数字万用表设计课件.ppt

1、数字万用表设计资料数字万用表设计资料1.数字万用表的特性数字万用表的特性与指针式万用表相比较，数字万用表有如下优良特性：高准确度和高分辨力高准确度和高分辨力三位半数字式电压表头的准确度为0.5，四位半的表头可达0.03，而指针式万用表中使用的磁电系表头的准确度通常仅为2.5。分辨力即表头最低位上一个字所代表的被测量数值，它代表了仪表的灵敏度。通常三位半数字万用表的分辨力可达到电压0.1mV、电流（指电流强度，下同）0.1A、电阻0.1，远高于一般的指针式万用表。电压表具有高的输入阻抗电压表具有高的输入阻抗电压表的输入阻抗越高，对被测电路影响越小，测量准确性也越高。三位半数字万用表电压档的输入阻

2、抗一般为10M，四位半的则大于100M。而指针式万用表电压档输入阻抗的典型值是20100k/V。测量速率快测量速率快数字表的速率指每秒钟能完成测量并显示的次数，它主要取决于A/D转换的速率。三位半和四位半数字万用表的测量速率通常为每秒24次，高的可达每秒几十次。自动判别极性自动判别极性指针式万用表通常采用单向偏转的表头，被测量极性反向时指针会反打，极易损坏。而数字万用表能自动判别并显示被测量的极性，使用起来格外方便。全部测量实现数字式直读全部测量实现数字式直读指针式万用表尽管刻画了多条刻度线，也不能对所有档进行直接读数，需要使用者进行换算、小数点定位，易出差错。特别是电阻档的刻度，既反向读数（

3、由大到小）又是非线性刻度，还要考虑档的倍乘。而数字万用表则没有这些问题，换档时小数点自动显示，所有测量档都可以直接读数，不用换算、倍乘。自动调零自动调零由于采用了自动调零电路，数字万用表校准好以后使用时无需调校，比指针式万用表方便许多。抗过载能力强抗过载能力强当然，数字万用表也有一些缺点缺点，如：测量时不象指针式仪表那样能清楚直观地观察到指针偏转的过程，在观察充放电等过程时不够方便。不过有些新型数字表增加了液晶显示条，能模拟指针偏转，弥补这一不足。数字万用表的量程转换开关通常与电路板是一体的，触点容量小，耐压不很高，有的机械强度不够高，寿命不够长，导致用旧以后换档不可靠。一般数字万用表的V/档

4、公用一个表笔插孔，而A档单独用一个插孔。使用时应注意根据被测量调换插孔，否则可能造成测量错误或仪表损坏。2.数字万用表的基本组成数字万用表的基本组成图1 数字万用表的基本组成 数字显示屏（LED或液晶）模数转换，译码驱动基准电压小数点驱动（配合被测量与量程）过压过流保护过压过流保护分档电阻（量程转换）分压器（量程转换）分流器（量程转换）交流直流变换器（放大、整流、滤波）直流被测量输 入交流VREF电流电压电阻VIN 除了图（1）中的基本组成部分之外，数字万用表通常还有蜂鸣器电路、二极管检测电路、三极管hFE测量电路、低电压指示电路等（如DT830A型）。有的表还设有电容测量电路、温度测量电路、

5、自动延时关机电路等（如DT890C+、M890D、KT105等型号）。更新型的还有电感、频率测量电路（如DT930F+、KT102、VC9808等型号）。3.模数（模数（A/D）转换与数字显示电路）转换与数字显示电路 常见的物理量都是幅值（大小）连续变化的所谓模拟量（模拟信号）。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（通常是电压信号）转换成数字信号，再进行显示和处理（如存储、传输、打印、运算等）。数字信号与模拟信号不同，其幅值（大小）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。就象人站在楼梯上时，人站的高度只能是某些分立的数值一样。这种情况被称为

6、是“量化的”。若最小量化单位（量化台阶）为，则数字信号的大小一定是的整数倍，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（译码）后由数码管或液晶屏显示出来。A/D转换及数字显示已是很成熟的电子技术，且已经制成大规模集成电路，一般的仪器仪表生产者、使用者只要知道该类集成电路的管脚及特性，就能使用了。本安装实验使用的数字万用表其核心是一个三位半数字表头，它由数字表专用A/D转换译码驱动集成电路和外围元件、液晶显示电路构成。该表头有个输入端，包括个测量电压输入端（IN+、IN-）、个基准电压输入端（VREF+、VREF-）和个小数点驱动输入端。4.直流电压测量电路直流

7、电压测量电路v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量程。如图所示，U0为数字电压表头的量程（如200mV），r为其内阻（如10M），r1、r2为分压电阻，Ui0为扩展后的量程。v v由于r r2，所以分压比为v扩展后的量程为 图 分压电路原理数字电压表r1rrU0Ui021200rrrUUi02210UrrrUiv多量程分压器原理电路见图（），档量程的分压比分别为、0.1、0.01、0.001和0.0001，对应的量程分别为200m V、2V、20V、200V和2000V。v 图 多量程分压器原理10M99k9k1M1k数字电压表200mV200V20V2VUi2

8、000V IN+IN 采用图的分压电路虽然可以扩展电压表的量程，但在小量程档明显降低了电压表的输入阻抗，这在实际使用中是所不希望的。所以，实际数字万用表的直流电压档电路为图所示，它能在不降低输入阻抗的情况下，达到同样的分压效果。2000V数 字电压表1k9k90k900k9MR5R4R3R2R1Ui200mV2V200V20VIN+IN 尽管上述最高量程档的理论量程是2000V，但通常的数字万用表出于耐压和安全考虑，规定最高电压量限为1000V。图 实用分压器电路 5.直流电流测量电路直流电流测量电路测量电流的原理是：根据欧姆定律，用合适的取样电阻把待测电流转换为相应的电压，再进行测量。如图，

9、由于rR，取样电阻R上的电压降为 Ui=R*Ii 即被测电流：Ii=Ui/R 数字电压表IN+INRUirIi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（也称分流电阻）为R=U0/I0如U0=200mV，则I0=200mA档的分流电阻为R=1。图 电流测量原理 图中的分流器在实际使用中有一个缺点，就是当换档开关接触不良时，被测电路的电压可能使数字表头过载，所以，实际数字万用表的直流电流档电路为图所示。1k101100数字电压表2A2mA20mA200mAUi200AIN+IN0.1Ii数 字电压表0.10.9990900R5R4R3R2R1IN+IN2A200mA20m

10、A2mA200AD1D2IiUi图图 多量程分流器电路多量程分流器电路 图图 实用分流器电路实用分流器电路 FUSE 图中的FUSE是2A保险丝管，电流过大时会快速熔断，起过流保护得作用。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，两端电压被限制住（小于0.7V），保护仪表不被损坏。注意：用2A档测量时，若发现电流大于1A时，应不使测量时间超过20秒，以避免大电流引起的较高温升影响测量精度，甚至损坏仪表。6.交流电压、电流测量电

11、路交流电压、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，在分压器或分流器之后加入了一级交流-直流（AC-DC）变换器，图为其原理简图。A交流电压输入直流电压输出图 AC-DC变换器原理简图交流电压校准 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，还包含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。同直流电压档类似，出于对耐压、安全方面的考虑，交流电压最高档的量限通常限定为750V（有效值）。数字万用表交流电压、电流档适用的频率范围通常为40400Hz（如D

12、T830A、M3900等型号），有些型号的交流档测量频率可达1000Hz（如M3800、PF72等）。7.电阻测量电路电阻测量电路数字万用表中的电阻档采用的是比例测量法，其原理电路见图。由稳压管ZD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：RxIN+ZDA/D转换及数字表头R0IN-VREF+VREFUREFUIN 图图9 9 电阻测量原理电阻测量原理X0INREFRRUU0REFINXRUUR 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

13、值，当UINUREF时显示“1000”，UIN0.5UREF时显示“500”，以此类推。所以，当RxR0时，表头将显示“1000”，当Rx0.5R0时显示“500”，这称为比例读数特性。因此，我们只要选取不同的标准电阻并适当地对小数点进行定位，就能得到不同的电阻测量档。如对200档，取R01=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。又如对2k档，取R02=1k，小数点定在千位上。当Rx变化时，显示值相应变化，可以从0.001k测到1.999k。数字万用表多量程电阻档电路见图数字万用表多量程电阻档电路见图

14、10。由上分析可知，由上分析可知，R1R01=100R2R02R011000100900R3R03R0210k1k9kRxIN+A/D转换及数字表头RtIN-VREF+VREF 图10 电阻测量电路R1R2R3R49 0 0k90k9k900100PTCT+V2002k20k200k2MR5 图图10中由正温度系数（中由正温度系数（PTC）热敏电阻）热敏电阻Rt与晶体与晶体管管T组成了过压保护电路，以防误用电阻档去测高电组成了过压保护电路，以防误用电阻档去测高电压时损坏集成电路。当误测高电压时，晶体管压时损坏集成电路。当误测高电压时，晶体管T发射发射极将击穿从而限制了输入电压的升高。同时极将击穿从而限制了输入电压的升高。同时Rt随着电随着电流的增加而发热，其阻值迅速增大，从而限制了电流流的增加而发热，其阻值迅速增大，从而限制了电流的增加，使的增加，使T的击穿电流不超过允许范围。即的击穿电流不超过允许范围。即T只是处只是处于软击穿状态，不会损坏，一旦解除误操作，于软击穿状态，不会损坏，一旦解除误操作，Rt和和T都能恢复正常。都能恢复正常。DT830数字万用表原理数字万用表原理DT830-电压测量回路电压测量回路DT830交流电压测量回路交流电压测量回路DT830直流电流测量回路直流电流测量回路DT830比例法电阻测量回路比例法电阻测量回路2020/11/526谢谢观赏！