數字萬用表的基本測量原理

數字萬用表的類型多達上百種，按量程轉換方式分類，可分為手動量程式數字萬用表、自動量程式數字萬用表和自動／手動量程數字萬用表；按用途和功能分類，可分為低檔普及型（如DT830型數字萬用表）數字萬用表、中檔數字萬用表、智能數字萬用表、多重顯示數字萬用表和專用數字儀表等；按形狀大小分，可分為袖珍式和臺式兩種。數字萬用表的類型雖多，但測量原理基本相同。下面以袖珍式DT830數字萬用表為例，介紹數字萬用表的測量原理。DT830屬于袖珍式數字萬用表，采用9V疊層電池供電，整機功耗約20mW；采用LCD液晶顯示數字，最大顯示數字為±1999，因而屬于3z位萬用表。

同其他數字萬用表一樣，DT830型數字萬用表的核心也是直流數字電壓表DVM（基本表）。它主要由外圍電路、雙積分A／D轉換器及顯示器組成。其中，A／D轉換、計數、譯碼等電路都是由大規模集成電路芯片ICL7106構成的。

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（1）直流電壓測量電路 圖1為數字萬用表直流電壓測量電路原理圖，該電路是由電阻分壓器所組成的外圍電路和基本表構成。把基本量程為200mV的量程擴展為五量程的直流電壓擋。圖中斜線區是導電橡膠，起連接作用。

圖1 數字萬用表直流電壓測量電路原理圖

（2）直流電流測量電路 圖2為數字萬用表直流電流測量電路原理圖，圖中VD1、VD2為保護二極管，當基本表IN＋、IN一兩端電壓大于ZOOmV時，VD1導通，當被測量電位端接入IN一時，VD2導通，從而保護了基本表的正常工作，起到“守門”的作用。R2～R5、RC．分別為各擋的取樣電阻，它們共同組成了電流－電壓轉換器（I／U），即測量時，被測電流△在取樣電阻上產生電壓，該電壓輸人至IN＋、IN—兩端，從而得到了被測電流的量值。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電流量的大小。

圖2 數字萬用表直流電流測量電路原理圖

（3）交流電壓測量電路 圖3為數字萬用表交流電壓測量電路原理圖。由圖可見，它主要由輸入通道、降壓電阻、量程選擇開關、耦合電路、放大器輸入保護電路、運算放大器輸人保護電路、運算放大器、交－直流（AC／DC）轉換電路、環形濾波電路及ICL7l06芯片組成。

圖中，C1為輸入電容。VD11、VD12是C）的阻尼二極管，它可以防止C1兩端出現過電壓而影響放大器的輸入端。R21是為防止放大器輸入端出現直流分量而設計的直流通道。VD5、VD6互為反向連接，稱為鉗位二極管，起“守門”作用，防止輸入至運算放大器062的信號超過規定值。運算放大器062完成對交流信號的放大，放大后的信號經C5加到二極管VD7、VD8上，信號的負半周通過VD7，正半周通過VD8，完成對交流信號進行全波整流。經整流后的脈動直流電壓經電阻R26、R31和電容C6、C10組成的濾波電路濾波后，在R27、RP4上提取部分信號輸人至基本表的輸人端IN＋。同時輸入至基本表的部分信號經C3反饋到運算放大器062的反相輸人端，以改善檢波器的整流特性。電容器CZ經R22接地，C2、C3的電容量及質量直接影響著放大器的頻率響應。C2對高頻部分影響較大，C3對低頻部分影響較大。C4、R23承擔抑制或消除電路自勵的任務。若使基本表所獲得的直流電壓與交流輸入電壓的平均值成比例變化，可通過RP4進行調節。R6～R10為分壓電阻，與直流電壓擋的分壓電阻共用。

（4）交流電流測量電路 交流電流測量電路與圖3所示出的交流電壓測量電路基本相同。只需將圖中的分壓器改成圖2中的分流器即可。故其分流電阻與直流電流擋共用，耦合電路及其后的電路與交流電壓測量電路共用。

圖3 數字萬用表交流電壓測量電路原理圖

（5）直流電阻測量電路 圖4（a）為數字萬用表直流電阻測量原理圖，圖中標準電阻Ro與待測電阻Rx串聯后接在基本表的V十和COM之間。V＋和vREF＋、vREF和IN＋、IN一和COM兩兩接通，用基本表的2.8V基準電壓向Ro和Rx供電。其中UR。為基準電壓，URx為輸入電壓。根據設計，當Rx＝R0時顯示讀數為1000，當Rx＝2R0時溢出顯示[因為2000＞ 1999（最大顯示數）］。一般情況下有

圖4 數字萬用表直流電阻測量電路

因此，只要固定若干個標準電阻Ro，就可實現多量程電阻測量。圖4（b）為實際電阻測量電路。其中，R7～R12均為標準電阻，且與交流電壓擋分壓電阻共用。

關鍵詞： 數字萬用表測量原