為了讓學生了解數字式萬用電表的工作原理，及模擬訊號轉換成數碼訊號的基本方法，我們設計出數字式萬用電表設計與組裝實驗儀，該實驗儀不僅具有實驗內容豐富，且內容由淺入深，適合各高等院校物理、電子等專業學生使用。
1． 掌握數字萬用表的工作原理、組成和特性。
2． 掌握數字萬用表的校準和使用。
3． 掌握多量程數字萬用表分壓、分流電路計算和連線；學會設計製作、使用多量程數字萬用表。
萬用表設計與組裝實驗儀、標準數字萬用表。
(一) 萬用表的設計與組裝實驗儀
這一部分主要由分壓電阻、分流電阻、分檔電阻電路、ac/dc轉換電路、二極體與通斷測試電路、待測交流電壓電流、待測直流電壓電流、三極體測量、數字顯示表頭（200mv量程）等部分組成。
數顯表頭：
數顯表頭是數字式萬用表的重要部件，可攜式萬用表一般採用液晶顯示式數顯表頭，本實驗儀採用數碼管顯示數顯表頭，這兩種數顯表頭的電路工作原理基本相同，只是所用電源、顯示及其驅動方式不同。
數顯表頭內部有乙個參考電壓，通常也稱作基準電壓，當表頭的輸入端接入值為的被測電壓時，表頭的顯示數由下式決定：。通常可取為1.000或100.
0，本實驗儀去後者。這樣，如果，則。如果將右起第二位數碼管的小數點點亮，則顯示數就與所測電壓值一致。
不同的測量檔位，應點亮的小數點位置也應隨之而變。
（二）標準數字萬用表（使用者自備）
用於校準設計組裝的萬用表。
1． 直流電壓測量電路
在數字電壓表頭前面加一級分壓電路（分壓電阻），可以擴充套件直流電壓測量的量程。
數字萬用表的直流電壓檔分壓電路如圖一所示，它能在不降低輸入阻抗的情況下，達到準確的分壓效果。
例如：其中200 v檔的分壓比為：
其餘各檔的分壓比分別為：
圖一實用分壓器電路
實際設計時是根據各檔的分壓比和總電阻來確定各分壓電阻的，如先確定
再計算200v檔的電阻：，依次可計算出、、等各檔的分壓電阻值。換量程時，多刀量程轉換開關可以根據檔位調整小數點的位置，使用者可方便地直讀出測量結果。
儘管上述最高量程檔的理論量程是2000v，但通常的數字萬用表出於耐壓和安全考慮，規定最高電壓量限為1000v或750v。
2． 直流電流的測量
測量電流是根據歐姆定律，用合適的取樣電阻把待測電流轉換為相應的電壓，再進行測量。如圖二
圖二電流測量原理
取樣電阻r上的電壓降為，即被測電流。
若數字表頭的電壓量程為，欲使電流檔量程為，則該檔的取樣電阻(也稱分流電阻)為
如=200mv，則=200ma檔的分流電阻為。
實用數字萬用表的直流電流檔電路，如圖三所示。
圖三實用分流器電路
圖三中各檔分流電阻是按下述方法計算得：
先計算最大電流檔（2a）的分流電阻（數字電壓表最大輸入為200mv）
再計算200ma檔的：
依次可以計算出、和，請同學們自己練習。
圖中的fuse是2a的保險絲，電流很大時會快速熔斷，起過流保護作用。兩隻反向連線且與分流電阻併聯的二極體為矽整流二極體，正常測量時，輸入電壓小於矽整流二極體的正嚮導通壓降，二極體截止，對測量毫無影響。一旦輸入電壓大於0.
7v，二極體立即導通，雙向限幅，電壓鉗位在±0.7v之間，起過壓保護作用。保護儀表不被損壞。
當用2a檔測量時，應盡量使測量時間小於20秒，以避免大電流引起的較高溫公升影響測量精度甚至損壞電表。
3． 交流電壓、電流的測量電路
數字萬用表中交流電壓、電流測量電路是在分壓器或分流器之後串入了一級交流-直流（ac/dc）變換器，圖四為其原理簡圖。
圖四 ac/dc變換器
該ac/dc變換器主要由整合運算放大器、整流二極體、rc濾波電容等組成，還包括乙個能調整輸出電壓高低的電位器—ac/dc校準電位器，用於對交流電壓檔進行校準，調整該電位器可使數字電壓表頭的顯示值等於被測交流電壓的有效值。
同直流電壓檔類似，出於對耐壓、安全方面的考慮，交流電壓最高檔的量限通常限定為700v (有效值)。
4． 電阻測量電路
數字萬用表中的電阻檔採用的是比例測量方法，其原理電路見圖五：
圖五電阻測量原理
由穩壓管dz提供測量基準電壓，流過標準電阻和被測電阻的電流基本相等（數學表頭的輸入阻抗很高，其取用的電流可忽略不計）。所以數字表頭的參考電壓和輸入電壓有如下關係：
即根據所用數字表頭的特性可知，數字表顯示的是與的比值，當=時顯示「1000」，時顯示「500」，以此類推。所以，當時，表頭將顯示「1000」，當時顯示「500」，這稱為比例讀數特性。因此，我們只要選取不同的標準電阻並適當地對小數點進行定位，就能得到不同的電阻測量檔。
電阻測量電路如圖六所示
圖六電阻測量電路
如對200ω檔，取r1=100ω，小數點定在十位上。當=100ω時，表頭就會顯示出100.0ω。
當變化時，顯示值相應變化，可以從0.1ω測到199.9ω。
（其餘各檔請同學自己進行推導）。
數字萬用表多量程電阻檔電路如圖六所示，由上分析可知
圖六中由正溫度係數(ptc)熱敏電阻與電晶體組成了過壓保護電路，以防誤用電阻檔去測高電壓時損壞積體電路。當誤測高電壓時，電晶體發射極將擊穿從而限制了輸入電壓的公升高。同時隨著電流的增加而發熱，其阻值迅速增大，從而限制了電流的增加，使的擊穿電流不超過允許範圍。
即只是處於軟擊穿狀態，不會損壞，一旦解除誤操作，和都能恢復正常。
5． 二極體與通斷測試
二極體特性測量其實質仍是電壓測量，其測量原理如下圖七所示，因二極體正向電壓約為0.7v，可利用直流電壓2v量程的測量電路測量。當二極體正向接入時，其正向電壓可在數顯表上讀出。
如出現超量程，表示二極體內部斷路；如讀數接近零，表示內部短路；當二極體反接時，應出現超量程指示。
也可用這個模組測電路的通斷，電路導通時，蜂鳴器長鳴。
圖七中d1、d2 為電路保護二極體，ic為電壓比較器，cd4011為多諧振盪器，bz為蜂鳴器。
圖七二極體與通斷測試電路
6． 三極體特性測試
測量電晶體的hfe(β)值，小功率晶體三極體共射極電流放大係數hfe的測量電路如圖八，這是一種粗略測量hfe的方法。其測量基本原理如下：
數顯表頭的顯示值n與輸入電壓和表頭基準電壓之間有如下關係：。
在測量pnp管的圖八（a）中，，。當時，則n=10vin(mv)。又，將、rb=200kω、rs=10ω代入上式，得：n=hfe，即電壓表讀數n表示hfe之值。
在npn管的圖八（b）測量電路中，、，與pnp管測量電路相同：。
（ab)
圖八三極體放大倍數測量電路
1． 設計製作多量程直流數字電壓表
（1）製作200mv（199.9mv）直流數字電壓表頭並校準，使用電路單元：三位半數字表頭，表頭電壓校準，待測直流電壓電流，分壓電阻。
按圖九接線，小數點dp3接到小數點控制公共端插口上去，以獲得一位小數點顯示（不接小數點並不影響表頭的校準，為什麼？）。利用待測直流電壓電流和分壓電阻獲得150mv左右的校準電壓，把乙隻成品數字萬用表(稱為標準表)置於直流電壓200mv檔與表頭輸入端in+、in-併聯，調整「直流電壓校準」旋鈕使表頭讀數與標準表讀數一致(允許誤差±0.
5mv)，200mv表頭即調整完畢。然後保留虛線框內的線路，拆去其餘部分即可。
圖九200mv直流數字電壓表頭及其校準電路
（2）擴充套件電壓表頭成為多量程直流電壓表
按圖一接線，com0作為控制小數點顯示的公共端，內部已接小數點驅動電路，可參照圖十接線。
圖十小數點控制電路
（3）用自製直流電壓表測直流電壓
a將自作好的直流電壓表測量端接「待測直流電壓電流」輸出端，緩慢調節「待測直流電壓電流」中的電位器，**數字電壓表頭的變化範圍，分別記錄實驗儀和標準表的測量結果填入資料表。
b將待測電壓兩端調換一下，**數字電壓表頭有何反應，為什麼？
c 將「待測直流電壓電流」中測量電流的兩插口短接，調節電位器，觀察燈泡亮度與燈泡兩端電壓有何關係？
2． 設計多量程交流數字電壓表
（1）與設計的直流檔相比，小數點連線位置不變，僅在數字表頭測量輸入（in+、in-）前串入一級ac/dc轉換器。交流電壓表的原理如圖十一所示：
圖十一交流電壓測量電路
與直流電壓檔相比，交流電壓將輸入阻抗變為1m，這樣做主要是因為該實驗儀採用模組化處理，沒辦法採用遮蔽方式減小訊號干擾，另外實驗箱採用交流電供電，使得訊號本身存在波動，為了方便同學實驗記錄資料，降低輸入阻抗可使測量讀數相對穩定。但實際製作儀表時可採取其它措施避免這些問題。
（2）交流電壓檔校準：將「待測交流電壓電流」框中輸出電壓調至交流150mv（用標準表測量），調節ac/dc 轉換電路中的電位器，使表頭讀數與標準表一致，這樣交流電壓表校準完畢。
（3）用自製交流電壓表測量電壓。
將交流電壓表待測電壓輸入端分別置於「待測交流電壓電流」的輸出電壓插座上，接上小燈泡，觀察調節電壓高低與燈泡亮度的關係並分別記錄實驗儀與標準表的測量結果。調換表棒，觀察表頭顯示有無變化，為什麼？
3． 設計製作多量程數字電流錶
（1）首先製作200mv直流數字電壓表頭並校準，同圖九。（如上面步驟中已製作好，此步可略）。
（2）製作多量程直流數字電流錶
使用電路單元：分流電阻、電流檔保護電路、三位半表頭、量程轉換與測量輸入。
（3）按圖三自己設計連線，製作多量程直流數字電流錶，小數點控制連線參照圖十，其中2a檔小數點與2ma相同。
（4）測量電流
將已製作好的電流錶串入「待測直流電壓電流」的電路中，包括負載小燈泡。調整電位器，觀察燈泡亮度改變與電流的變化關係，分別記錄實驗儀與標準表的測量結果。
4． 設計交流數字電流錶
（1）製作
參照圖三，在表頭測量輸入前串入ac/dc 轉換器。提示：若保持已校準好的「交、直流電壓校準」電位器狀態不變，則可以省去校準步驟，否則需要重新校正。
（2）用自製交流電流錶測電流強度
將交流電流錶串入「待測交流電壓電流」欄中的電流插口,包括負載小燈泡（12v/500mv）。調節電位器觀察燈泡亮度改變與電流的變化關係，分別記錄實驗儀與標準表的測量結果。
萬用表的設計與組裝學生版
為了讓學生了解數字式萬用電表的工作原理，及模擬訊號轉換成數碼訊號的基本方法，我們設計出數字式萬用電表設計與組裝實驗儀，該實驗儀不僅具有實驗內容豐富，且內容由淺入深，適合各高等院校物理 電子等專業學生使用。1 掌握數字萬用表的工作原理 組成和特性。2 掌握數字萬用表的校準和使用。3 掌握多量程數字萬用...
萬用表組裝實驗報告
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萬用表組裝設計性實驗報告
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