數(shù)字萬(wàn)用表設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

1、數(shù)字萬(wàn)用表設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，傳統(tǒng)指針式電表已逐漸被數(shù)字式電表所取代。數(shù)字萬(wàn)用表具有高精確度、高分辨率、高測(cè)量速率等諸多優(yōu)點(diǎn)，HLD-WYB-型數(shù)字萬(wàn)用表設(shè)計(jì)性試驗(yàn)儀能提供測(cè)量與顯示所需要的獨(dú)立模塊，可將獨(dú)立的電路模塊進(jìn)行有機(jī)結(jié)合構(gòu)成各種使用的數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量電路?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、 了解萬(wàn)用表的特性、組成和工作原則2、 學(xué)會(huì)電表改裝的分壓、分流原理3、 學(xué)會(huì)將非電壓量轉(zhuǎn)換成電壓量（即電流電壓；電阻電壓等）【實(shí)驗(yàn)儀器】1、 HLD-WYB-一臺(tái)2、 三位半數(shù)字萬(wàn)用表一臺(tái)3、 導(dǎo)線若干【儀器介紹】?jī)x器面板如下圖所示：面板說(shuō)明：1、電源開(kāi)關(guān) 2、200mV量程3位半直流數(shù)字電壓表頭 3

2、、電壓表頭的小數(shù)點(diǎn)移動(dòng)開(kāi)關(guān)（小數(shù)點(diǎn)位置根據(jù)需要自行設(shè)置，但不影響表頭的實(shí)際量程） 4、0-20V直流電壓源 5、0-20V交流電壓源 6、三極管放大倍數(shù)測(cè)量電路 7、待測(cè)元件組 8、電阻測(cè)量電路 9、實(shí)用分壓器 10、實(shí)用分流器 11、多量程分壓器 12、多量程式分流器 13、交流-直流轉(zhuǎn)換電路 【實(shí)驗(yàn)原理】無(wú)論何種數(shù)字表電路它通常由A/D轉(zhuǎn)換電路，時(shí)鐘電路，驅(qū)動(dòng)電路，顯示電路等組成。而本實(shí)驗(yàn)中使用的電壓表電路是由7107主體構(gòu)成。從原理上講，它所組成的僅僅是一個(gè)能測(cè)量小于199.9mV的直流電壓表，對(duì)于實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，要測(cè)的物理量不只是電壓，還有電流、電阻等。要測(cè)量電流或電阻，就必須通過(guò)某種“IV

3、”、“RV”轉(zhuǎn)換電路將其它的非電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)，才能用數(shù)字直流電壓表頭測(cè)量。另外，對(duì)于交流電壓和交流電流還要先將其變換為直流然后再用數(shù)字直流電壓表頭測(cè)量。1、電壓表量程的擴(kuò)大由于3位半數(shù)字直流電壓表頭僅能測(cè)量小于200mv的直流電壓，要測(cè)量200mv的直流電壓，就必須利用分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)分壓來(lái)適應(yīng)表頭的量限。a. 數(shù)字電壓表頭的內(nèi)阻我們知道，對(duì)于測(cè)量用的電壓表，要求它的內(nèi)阻應(yīng)盡量大。普通的指針式電壓表的內(nèi)阻往往比較有限（通常只有103的數(shù)量級(jí)），而數(shù)字式電壓表它的輸入電阻可達(dá)1010以上，因此從性能上講它要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于指針式電壓表。我們?cè)趯?shí)際的使用中可近似把數(shù)字電壓表的內(nèi)阻看作無(wú)窮大，

4、因此當(dāng)把數(shù)字電壓表頭接入外部的測(cè)量電路中時(shí)，其內(nèi)阻對(duì)外部的測(cè)量電路的影響可不予考慮。b. 分壓原理圖用Vi代表待測(cè)電壓量，U代表電表的輸入電壓，對(duì)于大于數(shù)字電壓表頭量程（200mV）的電壓值必須通過(guò)分壓（器）網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行測(cè)量。電阻分壓器的原理如圖1所示：在圖1的電路中，有：按此原理，一個(gè)數(shù)字電壓表的多量程分壓器的網(wǎng)絡(luò)電路圖如圖2所示 c. 電阻選擇根據(jù)電阻的分壓原理，對(duì)于從200mV、2V、直至2000V的降壓電阻應(yīng)分別為0、9K、99K、1M、10M。d. 電表小數(shù)點(diǎn)的確定對(duì)于200mV、200V，應(yīng)點(diǎn)亮DP1，電壓表頭的小數(shù)點(diǎn)移動(dòng)開(kāi)關(guān)移動(dòng)到最右端；2V應(yīng)點(diǎn)亮DP3，電壓表頭的小數(shù)點(diǎn)移動(dòng)開(kāi)關(guān)移

5、動(dòng)到最左端；20V應(yīng)點(diǎn)亮DP2，電壓表頭的小數(shù)點(diǎn)移動(dòng)開(kāi)關(guān)移動(dòng)到中間。e. 交流電壓測(cè)量由于表頭只能測(cè)量直流電壓，所以對(duì)于交流電壓的測(cè)量，應(yīng)先把待測(cè)的交流電壓分壓，然后將分壓后的交流電壓送入“交流直流轉(zhuǎn)換”電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換后再送入表頭顯示。2、電流的測(cè)量前面已述，基本的數(shù)字電表僅能測(cè)量電壓（直流），要測(cè)量電流必須通過(guò)電流電壓的轉(zhuǎn)換電路。電流電壓轉(zhuǎn)換電路的原理見(jiàn)圖3所示： 根據(jù)圖3可知： 或 由于U的量程限定為200mV，故改變不同的電阻R的阻值，就可改變不同的電流量程。a. 本實(shí)驗(yàn)儀器電流的測(cè)量范圍分200A，2mA，20mA，200mA，2A五檔，因此通過(guò)合理改變R的阻值，可以測(cè)量相應(yīng)的電流。b.

6、 圖4是一個(gè)實(shí)用的多量程式分流器電路原理圖 在圖4的電路中，根據(jù)電阻的電流-電壓轉(zhuǎn)換原理，應(yīng)該有： 0.200mA(R1+R2+R3+R4+R5)=200mV2mA(R2+R3+R4+R5)=200mV20mA(R3+R4+R5)=200mV200mA(R4+R5)=200mV2000mAR5=200mV解上列方程組,得：R5=0.1 ;R4=0.9 ;R3=9 ; R2= 90 ; R1=900c. 交流電流的測(cè)量原理同交流電壓的測(cè)量，要先將交流電流經(jīng)過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)變換成交流電壓，選擇合適量程后再通過(guò)轉(zhuǎn)換電路“ACVDCV”其轉(zhuǎn)換成直流電壓進(jìn)行顯示。3、電阻的測(cè)量電阻測(cè)量的原理是通過(guò)運(yùn)算放大器，

7、把所需測(cè)量的電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再通過(guò)數(shù)字電壓表頭顯示。a、原理電路 電阻測(cè)量的原理如圖5所示。 在圖5的電路中，運(yùn)放IC2的作用是輸出緩沖器，對(duì)測(cè)量電阻的數(shù)值沒(méi)有貢獻(xiàn)，而運(yùn)放IC1則是一個(gè)反向電壓放大器。把待測(cè)電阻Rx放在IC1的反饋電阻的位置上，根據(jù)運(yùn)算放大器的原理（此處從略）可知：當(dāng)輸入基準(zhǔn)電壓E和輸入電阻保持恒定時(shí)，運(yùn)放的輸出電壓：。但有一點(diǎn)須注意：輸出電壓Uo的值不能超過(guò)200mV，所以當(dāng)Rx阻值過(guò)大使輸出電壓Uo超過(guò)200mV時(shí)，必須改變輸入電阻的阻值，以防數(shù)字電壓表頭讀數(shù)因超量程而溢出。b、本實(shí)驗(yàn)儀可測(cè)量阻值范圍為200、2K、20K、200K、2M4、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字萬(wàn)用表的儀器介紹和

8、使用說(shuō)明數(shù)字萬(wàn)用表，一種多用途電子測(cè)量?jī)x器，一般包含安培計(jì)、電壓表、歐姆計(jì)等功能，有時(shí)也稱(chēng)為萬(wàn)用計(jì)、多用計(jì)、多用電表，或三用電表。a、分辨率、位數(shù)、字一個(gè)3位半的表，可以顯示三個(gè)從0到9的全數(shù)字位,和一個(gè)半位(只顯示1或沒(méi)有顯示)。一塊3位半的數(shù)字表可以達(dá)到1999字的分辨率。一塊4位半的數(shù)字表可以達(dá)到19999字的分辨率。b、電壓的測(cè)量 (1)、直流電壓的測(cè)量，如電池、隨身聽(tīng)電源等。首先將黑表筆插進(jìn)“com”孔，紅表筆插進(jìn)“V ”。把旋鈕選到比估計(jì)值大的量程 （注意：表盤(pán)上的數(shù)值均為最大量程，“V”表示直流電壓檔，“V”表示交流電壓檔，“A”是電流檔），接著把表筆接電源或電池兩端；保持接觸穩(wěn)

9、定。數(shù) 值可以直接從顯示屏上讀取，若顯示為“1.”，則表明量程太小，那么就要加大量程后再測(cè)量工業(yè)電器。 如果在數(shù)值左邊出現(xiàn)“-”，則表明表筆極性與實(shí)際電源極性相反，此時(shí)紅表筆接的是負(fù)極。 (2)、交流電壓的測(cè)量。表筆插孔與直流電壓的測(cè)量一樣，不過(guò)應(yīng)該將旋鈕打到交流檔“V”處所需的量程即可。交流電壓無(wú)正負(fù)之分，測(cè)量方法跟前面相同。 無(wú)論測(cè)交流還是直流電壓，都要注意人身安全，不要隨便用手觸摸表筆的金屬部分。 c、電流的測(cè)量 (1)、直流電流的測(cè)量。先將黑表筆插入“COM”孔。若測(cè)量大于200mA的電流，則要將紅表筆插入“10A”插孔并將旋鈕打到直流 “10A”檔；若測(cè)量小于200mA的電流，則將紅

10、表筆插入 “200mA”插孔，將旋鈕打到直流200mA以?xún)?nèi)的合適量程。調(diào)整好后，就可以測(cè)量了。將 萬(wàn)用表串進(jìn)電路中，保持穩(wěn)定，即可讀數(shù)。若顯示為“1.”，那么就要加大量程；如果在數(shù)值左邊出現(xiàn)“-”，則表明電流從黑表筆流進(jìn)萬(wàn)用表。 (2)、交流電流的測(cè)量。測(cè)量方法與1相同，不過(guò)檔位應(yīng)該打到交流檔位，電流測(cè)量完畢后應(yīng)將紅筆插回“V”孔，若忘記這一步而直接測(cè)電壓，會(huì)導(dǎo)使萬(wàn)用表?yè)p壞！ d、電阻的測(cè)量 將表筆插進(jìn)“COM”和“V”孔中，把旋鈕打旋到“”中所需的量程，用表筆接在電阻兩端金屬部位，測(cè)量中可以用手接觸電阻，但不要把手同時(shí)接觸電阻兩端，這樣會(huì)影響測(cè)量精確度的人體是電阻很大但是有限大的導(dǎo)體。讀數(shù)時(shí)

11、，要保持表筆和電阻有良好的接觸；注意單位：在“200” 檔時(shí)單位是“”，在“2K”到“200K“檔時(shí)單位為 “K ”，“2M”以上的單位是“M”。 e、二極管及蜂鳴器通斷測(cè)試 (1)、將黑表筆插入COM插孔,紅表筆插入V/插孔(紅表筆極性為“+”)將功能開(kāi)關(guān)置于“”檔、并將表筆連接到待測(cè)二極管,讀數(shù)為二極管正向壓降的近似值. (2)、將表筆連接到待測(cè)線路的兩端如果兩端之間電阻值低于約70,內(nèi)置蜂鳴器發(fā)聲。一般用于檢測(cè)電路是否短路?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟】一、直流電壓的測(cè)量：本儀器提供了0-20V的直流電壓，實(shí)驗(yàn)可通過(guò)面板上的電位器來(lái)調(diào)節(jié)020V的直流電壓作為直流測(cè)試電壓源。測(cè)試時(shí)可直接將電壓源輸出的

12、可調(diào)輸出電壓連入電阻分壓網(wǎng)絡(luò)（有兩種分壓電路供選擇，以下電路只介紹一種）選擇合適的量程后，直接連入表頭顯示并和標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)對(duì)比。具體步驟如下：1、按圖6接線，將0-20V的直流電壓調(diào)到最小，直流電壓表頭的小數(shù)點(diǎn)移動(dòng)開(kāi)關(guān)需移動(dòng)到中間，標(biāo)準(zhǔn)表必須工作在直流電壓檔。檢查線路連接無(wú)誤后，開(kāi)啟電源。慢慢調(diào)大0-20V的直流測(cè)試電壓，按實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格要求分別記錄電壓表頭所顯示的測(cè)量值和標(biāo)準(zhǔn)表顯示的標(biāo)準(zhǔn)值。2、對(duì)調(diào)一下“標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字萬(wàn)用表”上紅、黑表筆，觀察標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字萬(wàn)用表的讀數(shù)。圖6二、交流電壓的測(cè)量與直流電壓測(cè)量相同，我們提供了0-20V的交流電壓，同樣可通過(guò)電位器調(diào)節(jié)，并將交流電壓源的可調(diào)輸出電壓通過(guò)多量程分

13、壓器分壓，并選擇合適的量程，然后將其引入“交流直流變換”電路的左端最后從右端連入表頭測(cè)量并和標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)對(duì)比。具體步驟如下：1、按圖7接線，將0-20V的交流電壓調(diào)到最小，直流電壓表頭的小數(shù)點(diǎn)移動(dòng)開(kāi)關(guān)需移動(dòng)到中間，標(biāo)準(zhǔn)表必須工作在交流電壓檔。檢查線路連接無(wú)誤后，開(kāi)啟電源。慢慢調(diào)大0-20V的交流測(cè)試電壓，按實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格要求分別記錄電壓表頭所顯示的測(cè)量值和標(biāo)準(zhǔn)表顯示的標(biāo)準(zhǔn)值。2、對(duì)調(diào)一下“標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字萬(wàn)用表”上紅、黑表筆，觀察標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字萬(wàn)用表的讀數(shù)。圖7三、直流電流的測(cè)量：將提供的0-20V的直流電壓與提供的電阻（例如10K）串聯(lián)形成一個(gè)回路，測(cè)量回路中的直流電流（電阻選擇10K時(shí)，電流大小為0-2m

14、A）。測(cè)直流電流時(shí)，我們可選用面板的電阻分流網(wǎng)絡(luò)（有兩種分流器電路供選擇，以下連接電路只介紹一種），將直流電流變?yōu)橹绷麟妷?，選擇合適量程后從分流器網(wǎng)絡(luò)的左端接入電流，右端與表頭連接顯示測(cè)量值并和標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)對(duì)比。具體步驟如下：按圖8接線，將0-20V的直流電壓調(diào)到最小，直流電壓表頭的小數(shù)點(diǎn)移動(dòng)開(kāi)關(guān)需移動(dòng)到最左邊，標(biāo)準(zhǔn)表必須工作在直流電壓檔。檢查線路連接無(wú)誤后，開(kāi)啟電源。慢慢調(diào)大0-20V的直流測(cè)試電壓，按實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格要求分別記錄電壓表頭所顯示的電流值和標(biāo)準(zhǔn)表顯示的電壓值。根據(jù)歐姆定律（），計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)表獲得電流值。圖82、對(duì)調(diào)一下“標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字萬(wàn)用表”上紅、黑表筆，觀察標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字萬(wàn)用表的讀數(shù)。四、交流電

15、流的測(cè)量將提供的0-20V的交流電壓與提供的電阻串聯(lián)（例如10K）形成一個(gè)回路，測(cè)量回路中的交流電流（電阻選擇10K時(shí)，電流大小為0-2mA）。交流電流的測(cè)量時(shí)，先將交流電流接入電阻分流器網(wǎng)絡(luò)的左端，選擇合適電流的檔位，然后從分流器網(wǎng)絡(luò)的右端連到“交流直流變換”電路的左端，最后從“交流直流變換”電路的右端連入表頭測(cè)量顯示并和標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)對(duì)比。具體步驟如下：1、按圖9接線，將0-20V的交流電壓調(diào)到最小，直流電壓表頭的小數(shù)點(diǎn)移動(dòng)開(kāi)關(guān)需移動(dòng)到中間，標(biāo)準(zhǔn)表必須工作在交流電壓檔。慢調(diào)大0-20V的直流測(cè)試電壓，按實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格要求分別記錄電壓表頭所顯示的電流值和標(biāo)準(zhǔn)表顯示的電壓值。根據(jù)歐姆定律（I=U/

16、R），計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)表獲得電流值。2、對(duì)調(diào)一下“標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字萬(wàn)用表”上紅、黑表筆，觀察標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字萬(wàn)用表的讀數(shù)。圖9五、電阻的測(cè)量本實(shí)驗(yàn)儀提供了多個(gè)待測(cè)電阻，分別為10、100、1K、10K、100K、1M。測(cè)量電阻時(shí)用連線將電阻接入電阻測(cè)量電路的“Rx”端，選擇量程時(shí)用插線將基準(zhǔn)電壓與所選量程與相應(yīng)的輸入電阻端連接即可（如：測(cè)量1 K電阻選擇“2K”檔，只要將基準(zhǔn)電壓上端與“2K”檔短接即可），最后將輸出端直接連入表頭測(cè)量顯示并和電阻標(biāo)準(zhǔn)阻值對(duì)比。如要測(cè)量1K電阻，具體步驟如下：1、按圖10接線，直流電壓表頭的小數(shù)點(diǎn)移動(dòng)開(kāi)關(guān)需移動(dòng)到最左邊。檢查線路連接無(wú)誤后，開(kāi)啟電源。按實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格要求記錄電壓表頭所顯示

17、的測(cè)量值并與電阻標(biāo)稱(chēng)值（1K）比較。2、直接用“標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字萬(wàn)用表“測(cè)量電阻，注意測(cè)量電阻不得帶電測(cè)量，即不得把電阻連接要圖10中的電路進(jìn)行測(cè)量。3、對(duì)調(diào)一下“標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字萬(wàn)用表”上紅、黑表筆，觀察標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字萬(wàn)用表的讀數(shù)。圖106、其它電子元件的測(cè)量本儀器面板上還提供了一些如二極管、光敏電阻、硅光電池、三極管等其它的電子元件，學(xué)生在上述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完成的前提下，還可以自行用已搭接好的萬(wàn)用電表電路對(duì)這些元件進(jìn)行測(cè)試練習(xí)。注：為了安全起見(jiàn)，外加電壓或電流時(shí)不能太大，開(kāi)機(jī)前請(qǐng)先把直流電壓（0-20V）或者交流電壓（0-20V）逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底，確保外加電壓處于最小值，以免損壞儀器?！咀⒁馐马?xiàng)】1、 實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循“先接線，再加電；先斷電，再拆線”原則，加電前必須確認(rèn)接線無(wú)誤，避免短路。2、 通常情況下，紅色線代表電源正極，黑色線代表電源負(fù)極，接線時(shí)務(wù)必按要求進(jìn)行相應(yīng)連接，避免短路，造成危險(xiǎn)。測(cè)量電壓時(shí)，應(yīng)將數(shù)字萬(wàn)用表與被測(cè)電路并聯(lián)。測(cè)電流時(shí)，應(yīng)與被測(cè)電路串聯(lián)。測(cè)電阻時(shí)，將表筆接在電阻兩端。3、 萬(wàn)用表的V/檔公用一個(gè)表筆插孔，而A檔單獨(dú)用一個(gè)插孔，使用時(shí)應(yīng)注意根據(jù)被測(cè)量調(diào)換插孔，否則可能造成測(cè)量錯(cuò)位或儀表?yè)p壞。4、 當(dāng)測(cè)量值超過(guò)量程時(shí)（199.9mv），表頭最高位顯示為1，