数字万用表设计性实验
赵龙宇 PB06005068
一、实验目的
1.掌握数字万用表的工作原理、组成和特性
2.掌握数字万用表的校准方法和使用方法
3.掌握分压及分流电路的连接和计算
4.了解整流滤波电路和过压过流保护电路的功用
二、实验仪器
1.DM-Ⅰ数字万用表设计性实验仪                      一台
2.三位半或四位半数字万用表                        一台
三、实验原理
1.数字万用表的特性
与指针式万用表相比较，数字万用表有如下优良特性：
⑴ 高准确度和高分辨力
三位半数字式电压表头的准确度为±0.5％，四位半的表头可达±0.03％，而指针式万用表中使用的磁电系表头的准确度通常仅为±2.5％。
分辨力即表头最低位上一个字所代表的被测量数值，它代表了仪表的灵敏度。通常三位半数字万用表的分辨力可达到电压0.1mV、电流（指电流强度，下同）0.1μA、电阻0.1Ω，远高于一般的指针式万用表。
⑵ 电压表具有高的输入阻抗
电压表的输入阻抗越高，对被测电路影响越小，测量准确性也越高。
三位半数字万用表电压挡的输入阻抗一般为10MΩ，四位半的则大于100MΩ。而指针式万用表电压挡输入阻抗的典型值是20～100kΩ/V。
⑶ 测量速率快
数字表的速率指每秒钟能完成测量并显示的次数，它主要取决于A/D转换的速率。三位半和四位半数字万用表的测量速率通常为每秒2～4次，高的可达每秒几十次。
⑷ 自动判别极性
指针式万用表通常采用单向偏转的表头，被测量极性反向时指针会反打，极易损坏。而数字万用表能自动判别并显示被测量的极性，使用起来格外方便。
⑸ 全部测量实现数字式直读
指针式万用表尽管刻画了多条刻度线，也不能对所有挡进行直接读数，需要使用者进行换算、小数点定位，易出差错。特别是电阻挡的刻度，既反向读数（由大到小）又是非线性刻度，还要考虑挡的倍乘。而数字万用表则没有这些问题，换挡时小数点自动显示，所有测量挡都可以直接读数，不用换算、倍乘。
⑹ 自动调零
由于采用了自动调零电路，数字万用表校准好以后使用时无需调校，比指针式万用表方便许多。
⑺ 抗过载能力强
数字万用表具备比较完善的保护电路，具有较强的抗过压过流的能力。
当然，数字万用表也有一些弱点，如：
⑴ 测量时不象指针式仪表那样能清楚直观地观察到指针偏转的过程，在观察充放电等过程时不够方便。不过有些新型数字表增加了液晶显示条，能模拟指针偏转，弥补这一不足。
指针万用表的使用方法视频教程⑵ 数字万用表的量程转换开关通常与电路板是一体的，触点容量小，耐压不很高，有的机械强度不够高，寿命不够长，导致用旧以后换挡不可靠。
⑶ 一般数字万用表的V/Ω挡公用一个表笔插孔，而A挡单独用一个插孔。使用时应注意根据被测量调换插孔，否则可能造成测量错误或仪表损坏。
2.数字万用表的基本组成
图（1）　数字万用表的基本组成
除了图（1）中的基本组成部分之外，数字万用表通常还有蜂鸣器电路、二极管检测电路、三极管hFE测量电路、低电压指示电路等（如DT830A型）。有的表还设有电容测量电路、温度测量电路、自动延时关机电路等（如DT890C+、M890D、KT105等型号）。更新型的还有电感、频率测量电路（如DT930F+、KT102、VC9808等型号）。
[本实验只研究数字万用表的基本组成部分]
3.直流电压测量电路
在数字电压表头前面加一级分压电路（分压器），可以扩展直流电压测量的量程。如图２所示，U0为数字电压表头的量程（如200mV），r为其内阻（如10MΩ），r1、r2为分压电阻，Ui0为扩展后的量程。
      图（２）分压电路原理                  图（３）多量程分压器原理
由于r >> r2，所以分压比为　
扩展后的量程为       
多量程分压器原理电路见图（３），５挡量程的分压比分别为１、0.1、0.01、0.001和0.0001，对应的量程分别为200m V、2V、20V、200V和2000V。
采用图３的分压电路虽然可以扩展电压表的量程，但在小量程挡明显降低了电压表的输入阻抗，这在实际使用中是所不希望的。所以，实际数字万用表的直流电压挡电路为图（４）所示，它能在不降低输入阻抗的情况下，达到同样的分压效果。
例如：其中200V挡的分压比为
       
其余各挡的分压比可同样算出，请同学们自己计算。            图（４）　实用分压器电路
实际设计时是根据各挡的分压比和总电阻来确定各分压电阻的。如先确定
R总＝R1+R2+R3+R4+R5=10M
再计算2000V挡的电阻
                  R5=0.0001R总=1k
再逐挡计算R4、R3、R2、R1(详见数据处理部分)。
尽管上述最高量程挡的理论量程是2000V，但通常的数字万用表出于耐压和安全考虑， 规定最高电压量限为1000V。
换量程时，多刀量程转换开关可以根据挡位自动调整小数点的显示，使用者可方便地直读出测量结果。
4.交流电压、电流测量电路
数字万用表中交流电压、电流测量电路是在直流电压、电流测量电路的基础上，在分压器或分流器之后加入了一级交流-直流（AC-DC）变换器，图（８）为其原理简图。
该AC-DC变换器主要由集成运算放大器、整流二极管、RC滤波器等组成，还包含一个能调整输出电压高低的电位器，用来对交流电压挡进行校准之用。调整该电位器可使数字表头的显示值等于被测交流电压的有效值。
同直流电压挡类似，出于对耐压、安全方面的考虑，交流电压最高挡的量限通常限定为750V
（有效值）。
数字万用表交流电压、电流挡适用的频率范围通常为40~400Hz（如DT830A、M3900等型号），有些型号的交流挡测量频率可达1000Hz（如M3800、PF72等）。
四、内容与步骤
1.设计制作多量程直流数字电压表
（1）组装直流数字电压表：使用电路单元：三位半数字表头，直流电压校准，直流电压电流，分压器1。按图（11）接线，参考电压VREF输入端接直流电压校准电位器。