1.2 數(shù)字式萬(wàn)用表的原理及使用

數(shù)字式萬(wàn)用表（Digital MultiMeter，DMM）采用大規(guī)模集成電路和液晶數(shù)字顯示技術(shù)，是將被測(cè)量的數(shù)值直接以數(shù)字形式顯示出來(lái)的一種電子測(cè)量?jī)x表。數(shù)字式萬(wàn)用表具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、輸入阻抗高、顯示直觀、過載能力強(qiáng)、功能多、耗電少、自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換等優(yōu)點(diǎn)，許多數(shù)字式萬(wàn)用表還帶有測(cè)電容、頻率、溫度等功能。

1.2.1 用數(shù)字式萬(wàn)用表測(cè)量電流、電壓和電阻

1.打開開關(guān)

將電源開關(guān)置于ON位置。

2.交直流電壓的測(cè)量

1）將紅表筆插入V/Ω孔，黑表筆插入COM孔。

2）根據(jù)被測(cè)量的電壓種類（交流或直流電壓）將轉(zhuǎn)換開關(guān)置于ACV或DCV檔位，選擇合適量程，并將表筆與被測(cè)電路并聯(lián)，讀數(shù)即顯示。測(cè)量直流量時(shí)，數(shù)字式萬(wàn)用表能自動(dòng)顯示紅表筆端的極性。

3.交直流電流的測(cè)量

1）將黑表筆插入COM孔，紅表筆插入mA孔（電流不大于20A時(shí)）或20A孔（電流大于20A時(shí)）。

2）根據(jù)被測(cè)量的電流種類（交流或直流）將檔位/量程選擇開關(guān)置于ACA或DCA檔位，選擇合適量程，并將萬(wàn)用表筆串聯(lián)在被測(cè)電路中即可顯示讀數(shù)。測(cè)量直流量時(shí)，數(shù)字萬(wàn)用表能自動(dòng)顯示紅表筆端的極性。

4.電阻的測(cè)量

1）將紅表筆插入V/Ω孔，黑表筆插入COM孔，在電阻量程檔位時(shí)，紅表筆為內(nèi)部電池的正極，黑表筆為負(fù)極，這與模擬式萬(wàn)用表正好相反。

2）將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至歐姆檔的合適量程，被測(cè)電阻的值應(yīng)僅低于該選擇量程，表筆連接到被測(cè)電阻上，顯示電阻值讀數(shù)（包括其單位）。

1.2.2 數(shù)字式萬(wàn)用表的組成、種類和原理

1.數(shù)字式萬(wàn)用表的組成

數(shù)字式萬(wàn)用表（也稱數(shù)字萬(wàn)用表）是在直流數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而成的。為了能測(cè)量交流電壓、電流、電阻、電容、二極管正向壓降、晶體管放大系數(shù)等，必須增加相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器，將被測(cè)電量轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)，再由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并以數(shù)字形式顯示出來(lái)。它由功能轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、液晶顯示屏（LCD）、電源和轉(zhuǎn)換開關(guān)等構(gòu)成。常用的數(shù)字萬(wàn)用表顯示數(shù)字位數(shù)有三位半、四位半和五位半之分。對(duì)應(yīng)的數(shù)字顯示最大值分別為1999、19999和199999，并由此構(gòu)成不同型號(hào)的數(shù)字萬(wàn)用表。

2.數(shù)字萬(wàn)用表的種類

數(shù)字萬(wàn)用表的類型多達(dá)上百種，按量程轉(zhuǎn)換方式分類，可分為手動(dòng)量程數(shù)字萬(wàn)用表、自動(dòng)量程數(shù)字萬(wàn)用表和自動(dòng)/手動(dòng)量程數(shù)字萬(wàn)用表；按用途和功能分類，可分為低檔普及型（如DT830型數(shù)字萬(wàn)用表）數(shù)字萬(wàn)用表、中檔數(shù)字萬(wàn)用表、智能數(shù)字萬(wàn)用表、多重顯示數(shù)字萬(wàn)用表和專用數(shù)字儀表等；按形狀大小分，可分為袖珍式數(shù)字萬(wàn)用表和臺(tái)式數(shù)字萬(wàn)用表兩種。數(shù)字萬(wàn)用表的類型雖多，但測(cè)量原理基本相同。

3.數(shù)字萬(wàn)用表的原理

下面以袖珍式數(shù)字萬(wàn)用表DT830為例，介紹數(shù)字萬(wàn)用表的測(cè)量原理。DT830型數(shù)字萬(wàn)用表采用9V疊層電池供電，整機(jī)功耗約20mW；采用LCD顯示數(shù)字，最大顯示數(shù)字為±1999，因而屬于三位半萬(wàn)用表。

同其他數(shù)字萬(wàn)用表一樣，DT830型數(shù)字萬(wàn)用表的核心也是直流數(shù)字電壓表DVM（基本表）。它主要由外圍電路、雙積分A-D轉(zhuǎn)換器及顯示器組成。其中，A-D轉(zhuǎn)換、計(jì)數(shù)、譯碼等電路都是由大規(guī)模集成電路芯片ICL7106構(gòu)成的。DT830型數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量電路原理如下。

（1）直流電壓（DCV）測(cè)量電路

圖1-11為數(shù)字萬(wàn)用表直流電壓測(cè)量電路原理圖。該電路由R₂₉等分壓電阻萬(wàn)用表轉(zhuǎn)換開關(guān)和ICL7106芯片構(gòu)成。把基本量程為200mV的量程擴(kuò)展為五量程（200mV、2V、20V、200V、600V）的直流電壓檔。圖中，“V/R”插孔接被測(cè)量值U_X，“COM”插孔接地，ICL7106芯片完成A-D轉(zhuǎn)換和顯示。

以20V檔（U_IN）為例，被測(cè)電壓為U_X，基準(zhǔn)電壓為U_REF，ICL7106的內(nèi)阻在10MΩ以上，0＜U_X＜19.99V，U_REF=V_R+-V_R-=100mV，U_IN和U_X的關(guān)系如下：

當(dāng)U_X=15V時(shí)，

顯示值為

因此當(dāng)U_X=15V時(shí)，顯示1500，20V檔的小數(shù)點(diǎn)設(shè)置在百位與十位之間。

（2）直流電流（DCA）測(cè)量電路

數(shù)字萬(wàn)用表直流電流測(cè)量電路如圖1-12所示。其中，R₁₇、R₂₈、R₈、R₁₀、R₃₄分別為各檔的取樣電阻，它們共同組成了電流-電壓（I-U）轉(zhuǎn)換器，即測(cè)量時(shí)被測(cè)電流I在取樣電阻上產(chǎn)生電壓，該電壓輸入至IN HI、IN LO兩端，從而得到了被測(cè)電流的值。若合理地選配各電流量程的取樣電阻，就能使基本表直接顯示被測(cè)電流量的大小。把基本量程為200μA的量程擴(kuò)展為四量程（200μA、2mA、20mA、200mA）的直流電流檔。

圖中，“mA”插孔為電流插孔，測(cè)量時(shí)萬(wàn)用表串聯(lián)在電路中。ICL7106完成A-D轉(zhuǎn)換并顯示結(jié)果。

以2mA檔為例，0<I_X<1.999mA

U_IN=（R₂₈+R₈+R₁₀）I_X=100I_X（V）

顯示值為

當(dāng)I_X=1.5mA時(shí)，顯示1500，把小數(shù)點(diǎn)設(shè)置在千位與百位之間。

（3）交流電壓（ACV）測(cè)量電路

數(shù)字萬(wàn)用表交流電壓測(cè)量電路如圖1-13所示。該電路由分壓電阻、萬(wàn)用表轉(zhuǎn)換開關(guān)和ICL7106組成。圖中，“V/R”插孔接被測(cè)量值U_X，“COM”插孔接地。被測(cè)電壓U_X（頻率在45～500Hz范圍內(nèi)的正弦電壓有效值），經(jīng)D₁半波整流和分壓電阻分壓后成為U_IN，U_IN（平均值）=0.45U_X（有效值），由ICL7106完成A-D轉(zhuǎn)換并顯示結(jié)果。

以200V檔為例，0＜U_IN＜199.9V，U_REF=100mV，U_X和U_IN的關(guān)系如下：

顯示值為

當(dāng)U_X=150V時(shí)，顯示1494，把小數(shù)點(diǎn)設(shè)置在十位與個(gè)位之間。

（4）電阻測(cè)量電路

數(shù)字萬(wàn)用表電阻測(cè)量電路如圖1-14所示。該電路由分壓電阻、萬(wàn)用表轉(zhuǎn)換開關(guān)和ICL7106組成。“V/R”插孔和“COM”插孔之間接被測(cè)電阻R_X，由ICL7106完成A-D轉(zhuǎn)換并顯示結(jié)果。為防止用電阻檔誤測(cè)電壓造成電表?yè)p壞，增加了熱敏電阻（PTC）以保護(hù)元件。熱敏電阻的阻值隨電流的增大而增大，用于限流，電壓作用于PTC使其發(fā)熱后阻值增大，起到一定的保護(hù)作用。

電阻測(cè)量采用“比例測(cè)量法”：

以20kΩ為例，0＜R_X＜19.99kΩ，顯示值為

當(dāng)R_X=12.5kΩ時(shí)，顯示值為，把小數(shù)點(diǎn)設(shè)置在百位與十位之間。

（5）二極管測(cè)量電路

數(shù)字萬(wàn)用表二極管測(cè)量電路如圖1-15所示。該電路由電阻、蜂鳴器電路（用于判斷是否短路）和ICL7106組成。“V/R”插孔接二極管正極，二極管負(fù)極接“COM”插孔，R₃₂為熱敏電阻PTC，電阻R₂₀和R₂₉兩者的電阻之和為1kΩ，ICL7106的IN HI端接蜂鳴器電路和“V/R”插孔，ICL7106的IN LO接“COM”插孔，ICL7106的VR+接VCC，U_REF近似1V，ICL7106完成A/D轉(zhuǎn)換并顯示結(jié)果。

V_CC至COM的電壓差為3V，顯示值為1000×。

V_CC到COM之間電壓差U=3V，U_REF=1kΩ×1mA=1V，U_IN=U_D（U_D為被測(cè)二極管兩端電壓）。

當(dāng)U_D=0.65V時(shí)，顯示值為。

不設(shè)置小數(shù)點(diǎn)，顯示單位為mV。當(dāng)U_D＜0.07V時(shí)，蜂鳴器鳴叫，視為短路。二極管反接時(shí)，顯示“1”，表示超出量程。

4.VC9801A+面板介紹

VC9801A+型數(shù)字萬(wàn)用表面板如圖1-16所示。對(duì)其中各部分分別介紹如下：按下電源開關(guān)為開啟狀態(tài)；液晶顯示屏顯示儀表測(cè)量的數(shù)值；量程選擇開關(guān)可選擇的量程有6個(gè)，直流電壓量程范圍為200mV～1000V，交流電壓量程范圍為200mV～700V，直流電流量程范圍為200μA～20A，交流電流量程范圍為200μA～20A，電阻量程范圍為200Ω～200MΩ，電容量程范圍為200μF；電壓/電阻插孔（V/Ω）用于電壓或電阻測(cè)試時(shí)接紅表筆；公共地插孔（COM）用于接黑表筆；電流插孔（mA）用于測(cè)試電流時(shí)接紅表筆；20A電流插孔（20A）用于測(cè)試大于20A電流時(shí)接紅表筆；按下保持開關(guān)（HOLD），儀表當(dāng)前所測(cè)數(shù)值被保持，顯示屏上出現(xiàn)“H”符號(hào)，若再次按下保持開關(guān)，“H”符號(hào)消失，退出保持狀態(tài)；按下背景光按鈕（H/L），背景燈亮。

5.數(shù)字萬(wàn)用表的使用注意事項(xiàng)

1）使用前，應(yīng)根據(jù)待測(cè)電量及其大小選擇合適的量程，連接測(cè)試表筆。

2）若顯示始終為最高位顯示數(shù)字“1”，則說明該量程不滿足被測(cè)量的量程，此時(shí)應(yīng)選擇更高的量程。如果用小量程去測(cè)量大電壓，則會(huì)有燒壞萬(wàn)用表的危險(xiǎn)。如果無(wú)法預(yù)先估計(jì)被測(cè)電量的大小，原則上應(yīng)先用最高量程檔測(cè)量一次，再視情況逐漸減小量程，盡量使被測(cè)值接近于量程。

3）禁止在測(cè)量高電壓（220V以上）或大電流（0.5A以上）時(shí)換量程，以防產(chǎn)生電弧，燒毀開關(guān)觸點(diǎn)。

4）在測(cè)電流、電壓時(shí)，不能帶電換量程。

5）測(cè)電阻時(shí)，不能帶電測(cè)量。因?yàn)闇y(cè)量電阻時(shí)，萬(wàn)用表由內(nèi)部電池供電，帶電測(cè)量相當(dāng)于接入一個(gè)額外的電源，可能會(huì)損壞儀表。

6）使用完畢，應(yīng)將轉(zhuǎn)換開關(guān)放置在交流電壓最大檔位上，然后關(guān)閉背景燈開關(guān)、電源開關(guān)。

1.2.3 用數(shù)字式萬(wàn)用表測(cè)試常用電子元器件

1.打開電源

將電源開關(guān)置于“ON”位置。

2.二極管的測(cè)試及帶蜂鳴器的連續(xù)性測(cè)試

1）測(cè)量二極管時(shí)表筆接法與電壓測(cè)量時(shí)表筆的接法一樣，將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋到檔。

2）用紅表筆接二極管的正極，黑表筆接負(fù)極，這時(shí)會(huì)顯示二極管的正向壓降。肖特基二極管的壓降是0.2V左右，普通硅整流管（1N4000、1N5400系列等）的壓降約為0.7V，發(fā)光二極管的壓降為1.8～2.3V。調(diào)換表筆，若顯示屏顯示“1”則為正常，因?yàn)槎O管的反向電阻很大，否則此管已被擊穿。

3）將表筆連接到待測(cè)線路的兩點(diǎn)，如果兩點(diǎn)之間電阻低于70Ω，內(nèi)置蜂鳴器發(fā)聲。

3.晶體管的測(cè)量

1）測(cè)量晶體管時(shí)表筆連接方法同上，其原理同二極管測(cè)量。先假定A引腳為基極，用黑表筆與該引腳相接，紅表筆與其他兩引腳分別接觸。若兩次讀數(shù)均為0.7V左右，然后再用紅表筆接觸A引腳，黑表筆接觸其他兩引腳，若均顯示“1”，則A引腳為基極，且此管為PNP管，否則需要重新測(cè)量。那么集電極和發(fā)射極如何判斷呢？數(shù)字萬(wàn)用表不能像指針萬(wàn)用表那樣利用指針擺幅來(lái)判斷，那怎么辦呢？

2）可以利用hFE檔來(lái)判斷：先將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋到hFE檔，可以看到檔位旁有一排小插孔，分別用于PNP和NPN管的測(cè)量。前面已經(jīng)判斷出管型，將基極插入對(duì)應(yīng)管型“b”孔，其余兩引腳分別插入“c”和“e”孔，此時(shí)讀取的數(shù)值即β值；再固定基極，其余兩引腳對(duì)調(diào)；比較兩次讀數(shù)，讀數(shù)較大的引腳位置與表面“c”“e”相對(duì)應(yīng)。

小技巧：上法只能用于對(duì)9000系列小型管的測(cè)量，若要測(cè)量大管，可以采用接線法，即用小導(dǎo)線將3個(gè)引腳引出。

4.MOS場(chǎng)效應(yīng)管的測(cè)量

N溝道的MOS場(chǎng)效應(yīng)管有國(guó)產(chǎn)的3D01、4D01，日產(chǎn)的3SK系列。

1）G極（柵極）的確定：利用萬(wàn)用表的二極管檔測(cè)量，若某引腳與其他兩引腳間的正反壓降均大于2V，即均顯示“1”，此引腳即為柵極G。

2）交換表筆測(cè)量其余兩引腳，壓降小的那次測(cè)量中，黑表筆接的是D極（漏極），紅表筆接的是S極（源極）。