1、1.1 电路及电路功能1.2 电路的基本物理量和元件的伏安关系1.3 电气设备的额定值及电路的工作状态1.4 基尔霍夫定律1.5 电源1.6 本章实训 万用表的使用第第1 1章章 电路的基本概念及其基本定律电路的基本概念及其基本定律1.1.1 电路及其组成电路及其组成电路就是电流通过的闭合路径，它是由各种元器件按一定方式用导线连接组成的总体。电路的结构形式和所能完成的任务是多种多样的，从日常生活中使用的用电设备，到工、农业生产中用到的各种生产设备的控制部分及计算机、各种测试仪表等，从广义上来说，都是电路。1.1 电路及电路功能图1.1 手电筒电路图1.1所示为手电筒电路，是最简单的一种实际照明
2、电路，它主要由电源、负载、中间环节三部分组成。（1）电源供应电能的设备。它将其他形式的能量转换为电能，如图中电池将化学能转换为电能。（2）负载使用电能的设备。它将电能转换成其他形式的能量，如图中小灯泡将电能转换为光能和热能。（3）中间环节用于连接电源和负载的部分。最简单的中间环节就是导线和开关，起传输和分配电能或对电信号进行传递和处理的作用。1.1.2 电路模型电路模型实际电路元件种类繁多，且电磁性质较为复杂。为便于对实际电路进行分析，需用能够代表其主要电磁特性的理想电路元件或它们的组合来表示。理想电路元件就是指只反映某一个物理过程的电路元件，包括电阻、电感、电容、电源等。图1.2是常见理想电
3、路元件的符号。用理想电路元件所组成的电路即为电路模型，手电筒电路的电路模型如图1.3所示。图1.2 理想电路元件的符号图1.3 手电筒电路的电路模型1.1.3 电路的功能电路的功能实际电路就其功能来说，可概括为两个方面：（1）实现能量的传输、分配和转换。这方面的一个典型电路是电力系统，如图1.4（a）所示。（2）实现信号的传递和处理。这方面的一个典型电路是扩音机，如图1.4(b)所示。图1.4 电路的功能1.2.1 电路的基本物理量电路的基本物理量1.电流电流电荷的定向移动形成电流。习惯上规定正电荷的运动方向为电流的方向(事实上，金属导体内部的电流是由带负电的自由电子定向运动形成的)。1.2
4、电路的基本物理量和元件的伏安关系表征电流强弱的物理量叫电流强度，简称电流。电流在数值上等于单位时间内通过导体横截面的电荷量，一般用符号i表示，即(1-1)如果电流的大小和方向均不随时间变化而变化，则这种电流称为恒定电流，简称直流电流。直流电流通常用大写字母I表示，因此，式(1-1)可改写成(1-2)ddqitqIt电流的参考方向是任意设定的，在电路图中一般用箭头表示。分析和计算电路时，首先应设定电路中各个电流的参考方向，并在电路图上标出。若电流的计算结果为正值，则表示电流的实际方向与参考方向一致；若电流为负值，则表示实际方向与参考方向相反。图1.5表示了电流的实际方向与参考方向的关系。图1.5
5、 电流的实际方向和参考方向的关系2.电压、电位和电动势电压、电位和电动势1)电压在图1.6中，极板a带正电，极板b带负电，在a、b间存在电场，其方向由a指向b。在电场力的作用下，正电荷由a经外电路流向b，电场力对电荷做了功。电压就是衡量电场力做功能力的物理量，它在数值上等于单位正电荷受电场力作用，从电路的某一点a移到另一点b所做的功，用数学式表示，即为(1-3)qwUabdd图1.6 电源电压2)电位电场力将单位正电荷从电场内的a点移动至无限远处所做的功，称为a点的电位Ua。由于无限远处的电场为零，所以电位也为零。因此，电场内两点间的电位差也就是a、b两点间的电压，即Uab=UaUb(1-4)
6、电压方向规定为由高电位指向低电位，即电位降低的方向。在电路分析中也可选取电压的参考方向。电压的参考方向可用箭头表示，即设定沿箭头方向电位是降低的；也可以用“+”、“-”表示；还可用双下标表示，如图1.7所示。若计算所得电压为正值，说明实际方向与参考方向一致；反之，则相反。图1.7 电压参考方向的表示法3)电动势为维持恒定电流不断在电路中通过，必须保持Uab恒定，因此需要电源力不断克服电场力，使正电荷由负极b移向正极a。电源力对电荷做功的能力用电动势来衡量。电源电动势在数值上等于电源力把单位正电荷从负极b经电源内部移到正极a所做的功，用E表示。电动势的方向规定为由低电位指向高电位，即电位升高的方
7、向，其单位也为伏特(V)。3.电功率电功率除了电压和电流两个基本物理量外，还需要知道电路元件的功率。电路中，单位时间内电路元件的能量变化用功率表示，即(1-5)功率p的单位为瓦特(W)。将式(1-5)等号右边分子、分母同乘以dq后，变为(1-6)ddwptddddw qpqt 将式(1-1)、式(1-3)代入式(1-6)，得p=uabz=ui(1-7)即元件吸收或发出的功率等于元件上的电压与电流之积。对于直流电路，这一公式写为P=UI(1-8)在直流电路中，当U、I参考方向一致时，P=UI；当U、I参考方向相反时，P=UI。若计算结果P0，说明该元件吸收或消耗功率；若计算结果P0，说明该元件发
8、出功率。当已知设备的功率为P时，则t秒钟内消耗的电能为W=Pt(1-9)例例1-1 有一功率为60 W的电灯，每天使用它照明时间为4 h，如果按每月30天计算，那么每月消耗的电能为多少度？合多少焦耳？解解 该电灯平均每月实际工作时间t=430=120 h则 W=Pt=60120=7200 Wh=7.2 kWh即每月消耗的电能为7.2度，约合3.6106 7.22.6107 J。1.2.2 元件的伏安关系元件的伏安关系1.电阻元件电阻元件1)金属导体的电阻在金属导体中，自由电子在向前运动时，会与形成结晶格的正离子发生碰撞，使电子运动受到阻碍，即导体对电流呈现一定的阻碍作用。这种阻碍作用被称为电阻
9、，用字母R来表示。导体的电阻值R与导体的长度l成正比，与导体的横截面积S成反比，并与导体材料的性质有关，用公式表示为(1-10)slR不同的材料有不同的电阻率，表1.1列出了常用的电工材料在20时的电阻率及其温度系数。表表1.1 常用导电材料的电阻率与温度系数（环境温度为常用导电材料的电阻率与温度系数（环境温度为20）电阻的倒数称为电导，用G表示，单位为西门子(S)，即(1-11)sGl例例1-2 一台电动机的线圈由直径为1.13 mm的漆包铜线绕成，测得在20时电阻为1.64，求共用了多长的导线？解解3262(1.13 10)1.003 10 m4681.64 1.003 1097m1.69
10、 10slR24sd2)电阻元件的伏安关系若电压与电流取关联参考方向，如图1.8所示，欧姆定律可表示为 或(1-12)若电压与电流取非关联参考方向，如图1.9所示，欧姆定律可表示为 或(1-13)UIRURIUIR URI 图1.8 参考方向关联 图1.9 参考方向非关联以电阻元件上的电压和电流作为直角坐标系中的横坐标和纵坐标，画出的U-I函数特性曲线称为元件的伏安特性。当电阻元件的伏安特性是通过原点的直线(如图1.10所示)时，称为线性电阻元件；反之，当电阻元件的伏安特性不是通过原点的直线而是一条曲线(如图1.11所示)时，称为非线性电阻元件。图1.10 线性电阻元件的伏安特性图1.11 非
11、线性电阻元件的伏安特性2.电感元件电感元件许多电工设备、仪器仪表中都有线圈，如变压器线圈、日光灯镇流器线圈等。这些线圈称为电感线圈或电感器。电感是反映磁场能性质的电路参数。电感元件是实际线圈的理想化模型，假想是由无阻导线绕制而成的，用L表示，其电路符号如图1.12所示。图1.12 线性电感元件1)电感系数由物理学知识可知，电流i通过线圈时，在线圈内部及其周围会产生磁通。对于N匝线圈，其乘积N称为线圈磁链。一般规定磁通和磁链的参考方向与电流参考方向之间满足右手螺旋法则，在这种参考方向下任何时刻线性电感元件的磁链与电流i成正比，比例系数称为电感系数L，即=N=Li(1-14)(1-15)iL 2)
12、电感元件的伏安关系根据电磁感应定律，当电流i随时间t变化时，磁链、磁通也会发生变化。同时在电感线圈两端便会产生感应电动势eL(1-16)那么在电感元件两端便有感应电压uL，若电压uL与电流i参考方向一致(如图1.12所示)，其伏安关系为(1-17)tiLtNteddddddLLddiuLt3.电容元件电容元件1)电容电容元件(用C表示)通常由用绝缘介质隔开的两块金属板组成。这种结构的电容称为平板电容，中间的绝缘材料称为电介质，如图1.13(a)所示。实际的电容元件忽略介质及漏电损耗就是理想电容元件。当在电容元件两端加上电源时，两块极板上便聚集起等量的正、负电荷，如图1.13(b)所示，其电荷量
13、q与外加电压u之间有确定的函数关系。对于线性电容元件，q、u之间的关系为(1-18)qCu图1.13 平板电容器电容量C的大小与两端电压u无关，仅与电容器元件的形状、尺寸及电介质有关。如平板电容器的电容量C为(1-19)ACd2)电容元件的伏安关系如图1.14所示电容元件，若所加电压u随时间t变化，则电容C极板上的电荷量q也随时间变化，根据电流定义，这时电容上便有电流通过。若电流i与电压u取关联参考方向，则(1-20)即通过电容的电流与电容两端电压的变化率成正比。ddddquiCtt图1.14 线性电容元件1.3.1 电气设备的额定值电气设备的额定值1.额定电流额定电流IN当电气设备中通过工作
14、电流时，由于电气设备本身有电阻，会产生热量，使电气设备温度升高。如果通过的电流过大，会导致温度过高，使绝缘材料因过热而损坏。为使电气设备工作温度不超过其最高允许温度，对电气设备长期运行时的最大容许电流设定了一个限定值，该限定值便是电气设备的额定电流IN。1.3 电气设备的额定值及电路的工作状态2.额定电压额定电压UN如果电气设备绝缘材料两端的电压过高，绝缘材料会因承受过大的电场强度而击穿，导致电气设备损坏。为了限制电气设备的电流及限制绝缘材料承受的电压，允许加在各电气设备上的电压也有一个限定值，该限定值便是电气设备的额定电压UN。由于供电电压有一系列电压等级标准，如交流为330 kV、220
15、kV、110 kV、35 kV、10 kV、660 V、380 V、220 V等；直流为660 V、220 V、110V等；蓄电池为6V、12 V、24 V等；干电池为1.5 V、3 V、6 V等，因此电气设备的额定电压应与供电电压等级相吻合。3.额定功率额定功率PN额定功率是指电气设备正常运行时的输入功率或输出功率，对电阻性负载而言(1-21)当电气设备工作电流、电压、功率等于额定值时，称满载；低于额定值时称轻载(或欠载)；高于额定值时称超载(或过载)。轻载不能充分利用电气设备能力，而超载会引起电气设备损坏或降低使用寿命。22NNNNNUPU IIRR例例1-3 一个标称值为0.25 W、1
16、00 的碳膜电阻，其额定电流为多少？使用电压不得超过何值？解解 电阻的额定功率为0.25 W，阻值为100，则额定电流IN为 电阻两端电压不得超过UN=RIN=1000.05=5 VNN0.250.05A100PIR1.3.2 电路的三种工作状态电路的三种工作状态电路有三种工作状态：通路、开路、短路。现以图1.15所示直流电路为例分析电路在三种工作状态下电压、电流和功率的特征。图中，Us为电源电动势，R0为电源内阻，RL为负载电阻。图1.15 电路的三种工作状态1.通路通路电路如图1.15(a)所示，开关S闭合，电路处于通路状态，根据欧姆定律，可得电路电流:电源端电压:U=UsIR0负载消耗功
17、率:P=RLI2在Us和R0为常数时，通路状态下电路电流I取决于负载电阻RL的大小。L0sRRUI2.开路开路电路如图1.15(b)所示，开关S断开，电源和负载没有构成闭合电路，负载电阻为无穷大，电路处于开路状态。此时电路电流:I=0电源端电压:U=Us负载消耗功率:P=03.短路短路电路如图1.15(c)所示，由于发生某种事故，使电源的两个输出端直接接触，这时通过负载的电流为0，电路处于短路状态。此时短路电流:电源端电压:U=0负载消耗功率:P=0短路时，由于电源内阻R0很小，故短路电流Is很大，电源所产生功率全部消耗在内阻上。0ssRUI 例例1-4 在图1.16所示电路中，已知Us=10
18、0 V，R0=1，R=4。试分别求出图1.16(a)、(b)、(c)所示三种电路中的I、U、负载消耗的功率PR及电源发出的功率Ps。解解 图1.16(a)所示电路处于开路状态:I=0 AU=Us=100 VPR=0 WPs=0 W图1.16(b)所示电路处于通路状态:U=UsIR0=100201=80 VPR=I2R=4004=1600 WPs=UsI=10020=2000 WRRUI0s010020A14EIrR图1.16(c)所示电路处于短路状态:U=0 VPR=0 WPs=UsI=100100=10 kW 短路时，电源发出功率全部消耗在内阻上，且短路电流比正常工作时大很多，因此必须采取一
19、定的保护措施。0sRUI 0100100A1EIr图1.16 例1-4图欧姆定律只能用来分析简单电路。对于图1.17所示的复杂电路，无法直接用欧姆定律求解。这时，就需要用到另一个电路基本定律基尔霍夫定律。在讨论基尔霍夫定律之前，先介绍几个基本术语。1.4 基尔霍夫定律图1.17 复杂电路(1)支路：电路中通过同一电流的每个分支。图1.17所示电路中有3条支路：amf、bne、cd。(2)节点：3条或3条以上支路的连接点。图1.17所示电路中有两个节点：b点和e点。(3)回路：电路中任一闭合路径。图1.17所示电路中有3个回路：abnefma、bcdenb、abcdefma。(4)网孔：内部不含
20、有支路的回路，即“空心回路”。图1.17所示电路中有两个网孔：abnefma、bcdenb。1.4.1 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(以下简称KCL)反映了各支路电流之间的关系，具体表述为：任一时刻流入某个节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。其表示式为(1-22)也可写成(1-23)i0IIi0i0()0IIII0I 因此基尔霍夫电流定律也可以这样表述：任一时刻在电路的任一节点上，所有支路电流代数和恒等于0。若规定流入节点的电流为正，那么流出节点的电流就取负。根据KCL，图1.17所示复杂电路中各支路电流关系可写为I1+I2=I3 或 I1+I2I3=0 由KCL列出的
21、电流方程称为节点电流方程。基尔霍夫定律不仅适用于电路中的任一节点，也可推广至任一封闭面。如图1.18所示，在该电路中，分别对节点a、b、c列KCL方程，有节点a：Ica+Ia=Iab节点b：Iab=Ibc+Ib节点c：Ibc=Ica+Ic把以上3个方程式相加，得Ia=Ib+Ic 例例1-5 求图1.19所示电路中未知电流。已知I1=25 mA，I3=16 mA，I4=12 mA。图1.18 KCL推广形式例例1-5 求图1.19所示电路中未知电流。已知I1=25 mA，I3=16 mA，I4=12 mA。解解 该电路有4个节点、6条支路。根据基尔霍夫电流定律有节点a：I1=I3+I2故I2=I
22、1I3=2516=9 mA节点c：I3=I4+I6故I6=I3I4=1612=4 mA节点d：I4+I5=I1故I5=I1I4=2512=13 mA图1.19 例1-5图1.4.2 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(以下简称KVL)反映了电路中任一闭合回路各段电压之间的关系，具体表述如下：任一时刻沿电路中任一闭合回路各段电压代数和恒等于零。其表达式为U=0(1-24)图1.17所示复杂电路中回路绕行方向标于图1.20，则根据KVL，回路、可分别列出如下电压方程 回路：Uma+Ubn+Une+Ufm=0(1-25)回路：Unb+Ucd+Uen=0(1-26)图1.20 复杂电路中
23、回路绕行方向将欧姆定律公式及电源电压代入式(1-25)及式(1-26)中，可得 回路：I1R1I2R2+Us2Us1=0(1-27)回路：I2R2+I3R3Us2=0(1-28)元件上电压方向与绕行方向一致时欧姆定律公式前取正号，相反时取负号。对电阻元件而言，一般电压与电流取关联参考方向，则电流方向与绕行方向一致取正号，相反取负号。由此式(1-27)和式(1-28)可以写成 回路：I1R1I2R2=Us1Us2(1-29)回路：I2R2+I3R3=Us2(1-30)把式(1-29)和式(1-30)推广至一般由电阻和电压源组成的电路：任一时刻，电路中任一闭合回路内电阻上电压降的代数和等于电源电压
24、的代数和。即IR=Us(1-31)基尔霍夫电压定律也可推广至任一不闭合回路，但要将开口处电压列入方程。如图1.21 所示电路为某网络中一部分，节点a、b未闭合，沿回路绕行方向，可得 回路：IaRaIbRbUab=0 回路：IbRbIcRcUbc=0图1.21 KVL推广形式例例1-6 列出图1.22所示晶体管电路的回路电压方程。各支路电流参考方向及回路绕行方向已标出。解解 根据KVL列方程 回路：RB1IB1+RCIC+UCB=0 回路：RB2IB2+UBE+REIE=0 回路：RCIC+UCE+REIE=Us图1.22 例1-6图例例1-7 回路绕行方向及电流I参考方向如图1.23所示，应用
25、KVL计算Uab、Ubc。解解 根据KVL，对于回路有(2+2+2+2+1+1)I=128I=0.4 A 同理，根据KVL，在回路中有(2+2+1)I+Uab=12把I=0.4 A代入上式，得Uab=10 V，Ubc=0 V图1.23 例1-7图1.5.1 独立源独立源在电源中，有一类电源的电压或电流是不受外电路影响而独立存在的，这类电源称为独立源。根据独立源在电路中表现的是电压还是电流，可分成电压源和电流源。1.电压源电压源电压源是实际电源（如干电池、蓄电池等）的一种抽象概念，是理想电压源的简称。本节内容仅涉及直流电压源（恒压源），用符号Us表示。电压源的图形符号及其伏安特性曲线如图1.24
26、所示。1.5 电 源图1.24 电压源及其伏安特性电压源具有如下特点：（1）电压源的端电压固定不变，与外电路取用的电流I无关；（2）通过电压源的电流I取决于它所连接的外电路，是可以改变的。由电压源的两个特点可以看出：无论电源是否有电流输出，恒有U=Us，与I无关。I由Us和外电路共同决定。对于电压源，使用时不允许将其正、负极短接。2.电流源电流源电流源也是实际电源（如光电池）的一种抽象概念，是理想电流源的简称。本节内容只涉及直流电流源（恒流源），用符号Is表示。电流源的图形符号及其伏安特性曲线如图1.25所示。箭头所指方向为Is的参考方向。电流源具有如下两个特点：（1）电流源流出的电流I是恒定
27、的，即I=Is，与其两端的电压U无关；（2）电流源的端电压取决于它所连接的外电路，是可以改变的。对于电流源，使用时不允许将电流源开路。图1.25 电流源及其伏安特性例例1-8 计算图1.26所示电路中各元件上的功率。解解 由图可知，电流源上电压与电流为关联参考方向：=1010=100 W (电流源吸收或消耗功率)电压源上电压与电流为非关联参考方向：(电压源发出功率)sssIPU Isss10 10100WUPUI 图1.26 例1-8图1.5.2 实际电源模型及等效变换实际电源模型及等效变换1.实际电源模型实际电源模型1)实际电压源模型一个实际电压源模型可等效成一个理想电压源Us和内电阻R0的
28、串联，如图1.27(a)虚线框内所示。实际电压源的端电压除与Us有关外，还受通过其电流的影响。实际电压源接一阻值为RL的负载时，电路中端电压u与电流i的关系为u=UsR0i(1-32)其伏安特性如图1.27(b)所示，为一条下降的直线。uUs，且i越大，u越小。图1.27 实际电压源模型2)实际电流源模型实际电流源可等效成一个理想电流源Is与内电阻R0的并联，如图1.28(a)所示。实际电流输出受其两端电压影响。其伏安特性可以写成(1-33)其伏安特性曲线如图1.28(b)所示。随着电压u的增加，电流i逐渐减小。s0uiIR图1.28 实际电流源模型2.等效变换等效变换一个实际电源既可以用实际
29、电压源模型来表示，又可以用实际电流源模型来表示。用两种电源模型表示同一实际电源时，其等效条件是与外电路相接的端口的伏安关系保持不变。对式(1-33)进行变换，可得u=R0IsR0i(1-34)将式(1-32)与式(1-34)进行比较，可知当R0Is=Us时，两个模型对外电路是等效的。这一结论也可推广到一个电阻和理想电压源的串联组合与一个电阻和理想电流源的并联组合的等效变换。图1.29给出了等效变换时各参数对应的关系，也表明了电压源极性和电流源方向之间的关系。图1.29 两种电源模型的等效变换例例1-9 化简图1.30所示电路，使其成为一个电压源串联组合电路和电流源并联组合电路。图1.30 例1
30、-9图解解 图1.30所示电路的等效变换过程如图1.31所示。图1.31 等效变换过程1.5.3 受控源受控源受控源包括受控电压源和受控电流源，受控电压源的电压和受控电流源的电流受电路中另一处的电压或电流控制，为非独立电源。根据受控源在电路中呈现的是电压还是电流，以及这一电压或电流是受另一处的电压还是电流控制可分为4类，即电压控制电压源(VCVS)、电压控制电流源(VCCS)、电流控制电压源(CCVS)和电流控制电流源(CCCS)。受控源的图形符号如图1.32所示，其中，、g、为相关的控制系数。图1.32 受控源的符号例例1-10 根据图1.33所示电路，求i1、uab。解解 该受控源是电流控
31、制电流源，根据部分电路欧姆定律i=uR得uab=Rabi=Rab(i1i2)=4(2.222)=0.88 V1100.95i 122.22A0.9i 图1.33 例1-10图1.6.1 万用表简介万用表简介1.指针式万用表简介指针式万用表简介万用表的面板上有带有多条标度尺的标度盘，每一条标度尺都对应于某一被测量。准确度较高的万用表均采用带反射镜的标度盘，以减小读数时的视差。万用表外壳上装有转换开关旋钮、机械零位调节旋钮、欧姆零位旋钮、供接线用的插孔或接线柱等。各种万用表的面板布置不完全相同，图1.34为国产MF30型万用表的外形图。1.6 本章实训 万用表的使用图1.34 MF30万用表的外形
32、图一般地说，使用万用表时，必须注意以下几点：（1）插孔（或接线柱的）的选择。（2）测量挡位的选择。（3）量程选择。（4）正确读数。（5）欧姆挡的使用。使用欧姆挡时，要注意以下几个问题：每一次测量电阻时都必须调零，即将两支表笔短接，旋动“零欧姆调整”旋钮使指针指示在“”标度尺的“0”刻度线上。特别是改变了欧姆倍率挡后，必须重新进行调零。当调零无法使指针达到欧姆零位时，则说明电池的电压太低，应更换新电池。测量电阻时被测电路不允许带电，否则，不仅使测量结果不准确，而且很有可能烧坏表头。被测电阻不能有并联支路，否则其测量结果是被测电阻与并联电阻并联后的等效电阻，而不是被测电阻的阻值。由于这一原因，测量
33、电阻时，不能用手去接触表笔的金属部分，避免因人体并联于被测电阻两端而造成不必要的误差。用欧姆挡测量晶体管参数时，考虑到晶体管所能承受的电压比较小且容许通过的电流较小，一般应选择R100 或R1 k的倍率挡。另外要注意，红色表笔与表内电池的负极相接，而黑色表笔与表内电池的正极连接。在使用的间歇中，不要让两根表笔短接，以免浪费电池。(6）注意操作安全。在万用表的使用过程中，必须十分重视人身和仪表安全，要注意：决不允许用手接触表笔的金属部分，否则会发生触电或影响测量准确度。不允许带电转动转换开关，尤其是当测量高电压和大电流时，否则在转换开关的刀和触点分离及接触的瞬间会产生电弧，使刀和触点氧化，甚至烧
34、毁。测量叠加有交流电压的电压时，要充分考虑转换开关的最高耐压值，否则会因为电压幅度过大而使转换开关中的绝缘材料被击穿。万用表使用完毕后，应该把转换开关旋至交流电压的最大量限挡，或旋至“OFF”挡。2.数字式万用表简介数字式万用表简介数字式万用表是目前常用的一种数字化仪表。它具有以下特点：数字显示，读取直观、准确，可避免指针式万用表的读数误差；分辨率高；测量速度快；输入阻抗和集成度高；测试功能、保护电路齐全；功率损耗小；抗干扰能力强。下面以DT890A型数字万用表为例进行介绍。DT890A型万用表面板示意图如图1.35所示。图1.35 DT890A型万用表面板示意图操作时首先将ONOFF开关置于
35、ON位置。检查9 V电池，如果电压不足，需更换电池。（1）直流电压（DCV）测量。将量程转换开关置于DCV范围，并选择量程，其量程分为五挡：200 mV、2 V、20 V、200 V、1000 V。测量时，将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入V/插孔，测量时若显示器上显示“1”，表示过量程，应重新选择量程。（2）交流电压（ACV）测量。将量程转换开关置于ACV范围，并选择量程，其量程分为五挡：200 mV、2 V、20 V、200 V、700 V。测量时，将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入V/插孔。测量时不允许超过额定值，以免损坏内部电路。测量显示值为交流电压的有效值。（3）直流电流（DCA）测
36、量。将量程转换开关置于DCA位置，并选择量程，其量程分为四挡：2 mA、20 mA、200 mA、10 A。测量时，将黑表笔插入COM插孔，当测量最大值为200 mA时，红表笔插入mA插孔；当测量最大值为10 A时，红表笔插入A插孔。注意：测量电流时，应将万用表串入被测电路。（4）交流电流（ACA）测量。将量程转换开关置于ACA位置，选择量程，其量程分为四挡：2 mA、20 mA、200 mA、10 A。测量时，将测试表笔串入被测电路，黑表笔插入COM插孔，当测量最大值为200 mA时，红表笔插入mA插孔；当测量最大值为10 A时，红表笔插入A插孔，显示值为交流电流的有效值。（5）电阻测量。电
37、阻挡量程分为七挡：200、2 k、20 k、200 k、2 M、20 M、200 M。测量时，将量程转换开关置于位置，将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入 V/插孔。注意：在电路中测量电阻时，应切断电源。（6）电容测量。电容挡量程分为五挡：2000 pF、20 nF、200 nF、2 F、20 F。测量时，将量程转换开关置于CAP位置，将被测电容插入电容插座中，注意：不能利用表笔测量。测量容量较大的电容时，读数稳定需要一定的时间。（7）二极管测试。测试二极管时，可以将量程转换开关转换到二极管的测试挡，显示器显示二极管的正向压降近似值。也可以用蜂鸣挡判断二极管的好坏。当数字表显示数字在50100之
38、间时，调换表笔再次测量，如果没有数字显示，说明二极管是好的；如果两次测量的数字都为零，同时万用表发出蜂鸣声，说明此二极管已短路；如果两次测量均无数字显示，说明二极管已断路。（8）晶体管hFE的测试。将量程转换开关置于hFE位置，确定是NPN或PNP晶体管，将E、B、C三极分别插入相应插孔。（9）音频频率测量。音频频率测量分为两挡：2 kHz、20 kHz。测量时，将量程转换开关置于kHz位置，黑表笔插入COM插孔，红表笔插入V/f插孔，将测试笔连接到频率源上，直接在显示器上读取频率值。（10）温度测试。温度测试分为三挡：-200、0400、4001000。测试时，将热电偶传感器的冷端插入温度测
39、试座中，热电偶的工作端置于待测物上面或内部，可直接从显示器上读取温度值。（11）数字式万用表使用注意事项。测量电流时应将表笔串接在被测电路中，测量电压时应将表笔并接在被测电路中。不能测量高于1000 V的直流电压和高于700 V的交流电压。测量高电压时要注意人身安全，避免触电。测量电流时，若显示器显示“1”，表示过量程，量程转换开关应及时置于更高量程。更换电池或保险管时，应检查确信测试表笔已从电路中断开，以避免电击。1.6.2 直流电路的基本测量直流电路的基本测量1.实训目的实训目的（1）学习万用表的使用。（2）学习电阻、电流、电压和电位的测量。（3）验证基尔霍夫电流定律和电压定律。2.实训设
40、备实训设备实训设备如表1.2所示。表表1.2 实训设备实训设备3.实训原理实训原理（1）电压与电位。在电路中，某一点电位是指该点到参考点之间的电压值。各点电位的高低视所选的电位参考点的不同而变，参考点的电位为零，比参考点电位高者为正，低者为负。电位是相对的，参考点选取的不同，同一点的电位值不同。但电压是任意两点间的电位差，它是绝对的。（2）基尔霍夫定律。基尔霍夫定律分为电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。KCL应用于节点，KVL应用于回路。KCL内容：对于电路中的任意一个节点，在任意时刻，流入或流出该节点电流的代数和等于零。其数学表达式为I=0 KVL内容：对于电路中的任意一个回路，在任意
41、时刻，沿回路循环方向各部分电压的代数和等于零。其数学表达式为U=04.实训内容实训内容（1）电阻的测量。将指针式万用表红表笔插入标有“+”的插孔中，黑表笔插入标有“-”的插孔中。将万用表的转换开关拨到欧姆挡，将两表笔短接调零。测量电阻值，将结果填入表1.3中。表表1.3 电阻测量值电阻测量值（2）电流的测量。按图1.36所示连接电路。测量电流可以用指针式万用表，也可用数字式万用表。为保证测量读数的精确，选用数字式万用表测量。将量程转换开关置于DCA位置20 mA挡位，断开被测支路，将万用表串联进相应支路，将测量结果记入表1.4中。图1.36 直流电路基本测量实验电路表表1.4 电流测量值电流测
42、量值 （3）电压的测量。电路如图1.36所示，测量电压可以用指针式万用表，也可用数字式万用表。为保证测量读数的精确，选用数字式万用表测量。将量程转换开关置于DCV位置20 V挡位，断开被测支路，将万用表并联在被测元件两端进行测量，将测量结果记入表1.5中。表表1.5 电压测量值电压测量值（4）电位的测量。选取a点为参考点，分别测量b、c、d、e、f各点的电位，计算两点之间的电压值，将测量结果记入表1.6中。再以d为参考点，重复上述实验内容，将测量结果记入表1.6中。表表1.6 电位测量值电位测量值5.注意事项注意事项（1）防止稳压电源两个输出端碰线短路。（2）测量电阻时要在不带电的情况下测量。（3）用指针式万用表测量电压或电流时，指针正偏，可读取电压或电流值。如果仪表指针反偏，则必须互换表笔重新测量。用数字式万用表测量电压或电流时，则可直接读出电压或电流值。但应注意：所读电压或电流值的正、负号应根据设定的电压或电流参考方向来确定。6.实训总结实训总结（1）用实验中测量的数据说明电压的绝对性和电位的相对性。（2）用实验中测量的数据验证图1.36电路中电流、电压之间的关系是否符合基尔霍夫定律。7.分析与思考分析与思考（1）万用表使用时，若错用电流挡或欧姆挡测量了电压值，或电路带电时用电阻挡测电阻，将会发生什么现象？（2）万用表若长期不用，转换开关应置于什么挡位？
