信号从 A-IN 端输入，不需要加接任何转换开关，就可以得到两种测量内容。也有许多场
11、合，希望数字电压表的量程大一些，那么，只需要更改 2 只元器件的数值，就可以实现量程为2.000V 了。更改的元器件具体位置和数值见下图的 28 和 29 两只引脚。在有了一只数字电压表之后，按照下面的图示，给它配置一组分流电阻，就可以实现多量程数字电流表，分档从200uA 到 20A 。但是要注意：在使用 20A 大电流档的时候，不能再有开关来切换量程，应该专门配置一只测量插孔，以防烧毁切换开关。与多量程电流表对应的是经常需要使用多量程电压表，按照下图配置一组分压电阻，就可以得到量程从200mV 至1000V 的多量程电压表。测量电阻与测量电流或者电压一样重要，俗称“三用表”，利用数字电压表
12、做成的多量程电阻表，采用的是“比例法”测量，因此，它比起指针万用表的电阻测量来具有非常准确的精度，而且耗电很小，下图示中所配置的一组电阻就叫“基准电阻”，就是通过切换各个接点得到不同的基准电阻值，再由Vref 电压与被测电阻上得到的 Vin 电压进行“比例读数”，当 Vref Vin 时，显示就是 Vin/Vref*1000=1000 ，按照需要点亮屏幕上的小数点，就可以直接读出被测电阻的阻值来了。在产品数字万用表中，为了节省成本和简化电路，测量电流的分流电阻和测量电压的分压电阻以及测量电阻的基准电阻往往就是同一组电阻。这里不讨论数字万用表的电路，仅仅是帮助读者在单独需要使用某种功能时，可以有
13、一定的参考作用。下图是一个最简单的 10 倍放大电路，运算放大器使用的是精度比较高的 OP07 ，利用它，可以把 0200mV 的电压放大到 02.000V。在使用的数字电压表量程为 2.000V 时，（例如 ICL7135 组成的 41/2 数字电压表，基本量程就是 2.000V）特别有用。如果把它应用在基本量程为200.0mV 的数字电压表上，就相当于把分辨力提高了 10 倍，在一些测量领域中，传感器的信号往往觉得太小了，这时可以考虑在数字电压表前面加上这种放大器来提高分辨力。在电流或者电压的测量中，经常遇见测量的并不是直流而是交流，这时候，绝对不可以把交流信号直接输入到数字电压表去，必须
14、先把被测的交流信号变成直流信号后，才可以送入数字电压表进行测量。下图就是一个把交流信号转换成为直流信号的参考电路。（说明：更好的交流转换成为直流的电路是一种“真有效值”转换电路，但是由于其专用芯片价格昂贵，多应用在一些高档场合。）本电路中，输入的是 0200.0mV 的交流信号，输出的是 0200mV 的直流信号，从信号幅度来看，并不要求电路进行任何放大，但是正是电路本身具有的放大作用，才保证了其几乎没有损失地进行 ACDC 的信号转换。因此，这里使用的是低功耗的高阻输入运算放大器，其不灵敏区仅仅只有 2mV 左右，在普通数字万用表中大量使用，电路大同小异。在温度测量和其他物理及化学量的测量中
15、，经常会出现“零点”的时候信号不是零的情况，这时候下面的“电桥输入”电路就被优先采用了。可以根据被测信号的特点，用传感器替换电桥回路中的某一个电阻元件。数字电压表的两个输入端也不再有接地点，作为一种典型的“差分”输入来使用了。电桥输入电路的变种还可以延伸到下面的电路，这是一个把 420mA 电流转换为数字显示的电路。它的零点就是 4mA 而不是 0mA。当输入零点电流为 4 mA 的时候，利用 IN-上面建立起来的电压，抵消掉 IN+由于 4mA 出现的无用信号，使得数字电压表差分输入等于 0,就实现了 4mA 输入时显示为 0 的要求。随着信号的继续增大，例如到了 20mA，对数字电压表来说
16、，相当于差分输入电流为 20-4=16mA，这个 16mA 在 62.5R 电阻上的压降，就是数字电压表的最大输入信号。这时候把数字电压表的基准电压调整到与 16*62.51000mV 相等，显示就是 1000 个字。3.3 数字万用表的原理本节以 DT830 数字万用表(以下简称 DT830)作为读图内容,它是一种常用的袖珍式仪表 )。它的全部电路制作在两块印刷电路板上，一大一小。图中虚线框内的电路在小印刷电路板上，其余在大印刷电路板上，二者通过 8 针插头插座(在图中用 J1-J8表示)和两个螺钉孔相互连接。图中左下方有电路图的符号说明和集成双运放 A1、CMOS 数字集成电路 4011B
17、、4077B 的电源接线示意图。下面先简要说明 DT830 的用途和主要特点。一、用途和主要特点DT830 有 8 种功能，共 30 档,即可用来测量三极管的 hFE (分为 NPN 和 PNP 两档)、直流电流和交流电流(分别简称为 DCA 和 ACA,各有 200A、2mA、20mA、200mA和 lOA 五档)、 交流电压(简称为 ACV,有 200 mV、2V、20V、200V 和 750V 五档)、直流电压(简称为 DCV,有 200 mV、2V、20V、200V 和 lOOOV 五档)和电阻(有200 、2 k、20 k、200 k、2M 和 20M 六档),还有两档可分别用来检查
18、二极管的好坏和线路的通断。以上各档已在图 12-11 中依次标出。DT830 采用 3 1/2 位 LCD 液晶数字显示器（简称为数字显示器或液晶显示器）,整机耗电约 20mW,用 9V 叠层电池供电。与一般指针式万用表相比,它具有精度高、输人电阻大、实数直观、功能全、体积小等优点二、找出通路数字万用表的输入端是测试表笔插孔，经过换档开关(它包括 S1-1、S1-2、S1-3、S1-4、S1-5 和 S1-6)等接到大规模集成电路 7106 它具有将模拟量转换成数字量等功能，它的输出接到数字显示器，将被测量用数字形式显示出来。三、化整为零图 12-11 所示电路比较复杂,初看不易弄懂,但只要按
19、 8 种不同功能,分别画出它们的测量电路,就可以化整为等,容易看懂了。论文后面将分别论述。四、分析功能1.7106 及数字显示器7106 是 CMOS 大规模集成电路,它不仅含有 A/D 转换器, 而且还有数据锁存器、译码器和驱动器等,可直接驱动液晶式七段显示器。 详细了解它的工作原理、各项参数等,超出本课程, 因此只简要说明以下几点：（1）7106 的电源电压范围为 7-15V,故可用 9V 叠层电池供电。由于电源电压低于 7V 时，7106 等器件的性能不能保证，因此 DT830 设有欠电压显示报警电路。它由途中右下角的三极管 T3稳压管 DW683 和电阻 R45、R46、R44 组成。
20、当电源电压正常时，稳压管反向击穿，电阻 R 上的压降大于 T 发射结的死区电压，T 导通，它的集电极电位为高电平。当电源电压下降到一定程度（其设计值为7.2V）时，稳压管不能反向击穿，因此 T 截止，它的集电极电位为低电平，使液晶显示器显示出符号，表明电源电压过低，应更换电池。此外，7106 内部设有基准电压源电路，当电源电压在 7 至 9V 范围内且电源开关闭合时，管脚 1 与 32 之间的电压为 2.8V（典型值） ，它的稳压性较高，可作为基准电压源。（2）7106 有三个输入端，即模拟电压输入端（管脚 31）和参考电压的两个输入端（管脚 35 和 36） 。据 CMOS 器件的特点可知，
21、它们的输入电阻很大（约 109） ，为避免因感应电荷的积累而损坏器件，各输入端均有保护电路（在器件内部） ，它们由二极管和电阻组成。这些二极管允许通过的电流较小，通常规定各输入端的输入电流应限制在 10mA 以内，以不超过 1mA 为佳。为了避免因输入电压过高而损坏，常给这些输入端串接阻值较大的电阻，因此图中7106 的管脚 31、35 和 36 分别串接了电阻 R31R30和 R29。（3）图中的 7106 虽有 40 只管脚，但除了与数字显示器及电源、模拟地的联线外，它仅有三根线与其他电路相联，因此我们可将 7106 和数字显示器等看做一个部件。由于它所显示的数值与电压成正比，因此这个部件
22、可称为数字电压表，用符号 DVM 表示，如图 3.1 所示。图中的电容 C8和 C10分别与电阻R29、R30 和 R31构成低通滤波电路。显然，对于直流量，电容 C8、C10 和 C13均相当于开路，因此以后在分析工作原理时，不再把它们画出。图 3.1 7106 及数字显示器的示意图由 7106 的特性可知，这个数字电压表所显示的数值 N（不考虑小数点）与输入电压、参考电压的函数关系是N=U/U*1000其中 N 为整数；参考电压 UR为正值，它是管脚 36 对管脚 35 的电压，通常取UR=100mV，也可取 200 mV 或其他值，但 UR的值不宜太小，也不能过大，否则将影响精度；U1
23、是输入电压，它是管脚 31 对模拟地的电压，它应为直流量，其极性可为正，也可为负。当 U120000)时，显示器的最高位显示出 1，其他三位数字都不显示，因此能显示的最大数值之绝对值为 1999（设三个小数点均为显示） 。（4）小数点。数字显示器共有三个小数点，它们的亮、暗状态受换挡开关的第六刀（S1-6）控制。当换挡开关拨在不同位置时，各小数点的亮暗状态如表 3.2 所示。换 挡 开 关 位 置小数点的亮暗状态能显示出的最大数值DCV 或 ACV 2VDCA 或 ACA 2mA 2k 或 2M只能显示左边的小数点1.999DCV 或 ACV 20VDCA 或 ACA 20mA 或 10A 2
24、0k 或 20M只能显示中间的小数点19.99DCV 或 ACV 200mV 或 200VDCA 或 ACA 200A 或 200mA 200 或 200k只能显示右边的小数点199.9DCV 1000VACV 750V三个小数点都不显示1999表 3.2 小数点亮暗状态表以上介绍了 7106 及数字显示器的基本性能，下面我们先简要说明换挡开关，然后分别画出 DT830 各种测试功能的等效电路，并分析它们的工作原理。2.换挡开关DT830 只有一个换挡开关，为第六刀 28 位，分别用 S1-1、S1-2、S1-3、S1-4、S1-5 和 S1-6代表。拨动换挡开关时，这六个动片同时移到相应的位
25、置。无论换挡开关拨在哪一档，六个箭头总保持在同一条水平线上。例如在画直流电压测量电路时，应把换挡开关一起平移到 DVC 位置（包括 200mV、2V、20V、200V和 1000V 五个档位） 。3.直流电压（DVC）测量电路（1）管脚 36 经电阻 R29和开关 S1-4接到电位器 RW3的动端，RW3 与电阻R18、R10、R20 和 R48构成分压电路，这个支路的两端分别接电源的正极和模拟地（简称为地） 。（2）管脚 35 经电阻 R30后分两条支路，其中一条支路接电阻 R12，另一条支路经开关 S1-5接地。也就是说，管脚 35 经电阻 R30接地，且电阻 R12的下端也接地。（3）管
26、脚 31 经电阻 R31接到开关 S1-3右边的定片，然后分两条支路，其中一条支路经过电阻 R14、R16、Rl 和三极管 T1、T2 接地，另一条支路是经过 S1-3的动片和 S1-1接到由电阻 R7至 R12构成的分压电阻链。其中电位器 RW2的动端有电容 C17接地，它对被测电压中含有的高次谐波和脉冲干扰起滤波作用。分析工作原理时可将它视为开路。由以上所述，可画出直流电压测量电路如图 3.1 所示。我们先分析200mV，因此流过三极管 T1和 T2（它们分别接成二极管的形式）的电流可是为零，而 CMOS 器件 7106 的输入电阻比 R6大得多，所以它的输入电压等于被测电压，即 UI=U
27、X。若 UX=100mV，则数字电压表（DVC）应显示出 100.0，据前面的公式和表 3.2 可知参考电压 UR也应当等于 100mV。而 UR的大小可通过图中虚线框内的电位器调节。据图中参数可知，调节 RW3可使 UR=100mV。前面提到器件7106 从管脚 1 与管脚 32 输出约 2.8V 的基准电压源，它的稳定性较高，故 UR的稳定性较高。这是 DT830 稳定性好的原因之一。图 3.3 直流电压测量电路对于 2V 档、20V 档、200V 档和 1000V 档，据图中分压电阻链（R7 至 R12）的参数可知，UI 与 UX之比分别是 1/10，1/100，1/1000 和 1/1
28、0000。当 UX分别为 1V,10V,100V 和 1000V 时，UI 均为 100mV。据式（12-13）和表 3.2 可知，在UR=100mV 的条件下，DT830 所显示的数值分别是 1.000，10.00，100.0 和1000，与被测电压的数值相符。如果被测电压超过量程，例如因操作错误，拨在 200mV 档测量 500V 直流电压，那么三极管 T1将反向击穿（设 UX=+500V） ，T2 正向导通，可使 UI比 UX小得多。但因 T1的发射极串接了电阻 R14,它的阻值为 270k，若仍将电阻 R31的电流视为零，则 UI仍超过 180V。由此可见单靠三极管 T1和 T2保护器
29、件 7106是不行的。前面提到 CMOS 器件各输入端有保护网络（在器件内部） ，为了便于分析，我们把它画在图 3.4 的虚线框内，其中电阻 R3一般为 1.5-2.5k。由此图可见，由于输入端有保护网络，且输入端串接了 470k 的电阻，即使UI=+200V 或 UI=-200V,流过电阻 R31的电流（即输入电流）也不到 0.43mA，而这两种情况下对应的 UX绝对值超过 500V。因此 DT830 的直流电压档具有很强的过载能力。但仍正确操作避免出现这种情况为好。图 3.4 输入保护电路4.二极管测量电路假设电路中的换挡开关拨开，则可画出二极管测量电路如图 3.5 所示。图中虚线框内的参
30、考电压调整电路与前面图 3.3 虚线框内的电路相同。以后还有类似情况，不再重复说明。图 3.5 二极管测量电路由此图可知，测试电压由器件 7106 的基准电压提供，其值约 2.8V，因此在正常情况下三极管 T1和 T2截止，可将它们视为开路。如果被测二极管的接法如图所示，则正向通导，其正向压降在 0.1V 至 0.7V 范围内（随硅管、锗管及特性不同而异） ，正向导通电流为 1mA-1.4mA。二极管的正向压降经电阻 R14和 R15分压得 UI，即UI=(R15/R14+R15)*UD=(30/270+30)UD=1/10UD由此可见，二极管测量电路与 2V 档直流电压测量电路有类似之处。设
31、 UD=0.6V，则由上式和前式及表 3.2 可知，在 UR=100mV 的条件下，数字显示器显出来的数值是“600” ，与 UD的数值一致。但二极管的正向压降随温度变化，其温度系数约为-2mV/C，如果它正向导通的电流保持不变，那么在 5C和 35C 时测量同一个二极管，测得的数值相差约 60mV。为了克服这一缺点，DT830 采用热敏电阻 Rt 作为温度补偿元件。当温度升高时，应使二极管的正向导通电流适当增大，即图中 Rt 的阻值应适当减小，才能使 UD不受温度影响，因此 Rt 的温度系数应为负值。如果二极管的接法与图中所示相反，或者二极管开路，则UD2.8V，UI280mV，超过参考电压
32、（UR=100mV）的两倍，故最高为显示出1，其他三位均不显示。假定因操作错误，那么当被测电压的绝对值达到一定程度（例如 20V）时，三极管 T1和 T2将有一只反向击穿，另一只正向导通，起保护作用。但因三极管 T1、T2 和电阻 R16、Rt 允许的功耗有限，因此电压不能过高，否则将造成损坏。5.直流电流(DCA)测量电路由电路图可知，DT-830 的直流电流测量电路与直流电压测量电路的区别，仅在于前者用分流器（由电阻 R2R5 和 ROU组成）代替了后者的分压电阻链，并加了 0.5A 的快速熔断丝 BX 及由 D1和 D2组成的二极管双向限幅电路，即直流电流测量电路如图 3.6 所示。图中
33、的 ROU约 0.01。因前面已经说明了电阻R14、R16、Rt 和三极管 T1、T2 的作用，且对于 DCA 档来说，正常工作时流过他们的电流等于零，可将他们视为开路。因此图中未将它们画出。以后若有类似情况，一般不再说明。图 3.6图 3.6 直流电流测量电路由图中虚线左边的分流器可知，当换档开关分别拨在 200A 档、2mA 档、20mA/10A 档和 200mA 档，测试表笔插在“mA”和“COM”插孔内时，RI 与被测电流 IX的函数关系分别是UI=1000IXUI=100IXUI=10IXUI=IX以上各式中 IX的单位为毫安，UI 的单位为毫伏。设以上各式中的 IX依次分别为 0.
34、15mA，1.5mA，15mA 和 150mA，则 UI均为 150mV。据式 3.3 和表 3.2 可知，在参考电压仍为 100mV 的条件下，这四种情况下所显示出来的数值（包括小数点）分别是 150.0 和 1.500，15.00，150.0，前者的单位为 A，后三个值的单位是 mA，故与被测电流值相符。如果被测电流在 200mA 以上（最大不许超过 10A）则测试表笔应插入“10A”和“COM”插孔内，并将换档开关拨在 20mA/10A 档（否则小数点显示不对） 。在次条件下 UI与被测电流 IXH的函数关系是UI=10IXH上式中 IXH的单位为安培，UI 的单位为毫伏。若 IXH=5
35、A，则由式和表 3.2 可知，在 UR仍为 100mV 的条件下，所显示的数值为 5.00，与被测电流相符。若因操作失误，错将 DT-830 的 DCA 档测量电压（设表笔插在“mA”和“COM”插孔内） ，使 IX超过 0.5A，则 BX将熔断，避免分流器损坏。然而，如果 BX的熔断速度不够快，那么当 IX超过 0.5A 时，可能会造成限幅二极管损坏。如果 IX较大但不足以熔断 BX，例如因操作错误用 200A 档测量 0.18A 的电流时，二极管 D1和 D2将起限幅作用，使分流器两端的电压很小，不致造成素。如果二极管 D1和 D2在此之前已经损坏，造成开路，那么 R2可能会因功耗过大且时
36、间较长而损坏。6.三极管测量电路当换档开关拨到 hFE的 NPN 档时，由电路图可画出 NPN 三极管测量电路，如图 3.7 所示，图中的电阻 R0=R4+R6+RCU=10。将此图与 DCA 的 20mA 档测量电路相比较可知，除被测三极管和基极偏流电阻（Rw1 和 R1）外，其余基本相同。这里 TX的射极电流 IE相当于 DCA 中 20mA 档的 IX。而 IE=(1+)IEIB，且调节电位器 Rw1,可使 IB=0.01A，即 IE1/100(mA)将它代替中的 IX得UI1/10式中 U1的单位为毫伏。图 3.7 NPN 三极管测量电路据式和表 3.2 可知，在 UR仍为 100mV
37、 的条件下，所显示的数值等于 值。值得指出的是，DT-830 测量三极管时的电源电压仅 2.8V，即 UCE2.8V。因此与 UCE较高（例如 10V）条件下测出的 值可能有较大误差。此外，当 值较小（例如 0,A1a的输出电压ua0。二极管 D7截止，D8 导通。根据虚短和虚断概念可得（阻抗 Z 可近似为纯阻） DjuzR25负半周时 uj0,使 ua0，二极管 D7导通,D8 截止。此时 uD=uj，即 AU-=1。由以上所述可画出 uD的波形如图 3.10 所示。它经过若 R26和 C6滤波后得到器件 7106 所需要的直流输入电压 UI，它等于 uD的平均值。可以证明 UI与正弦输入电
38、压有效值 uj的函数关系是 UI=0.45(Au+-1)UJ为了使数字显示器的读数与被测电压的有效值相等，上面式中的 0.45(AU+-1)应当等于 1，即应当使Au+=1+1/0.45=3.22将前面的时及 R26=10k 分别代入式则可知 AU+分别为 3.14 和 3.34，因此调节电位器 RW4可使式得到满足。上面分析是以争先电压为前提的，因此只有当被测交流电压是正弦量时，DT-830ACV档所显示的数值才与被测电压的有效值相等。此外，由于采用了精密整流电路和频率补偿措施，所以 DT-830 在较宽的频率范围内具有较高的精度。据产品说明书中所述，当被测正弦交流电压的频率在 45500H
39、z 范围内，满量程时的相对精度可达 1.25%。图 3.10 uD的波形示意图8.交流电流测量电路由电路图可知，交流电流测量电路和交流电压测量电路的区别仅在于手表笔至精密整流电路输入端（J 点）之间的电路不同，即只要将图 3.8 中精密整流电路作的分压电阻链换成图 3.6 中虚线左边的分流电阻器，便是交流电流测量电路。至于它的工作原理，读者可自行分析。图 3.11 电阻测量电路9.电阻测量电路由电路图可画出电阻测量电路如图 3.11 所示，图中的三极管 T1和 T2起过压保护作用（与二极管测量电路类似） ，正常工作时可家它们视为开路。为了便于分析工作原理，我们将图 3.11 化简为图 12-2
40、2，其中R=R16+Rt=970，R 0的阻值与换档开关所处的位置有关，当它拨到200、2k、20k、200k、2M 和 20M 档时，R 0的阻值分别为100、1k、10k、100k、1M 和 10M。图中电阻 R13、二极管 D3、D4和开关 S1-3的作用是使 UR和UI的值不致于太大或太小，以适应器件7106 的要求，否则将造成性能下降。图 3.12 电阻测量电路的原理示意图根据 7106 的输入电阻很大的特点可知，流过 R0和 RX的电流几乎相等。设这个电流为 I0，则 DVM 的参考电压和输入电压分别是 UR=R0I0和 UI=RXI0，将它们代入式，可得 10*NR若 RX=12
41、0,则换档开关应拨在 200 档，此时 R0=100 档，由上式和表3.2 可知，所显示出来的数值为 120.0，与被测电阻的阻值相符。10.线路通断检测电路当换档开关拨开时，DT-830 可用来检查接线的通断，其电路如图 3.13 所示。图中虚线以上的电路与 200 档图 3.13 线路通断检测电路电阻测量电路相同，虚线以下可分为两部分，即：（1）图中振荡器代表右下放由CMOS 数字集成电路4011B 和电阻R42、R43及电容C15构成的可控振荡电路，当运放 A1b的输出电压 U0为高电瓶时，它产生振荡，驱动压电陶瓷片发出蜂鸣声。若 U0为低电瓶，则停振，压电陶瓷片无声。（2）图中的运放
42、A1b没有接负反馈，而通过电阻 R41，引入正反馈，据此判断它是滞回比较器。电位器动端的对地电压相当与参考电压，它的输入电压是表笔插孔“V”和“COM”之间的电压 UI，加到运放的反相端。二极管 D9和 D10相当与开路。由于 A1b同相输入端的电位随电位器动端的位置变化，因此这个比较器的阈值是可调的，用户可根据需要调节 RW5，使 RX小于某临界值时压电陶瓷片发出蜂鸣声。至于这个临界值的可调范围，读者可根据图中参数自行求出。由于使用档时，操作者可以不看数字显示器，只注视被测电路是否接通，而在必要时又可以从数字显示器上读出 RX的阻值（设 RX200） ，因此使用方便。五、统观整体综上所述，D
43、T-830 是以 CMOS 大规模集成电路 7106 和数字显示器构成的数字电压表为核心，再加上换档开关、分压电阻链、分流电阻器、精密整流等电路组成。当换档开关拨到不同的位置时，它将被测直流电压、交流电压、直流电流、交流电流、电阻值、二极管的正向压降和三极管的 值等转换成大小合适的直流电压，以适应 7106 的要求。此外，还采取了一些保护措施，因此 DT-830 的功能较全，性能较好，成为目前常用的仪表之一。3.4 数字万用表的技术特性1.测量准确度。仪表的准确度是指仪表的测量误差限，它是表示在规定的条件下，仪表的测量误差不会超过它给定的误差范围，准确度越高，测量误差就越小。数字万用表的测量准
44、确度有以下三种表示方法，即准确度=%Ux%Um准确度=%Uxn 个字准确度=%Ux%Umn 个字式中， 为相对误差项系数； 为固有误差项系数；Ux 为仪表的显示值；Um 为仪表的满度值；n 为数字化处理引起的测量误差，反应为末尾数字显示的变化量（字） 。从以上叙述中看出数字万用表的误差主要有两部分组成，即相对误差和故有误差。相对误差包括 A/D 转换其中的基准电压误差、输入放大器误差、不同量之间的转换误差、分压器误差。故有误差包括零点漂移引起的误差、数字化处理引起的误差、A/D 转换器中量化误差及内部噪声引起的误差。相对误差与被测量有关，而固有误差与被测量无关。2.测量范围。测量范围是指仪表在
45、进行测量时所能达到的测量范围。对数字万用表而言，有量程的选择方式（如手动、自动） 、量程的划分、每个量程的测量范围以及测量极性的显示情况等。例如 DT832 型数字万用表共有 28 个量程（档） ，直流电压的测量范围是0.1mV-1000V，共分为 5 个量程；直流电流的测量范围是 0.1A-10A,共分为 4个量程；交流电压的测量范围是 0.1Mv-750V，共分为 5 个量程；交流电流的测量范围是 0.1-20M,共分为 6 个量程；并具有测量晶体管的 h 值、及电路的通断功能、自动调零功能、极性自动转换功能、超量程显示功能、电池欠电压显示功能等。3.测量速率。测量速率是指数字万用表在单位
46、时间内（每秒）给出显示值得次数，显示值的次数主要由 A/D 转换器速率决定，由于不同类型 A/D 转换器的转换速率差别比较大，因而使数字万用表的测量速率相差很多，有的竟达几百次/s 或千余次/s，普通 3 1/2 位、4 1/2 位的数字万用表的测量速率为 2-5次/s。4.输入阻抗。数字万用表的输入阻抗是指它的交流电压档在工作状态下从输入端看进去的等效阻抗。3 1/2 位的数字万用表的直流电压档的输入阻抗一般为 10M，5 1/2-8 1/2 位智能数字万用表的输入阻抗要大于 10000M,由于交流电压档的输入阻抗受输入电容的影响，其值都低于直流电压档的输入阻抗。5.测试功能。数字万用表的测
47、试功能一般都多于指针式万用表，除能测试交流电流（ACA） 、交流电压（ACV） 、直流电流（DCA） 、直流电压（DCV） 、电阻（） 、电导（G） ，有的还设有检查线路通断的蜂鸣器档（BZ） 、读书保持、逻辑测试、AC/DC 自动转换、电容档量程自动转换、自动关机等功能。一些新型号数字万用表还具有逻辑测试（LOGIC） 、相对值测量（REL） 、读数保持（HOLD） 、自动关机（AUTO OFF POWER） 、真有效值测量（TRMS）等。一些智能型数字万用表一般都具有数据存储（COMM） 、液晶条形显示（LCD Bargraph） 、设定测量范围的上/下限（UP，DOWN） 、自动校准（A
48、UTO CAL） 、峰值保持（PK HOLD） 、功率电平测量（dBm） 、最小值 /最大值存储方式（Min/Max Mode） 、快速测量（FAST） 、电源电压设定（S）等功能。6.量程。量程是指在不改变显示倍乘系数的情况下，仪表能够测量输入量的一个连续范围。数字万用表的电压档量程可分为基本量程和非基本量程，基本量程是指被测电压不经分压器衰减而直接进入数字表头的量程，非基本量程是指基本量程以外的其它的量程，其基本量程的测量误差小，而且非基本量程输入范围都高于基本量程的输入范围。7.显示位数。数字万用表的显示位数是指其该表能够显示完整数字的多少，显示位数确定的方法是：能显示从 0-9 所有数
49、字的位为整数位；分数为的数值是以最大显示值中最高位数字为分子，用满量程时最高位数字为分母。如某数字万用表的最大显示值为1999、满量程计数值为 2000，这表明该数字万用表有三个整数位，其分数位的分子是 1，分母是 2，因此称为 3 1/2 位，读作三位半。数字万用表的显示位数一般分为 9 种，即 3 1/2 位、 3 2/3 位、3 3/4 位、4 1/2 位、4 3/4 位、5 1/2 位、6 1/2 位、7 1/2 位、8 1/2 位。3 1/2 位的数字万用表，其最高只能显示 0 或 1 的数字，最大显示值为1999。3 2/3 位的数字万用表，其最高只能显示 0-2 的数字，最大显示值为2999。3 3/4 位的数字万用表，其最高只能显示 0-3 的数字，最大显示值为3999。8.分辨力与分辨率。数字万用表的分辨力是指最低电压量程上末尾 1 个字所代表的电压值，它表示仪表可读最小量的数对被测量的可表达程度，也反映了仪表灵敏度的高低。在不同的量程上，仪表的分辨力是不同的，不同位数的数字万用表，其分辨力也是不同的。如 3 1
