2.1 數字式萬用表簡介
要點
數字式萬用表采用大規模集成電路，具有準確度高、分辨率高、顯示直觀、功能齊全、輸入阻抗高、測量速度快、過載能力強、耗電省、體積小、易攜帶等優點，是電子技術愛好者常用的檢測儀表。讀者必須要了解數字式萬用表的主要特點，熟悉其內部結構。
2.1.1 數字式萬用表的主要特點
數字式萬用表與指針式萬用表相比，具有以下特點。
1.數字顯示，讀數準確
指針式萬用表采用電磁偏轉原理，借助指針和刻度線進行讀數。而數字式萬用表采用A/D轉換器和先進的數顯技術（LCD液晶顯示器），使測量結果顯示清晰、讀數準確。顯示4～5位數字的液晶顯示屏如圖2-1所示。
圖2-1 液晶顯示屏
2.準確度高，分辨率高
數字式萬用表的準確度反映測量結果與真實值一致的程度。其準確度可以達到相當高，這是指針式萬用表所達不到的。數字式萬用表基本量程（通常為最低直流電壓擋）精度最高，隨著量程的擴展或經各種轉換器后精度指標會下降。一般
位的數字式萬用表基本量程精度可達±0.5%～±0.1%，
位的數字式萬用表可達±0.05%～±0.07%，
位的數字式萬用表可達±0.01%～±0.005%，
位的數字式萬用表則高達±0.0001%。
數字式萬用表的分辨率是指最低量程上末位數字所對應的電壓值，是儀表對下限被測量值的反應能力。它反映儀表靈敏度的高低，位的數字式萬用表的分辨率可達0.1mV，即100μV；位的數字式萬用表的分辨率可達10μV；
位的數字式萬用表的分辨率則高達10nV（1μV=1000nV）。
數字式萬用表的準確度和分辨率是兩個不同的概念。分辨率表示萬用表的“靈敏性”，即對微小電壓的識別能力，而準確度是反映測量的“準確性”，即測量結果與真值的一致程度。
在實用上，并不是準確度和靈敏度越高越好，這要根據被測的具體對象來決定，否則也是一種浪費。對于電子愛好者一般選用位或位數字式萬用表就能滿足電子元件及其他測量的需要。
3.輸入阻抗高，功耗小
測量電壓時，數字式萬用表輸入阻抗很高，一般的表都在10MΩ以上，最高可達10000MΩ。阻抗越高，越能減少測量誤差，其測量準確度越高。
數字式萬用表采用單片A/D轉換器，外圍電路比較簡單，只需少量輔助芯片和元件，有的采用9V疊層電池供電，功耗小。
4.測量參數多，速度快
普及型數字式萬用表不僅可以測量直流電壓（DCV）、交流電壓（ACV）、直流電流（DCA）、交流電流（ACA）、電阻（Ω）、二極管正向壓降（VF）、晶體管發射極電流放大系數（hFE），還能測電容量（C）、檢查線路通斷的蜂鳴器擋（BZ）等，如圖2-2所示。
有的數字式萬用表還具有電感擋、溫度（T）、頻率（f）擋、信號擋、AC/DC自動轉換功能等。
圖2-2 數字式萬用表的測量范圍
數字式萬用表的測量速率是指每秒鐘內對被測電壓的測量次數，單位是“次/s”。位和位數字式萬用表的測量速率一般為2～5次/s，位數字式萬用表的測量速率可達10萬次/s。
5.自動化和智慧化程度高，并具有完善的保護電路
數字式萬用表采用CMOS集成電路，雙積分原理A/D轉換，自動校零、自動極性選擇、自動量程轉換。當量程太大時，顯示“0.00”；當量程過小即超量程時，在最高位顯示“1”。
數字式萬用表具有比較完善的過流、過壓保護電路，過載能力強。一般的數字式萬用表，只要不超過規定的極限值，表內電路和元件不會損壞。
知識要訣
使用數字式萬用表，主要特點應知曉，
數字顯示讀數準，分辨率與精度高，
測量參數有很多，高阻輸入功耗小，
功能自動智慧化，保護完善更可靠。
2.1.2 數字式萬用表的類型
數字式萬用表的種類繁多，也有多種分類方法。
1.按量程轉換方式分類
數字式萬用表按量程轉換方式不同，可分為手動量程、自動量程與自動/手動量程。其中，手動量程轉換數字式萬用表內部電路結構較為簡單，價格相對較低。常用的位、位、位數字式萬用表等均屬于手動量程轉換數字式萬用表，其外形如圖2-3所示。
圖2-3 手動量程轉換數字式萬用表外形
2.按工作原理分類
數字式萬用表按工作原理不同，可分為比較型、積分型、V/T型和復合型。目前使用較多的是積分型數字式萬用表，其中位數字式萬用表的應用最普遍，如圖2-3（a）、（b）所示。
3.按功能分類
數字式萬用表按功能不同，可分為位普及型數字式萬用表、多功能及精密型數字式萬用表、語音數字式萬用表和智能數字式萬用表，其中智能數字式萬用表采用微處理器或單片機，帶串行接口。
4.按顯示位數分類
數字式萬用表按顯示位數不同，可分為位、位、位、
位、位和位數字式萬用表。其有效讀數為3～8位，最大值分別為1999、19999、199999、1 999999、19999999和199999999。近年來，市場上又推出了
位數字式萬用表，其最大顯示值為3999或2999對應的數字顯示。
另外，還有數字電容表、數字電感電容表、數字鉗形表、數字溫度計、數字功率表等多種專用數字式萬用表。
知識要訣
數字電表種類多，分類方法要掌握，
量程轉換有不同，手動、自動、兩結合，
工作原理有不同，比較、積分和復合，
功能、顯示位不同，三位普及用得多。
2.1.3 數字式萬用表的基本結構
數字式萬用表主要由直流數字電壓表（DVM）和功能轉換器構成，數字電壓表是數字式萬用表的核心。數字電壓表的結構如圖2-4所示。從圖2-4中可以看出數字電壓表由數字部分及模擬部分構成，主要包括A/D（模擬/數字）轉換器、顯示器（LCD）、邏輯控制電路等。
圖2-4 數字電壓表的結構框圖
數字式萬用表的結構框圖如圖2-5所示，從圖2-5中可以看出，被測量經功能轉換器（電阻/電壓、電壓/電壓、電流/電壓）后都變成直流電壓量，再由A/D轉換器轉換成數字量，最后以數字形式顯示出來。
A/D轉換器是數字式萬用表的核心，它采用單片大規模集成電路。大規模集成電路采用內部異或門輸出，可驅動LCD顯示器，耗電小。它的主要特點是單電源供電且電壓范圍較寬；使用9V疊層電池，以實現數字式萬用表的小型化；輸入阻抗高；利用內部的模擬開關實現自動調零與極性轉換。缺點是A/D轉換速度較慢，但能滿足常規電測量的需要。
圖2-5 數字式萬用表的結構框圖
位數字式萬用表大多采用ICL7106（或TSC7106、TC7106）型CMOS單片A/D轉換器，使用時需知道該類集成電路的引腳及特性，詳細介紹見第6章。
DT—830B型數字式萬用表面板如圖2-6所示，它由LCD液晶顯示屏、電源開關、測量選擇開關、表筆插孔和晶體管插孔等部分構成，各部分的作用如下。
（1）LCD液晶顯示屏。DT—830B型數字式萬用表的LCD液晶顯示屏有位數字，可以直接顯示位數字字符，小數點根據需要自動移動，負號“-”根據測量結果自動顯示，最大可顯示“1999”或“-1999”。
（2）測量選擇開關。測量選擇開關的功能是選擇不同的測量擋位，轉動此開關可分別測量電阻、直流電壓、交流電壓、直流電流、交流電流、二極管的好壞、電容、晶體管的hFE等。
（3）表筆插孔。DT—830B型數字式萬用表的面板上有3個插孔，標有“COM”字樣的為黑（負極）表筆插孔，即公共端插孔；標有“VΩmA”字樣的是電壓、電阻、電流測量插孔，即紅（正極）表筆插孔；標有“10ADC”字樣的是安培級大電流測量插孔，在測量200mA～10A范圍內的直流電流時，紅表筆插入該插孔。
（4）晶體管插孔。控制面板的左下角是晶體管插孔，插孔左邊標注為“NPN”，檢測NPN型晶體管時插入此孔；插孔右邊標注為“PNP”，檢測PNP型晶體管時插入此孔。將轉換開關置于hFE擋，根據管是PNP型或NPN型，將其引腳插入對應的插孔中，即可讀出該管的hFE值。
圖2-6 DT—830B型數字式萬用表面板圖
知識要訣
構成數字式萬用表，兩大部分應知道，
A/D轉換是核心，集成電路更可靠，
轉換結果送電表，數字顯示與符號，
表面開關與插孔，選擇插入測量好。
2.1.4 DT9205A+型數字式萬用表
1.主要特點
DT9205A+型數字式萬用表是一種性能穩定、功能齊全的數字多用表。該表采用CMOS集成電路和雙積分型A/D轉器，具有全量程過載保護功能，可用來測量直流電壓/電流、交流電壓/電流、電阻、電容、二極管、三極管和電路通斷等，其主要特點如下。
（1）測量功能選擇具有32個量程。
（2）采用LCD顯示，字高25mm，按觀察位置需要可自由改變角度70°。
（3）具有全量程過載保護功能。
（4）最大顯示值為“1999”。
（5）過量程顯示“1”，其余消失。
（6）電池不足時會在LCD顯示屏左上方顯示電池圖案。
（7）溫度范圍：工作溫度0～40℃，儲存溫度-10～50℃。
2.技術性能指標
DT9205A+型數字式萬用表的技術性能指標見表2-1。
3.外部結構
DT9205A+型數字式萬用表的外部結構如圖2-7所示，它由LCD液晶顯示屏、電源開關、測量選擇開關、表筆插孔、電容器插孔和晶體管插孔等部分構成，各部分的作用如下。
表2-1 DT9205A+型數字式萬用表的技術性能指標
（1）LCD液晶顯示屏。DT9205A+型數字式萬用表的LCD液晶顯示屏有位數字，可以直接顯示位數字字符，小數點根據需要自動移動，負號“-”根據測量結果自動顯示，最大可顯示“1999”或“-1999”。
圖2-7 DT9205A+型數字式萬用表面板圖
（2）電源開關。按下接通電源，萬用表處于準備狀態；彈出則切斷電源，萬用表不工作。
（3）晶體管插孔。控制面板的右下角是晶體管插孔，插孔左邊標注為“PNP”，檢測PNP型晶體管時插入此孔；插孔右邊標注為“NPN”，檢測NPN型晶體管時插入此孔，如圖2-7所示。將轉換開關置于hFE擋，根據管是PNP型或NPN型，將其引腳插入對應的插孔中，按下電源開關，即可讀出該管的hFE值。
（4）測量選擇開關。按下電源開關，轉動此開關可分別測量二極管的好壞，以及電阻、直流電壓、交流電壓、直流電流、交流電流、電容、晶體管的hFE及環境溫度。
（5）表筆插孔。從左到右，4個表筆插孔依次為20A、mA、COM、VΩ?！癈OM”是負表筆插孔，即公共端插孔?！癡Ω”是電壓、電阻測量插孔，“mA”是毫安級電流測量插孔，“20A”是安培級電流測量插孔，如圖2-7所示。使用時，通常將黑表筆插入“COM”插孔，紅表筆根據測量需要插入相應的正表筆插孔。
（6）電容器插孔?？刂泼姘宓淖笙陆鞘请娙萜鞑蹇?，插孔上邊標注為“CX”，檢測電容器時插入此孔，根據電容器的容量將轉換開關置于相對應的擋位，如圖2-7所示。按下電源開關，即可讀出該電容器的容量值。
4.測量電路
為了適應各種不同測量項目和測量量程（或倍率），DT9205A+型數字式萬用表內部設置了一套比較完善的測量電路，如圖2-8所示。當轉換開關處于不同的擋位時，可構成不同的測量電路。這些電路包括直流電流測量電路、直流電壓測量電路、交流電壓測量電路、晶體管測量電路等。
知識鏈接
數字式萬用表的顯示位數是指該表能夠顯示完整數字的多少。顯示位數確定的方法：能顯示0～9所有數字的位為整數位；分數位的數值是以最大顯示值中最高位數字為分子，用滿量程時最高位數字為分母。例如，某數字式萬用表的最大顯示值為±1999，滿量程計數值為2000，表明該數字式萬用表有3個整數位，其分數位的分子是1，分母是2，因此稱為位，讀做“三位半”。
2.1.5 DT830B型數字式萬用表
1.主要特點
DT830B型數字式萬用表是DT830系列數字式萬用表中的一種，除DT830B型外，還有DT830D、DT831、DT832型等。該表的主電路采用典型數字式萬用表專用集成電路ICL7106，性能穩定可靠。由于技術成熟、應用廣泛，因而性價比高，使價格低到初學者均可接受。此外，還具有精度高、輸入電阻大、讀數直觀、功能齊全、體積小巧等優點。
圖2-8 DT9205A型數字式萬用表的電路圖
2.技術性能指標
DT830B型數字式萬用表的技術性能指標見表2-2。
表2-2 DT830B型數字式萬用表的技術性能指標
注：三位半LCD顯示；測量直流/交流電壓時的輸入阻抗為10MΩ；自動顯示極性，短路自動調零；超量程顯示“1”；供電電源為9V疊層電池，功耗約為200mW；電池不足顯示“LOBAT”；內置快速熔絲2A/250V，如圖2-9所示。
圖2-9 DT830B型數字式萬用表的內部結構
3.外部結構
DT830B型數字式萬用表的外部結構如圖2-6、圖2-10所示，它由LCD液晶顯示屏、測量選擇開關、表筆插孔和晶體管插孔等部分構成。
圖2-10 DT830B型數字式萬用表的外部結構
4.測量電路
為了適應各種不同測量項目和測量量程（或倍率），DT830B型數字式萬用表的電路圖如圖2-11所示。當轉換開關處于不同的擋位時，可構成不同的測量電路。這些電路包括直流電流測量電路、直流電壓測量電路、交流電壓測量電路、晶體管測量電路等。
圖2-11 DT830B型數字式萬用表的電路圖
知識鏈接
數字式萬用表的準確度是指萬用表的測量誤差限度，它表示在規定的條件下，萬用表的測量誤差不會超過它給定的誤差范圍，準確度越高，測量誤差就越小。
數字式萬用表的誤差主要由相對誤差和固有誤差兩部分組成，相對誤差包括A/D轉換器中的基準電壓誤差、輸入放大器誤差、不同量之間的轉換誤差、分壓器誤差。固有誤差包括零點漂移引起的誤差、數字化處理引起的誤差、A/D轉換器中量化誤差及內部噪聲引起的誤差。相對誤差與被測量有關，而固有誤差與被測量無關。