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数字万用表原理及详细介绍

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数字万用表

姓名：XXX 学号：XXXXXX 专业：08电子信息工程X班

数字万用表DMM(Dital MultiMeter)采用大规模集成电路和液晶数字显示技术，具有结构简单、测量精度高、输入阻抗高、显示直观、过载能力强、功能全、耗电省、自动量程转换等优点，许多数字万用表还带有测电容、频率、温度等功能。

本课题的主要内容是理解DT-830型数字万用表的基本结构和原理，通过数字万用表的组装与调试，培养电子产品安装测试技能。

万用表的概述

数字万用表是采用集成电路模/数转换器和液晶显示器，将被测量的数值直接以数字形式显示出来的一种电子测量仪表。

1.数字万用表的组成

数字万用表是在直流数字电压表的基础上扩展而成的。为了能测量交流电压、电流、电阻、电容、二极管正向压降、晶体管放大系数等电量，必须增加相应的转换器，将被测电量转换成直流电压信号，再由A/D转换器转换成数字量，并以数字形式显示出来。它由功能转换器、A/D转换器、LCD显示器、电源和功能/量程转换开关等构成。

常用的数字万用表显示数字位数有三位半、四位半和五位半之分。对应的数字显示最大值分别为1999，19999和199999，并由此构成不同型号的数字万用表。

2.数字万用表的面板

(1)液晶显示器:显示位数为四位，最大显示数为±1999，若超过此数值，则显示1或-1。

(2)量程开关:用来转换测量种类和量程。

(3)电源开关:开关拨至"ON"时，表内电源接通，可以正常工作；"OFF"时则关闭电源。

(4)输入插座:黑表笔始终插在"COM"孔内。红表笔可以根据测量种类和测量范围分别插入"V·Ω "、"mA"、"10A"插孔中。

1模数转换与数字显示电路

常见的物理量都是幅值连续变化的所谓模拟量。指针式仪表可以直接对模拟电压、电流进行显示，而对数字式仪表，需要把模拟电信号转换成数字信号,再

2 进行显示和处理。

数字信号与模拟信号不同，其幅值是不连续的。就是说数字信号的大小只能是某些分立的数值。若最小量化单位为Δ，则数字信号的大小一定是Δ的整数倍，该整数可以用二进制数码表示，但为了能直观地读出信号大小的数值，需经过数码变换后由数码管或液晶屏显示出来。

例如，设Δ＝0.1mV，把被测电压U与Δ比较，看U是Δ的多少倍，并把结果四舍五入取为整数N。然后，把N变换成显示码显示出来。能准确得到并被显示出来的N是有限的，一般情况下，N≥1000即可满足测量精度要求。所以，最常见的数字表头的最大示数为1999，被称为三位半数字表。对上述情况，把小数点定在最末位之前，显示出来的就是以mV为单位的被测电压U的大小。如：U是Δ（0.1mV）的1234倍，即N=1234，显示结果为123.4（mV）。这样的数字表头，再加上电压极性判别显示电路，就可以测量显示－199.9～199.9mV的电压，显示精度为0.1mV。

由上可见，数字测量仪表的核心是模/数转换、译码显示电路。A/D转换一般又可分为量化、编码两个步骤。A/D转换及数字显示已是很成熟的电子技术，且已经制成大规模集成电路。

2直流电压测量电路

在数字电压表头前面加一级分压电路，可以扩展直流电压测量的量程。如图2-1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。

由于r >> r2，所以分压比为

21200rrrUUi （2-1）

扩展后的量程为

02210UrrrUi （2-2）

数字电压表 r1

r２

r

０～U0 ０～Ui0 10M

99k

9k 1M

1k

数字电压表

200mV

200V

20V

2V

Ui

2000V

IN+

IN－

3

图 2-1分压电路原理 图 2-2多量程分压器原理

多量程分压器原理电路见图2-2，5

3直流电流测量电路

测量电流的原理是：根据欧姆定律，用合适的取样电阻把待测电流转换为相应的电压，再进行测量。如图2-3，由于r>>R，取样电阻R上的电压降为Ui=RIi ，

即被测电流Ii=Ui/R,若数字表头的电压量程为U0，欲使电流档量程为I0，则该档的取样电阻为R=U0/I0 。如U0=200mV，则I0=200mA档的分流电阻为R=1Ω。

图2-3电流测量原理 图2-4多量程分流器电路

多量程分流器原理电路见图2-4。实际数字万用表的直流电流档电路为图2-5所示。

数字电压表 IN+

IN－

R

Ui

Ii

1k

10

1

100

数字电压表

2A

2mA

20mA

200mA Ui

200μA

IN+

IN－

0.1 Ii

数 字

电压表

0.1 0.9

9 90 900

R5 R4 R3 R2 R1

IN+

IN－

2A 200mA 20mA 2mA 200μA

D1 D2 SE FUSE Ii

Ui

4 图2-5中各档分流电阻的阻值是这样计算的：

先计算最大电流档的分流电阻R5，

)(1.022.0505mIUR （2-3）

再计算下一档的4R，

)(9.01.02.02.05404RIURm （2-4）

依次可计算出R3、R2和R1 分别为9、90、900。

图中的FUSE是2A保险丝管，电流过大时会快速熔断，起过流保护作用。两只反向连接且与分流电阻并联的二极管D1、D2为塑封硅整流二极管，它们起双向限幅过压保护作用。正常测量时，输入电压小于硅二极管的正向导通压降，二极管截止，对测量毫无影响。一旦输入电压大于0.7V，二极管立即导通，两端电压被限制住，保护仪表不被损坏。

用2A档测量时，若发现电流大于1A时，应不使测量时间超过20秒，以避免大电流引起的较高温升影响测量精度甚至损坏仪表。

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-直流变换器，图2-6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，用来对交流电压档进行校准之用。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。

同直流电压档类似，出于对耐压、安全方面的考虑，交流电压最高档的量限通常限定为750V。数字万用表交流电压、电流档适用的频率范围通常为40~400Hz，有些型号的交流档测量频率可达1000Hz。 A 交流电

压输入 直流电

压输出

图2-6 AC-DC变换器原理 交流电

压校准

5

5电阻测量电路

数字万用表中的电阻档采用的是比例测量法，其原理电路见图2-7。

稳压管ZD提供测量基准电压，流过标准电阻R0和被测电阻Rx的电流基本相等。所以A/D转换器的参考电压UREF和输入电压UIN有如下关系：

X0INREFRRUU (2-5)

即 0REFINXRUUR (2-6)

根据所用A/D转换器的特性可知，数字表显示的是UIN与UREF的比值，当UIN＝UREF时显示“1000”，UIN＝0.5UREF时显示“500”，以此类推。所以，当Rx＝R0时，表头将显示“1000”，当Rx＝0.5R0时显示“500”，这称为比例读数特性。

因此，我们只要选取不同的标准电阻并适当地对小数点进行定位，就能得到不同的电阻测量档。如对200Ω档，取R01=100Ω，小数点定在千位上。当Rx变化时，显示值相应变化，可以从0.001kΩ测到1.999kΩ。数字万用表多量程电阻档电路见图2-8。

由上分析可知， Rx IN+ ZD

A/D转换

及

数字表头 R0

IN- VREF+

VREF－ UREF

UIN

图2-7电阻测量

6 R1＝R01=100Ω

R2＝R02－R01＝1000－100＝900Ω

R3＝R03－R02＝10k－1k＝9k

„„

图2-8中由正温度系数热敏电阻Rt与晶体管T组成了过压保护电路，以防误用电阻档去测高电压时损坏集成电路。当误测高电压时，晶体管T发射极将击穿从而限制了输入电压的升高。同时Rt随着电流的增加而发热，其阻值迅速增大，从而限制了电流的增加，使T的击穿电流不超过允许范围。即T只是处于软击穿状态，不会损坏，一旦解除误操作，Rt和T都能恢复正常。DT830B型数字万用表的设计原理

1 DT830B型数字万用表的特点

主电路采用典型数字表集成电路ICL7106，性能稳定可靠技术成熟。且具有精度高、输入电阻大、读数直观、功能齐全、体积小巧等优点。采用单板结构，集成电路ICL7106采用COB封装。结构合理,只要有一般电子装配技术即可成功组装。

2 DT830B型数字万用表的设计与制作

2.1数字万用表总体框图

数字万用表是在直流数字电压表的基础上配上各种变换器所构成的。数字万用表原理框图如图3-1所示，它由量程选择电路、各种变换器(R-V转换、I-V转换、VV~转换）及直流数字电压表所包含的各个环节（A/D转换、显示逻辑、显示电路）组成。

图3-1 数字万用表原理框图

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9205数字万用表工作原理电路及其测量电路

9205数字万用表工作原理电路及其测量电路

9205数字万用表工作原理电路及其测量电路

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全文

数字万用表由数字电压表（DVM）配上各种变换器所构成的，因而具有交直流电压、交直流电流、电阻和电容等多种测量功能。

下图是数字万用表的结构框图，它分为输入与变换部分、A/D转换器部分、显示部分。输入与变换部分，主要通过电流一电压转换器（w）、交一直流转换器（AC/DC）、电阻一电压转换器（R/V）；电容一电压转换器（CN）将各测量转换成直流电压量，再通过量程旋转开关，经放大或衰减电路送入A/D转换器后进行测量。

A/D转换器电路与显示部分由ICL7106和LCD构成。 我们可以看出数字万用表是以直流200mV作基本量程，配接与之成线性变换的直流电压、电流；交流电压、电流，欧姆、电容变换器即能将各自对应的电参量用数字显示出来。

功能电路及工作原理

1．电阻测量电路及小数点显示电路（见下图）

①采用比例法测量电阻，被测电阻Rx和基准电阻串联起来接在V+和COM之间，Uin=V+RX/（R+RX）。测量档位确定后，R确定，则Rx越大，Uin也越大；档位从200Ω~20MΩ变化时，相应的R也增大，通过计算可以看出能保证Rx上的分压不会超出一定值，使各个量程保持平衡。

②ICL7106只有液晶笔端和背电极驱动端，为了显示小数点，利用运放OP1构成反相放大器形成小数点显示电路，使得ICL7106去LCD的背电极BP点的脉冲信号（50Hz的方波，占空比位50%，保证交流电压有效值为0，延长LCD的使用时间）和相应去每个小数点BP2、BP20、BP200的脉冲信号反向，根据液晶的显示原理，此时正好点亮相应的小数点。

2．直流电压测量电路及交流电压测量电路（见下图）

①直流电压测量采用电阻分压器法测量电压，输入的直流电压通过分压和转换开关将各个量程电压均变成为0～200mV直流电压，最后送入A/D转换电路去显示。

测量值越大，则分压送入ICL7106的输入端的电压越大；档位从200mV～1000V变化时，相应的档位电阻减少，通过计算可以看出能保证去7106的输入端电压不会超出一定值200mV，这样可以使各个量程保持平衡（如下表所示）。而整个电路的核心部分就是ICL7106组成的一个量程为200mV的电压表。出于电气安全考虑，1000V量程的后半段（1001~1999V）不推荐使用。

万用表测量电压原理图解

万用表测量电压原理图解

万用表测量电压原理图解

数字万用表的测量过程由转换电路将被测量转换成直流电压信号，再由模/数(A/D)转换器将电压模拟量转换成数字量，然后通过电子计数器计数，最后把测量结果用数字直接显示在显示屏上。

万用表测量电压、电流和电阻功能是通过转换电路部分实现的，而电流、电阻的测量都是基于电压的测量，也就是说数字万用表是在数字直流电压表的基础上扩展而成的。

数字直流电压表A/D转换器将随时间连续变化的模拟电压量变换成数字量，再由电子计数器对数字量进行计数得到测量结果，再由译码显示电路将测量结果显示出来。逻辑控制电路控制电路的协调工作，在时钟的作用下按顺序完成整个测量过程。

1、万用表是我们常用的测试工具

主要用来测试电压、电阻、电流等参数，在电子产品的测试、维修及产品制作上起到很大的作用。万用表的主要组成是由电流表、刻度盘、量程选择开关、表笔组成的。万用表的型号众多，但基本上使用方法是相同的。下面我们介绍一下用万用表测电源方法以及万用表测电压原理。

2、万用表测电压方法

万用表测电压方法首先要将量程开关对准标有V的五档范围内（测试交流电压要对准交流电压的档位，测试直流电压时要对准直流电压的档位）。测量电压时，要把电表表笔并接在被测电路上。根据被测电路的大约数值，选择一个合适的量程位置。干电池每节最大值为1．5V，所以可放在5V量程档。这时在面板上表针满刻度读数的500应作5来读数。即缩小100倍。如果表针指在300刻度处，则读为3V。注意量程开关尖头所指数值即为表头上表针满刻度读数的对应值，读表时只要据此折算，即可读出实值。除了电阻档外，量程开关所有档均按此方法读测量结果。在实际测量中，遇到不能确定被测电压的大约数值时，可以把开关先拨到最大量程档，再逐档减小量程到合适的位置。测量直流电压时应注意正、负极性，若表笔接反了，表针会反打。如果不知遭电路正负极性，可以把万田表量程放在最大档，在被测电路上很快试一下，看笔针怎么偏转，就可以判断出正、负极性。

数字万用表二极管档测试原理与使用方法

数字万用表二极管档测试原理与使用方法

数字万⽤表⼆极管档测试原理与使⽤⽅法

1.引⾔

模拟式万⽤表(俗称指针式万⽤表)的电阻档能够⽅便地⽤于半导体元件性能的鉴别，但数字

万⽤表的电阻档则⽆能为⼒。究其原⽥，主要是数字万⽤表电阻档所能提供的测试电流太⼩，

就常⽤的DT 830型(以下均以此型为例)⽽⾔，它的20K档不⼤于7.5U A，⽽20M档仅仅只有75nA 。由于半导体元件具有⾮线性特性，其PN结的正、反电阻与通过其中测试电流的⼤⼩密

切相关，以如此微弱的测试电流测试元件的正、反向电阻，其⼯作点注定要落在PN结伏安特性

曲线的弯曲区段，即死区范围。困此，在电阻档测出的阻值⽐正常使⽤的值相差甚远⽽不⾜为

奇，故⼀般数字万⽤表都专门另设⽤于测试⼆极管的档位---⼆极管测试档（简称⼆极管档）。

2.⼆极管档测试⼯作原理

该档位电路如图1所⽰，它是在200MV基本表基础上扩展⽽成的，+2.8V的集成电路内部基

准电压由由“V+”端(IC1脚)引出，经过电阻R17，R16和Rt，向被测⼆极管VDx提供测试电流，在

被测⼆极管未接⼊之前，分压电路A，B两点的电压分别为

VA= ((Rl4+R15)/(R17+RI6+Rt+Rl4+R15))V+= ((274+30.1)／(1+0.47+0.5+274+30.1))× 2.8=

2.782 V

VB= (R15／(R17+R16+Rt+R14+R15)) V+=[30.1／(1+0.47+0 .5+274+30.1)]×2.8= 0.275V

集成电路7106当前的输⼋电压为V IN=VB=0.275V=275m V 。由于该值超出了基本表电压量程200mV ，所以显⽰屏读数应为溢出状态(显⽰ 1”)。当被测⼆极曾VDx接⼊电路之后， A点电压

由2.782V被箝位到⼆极管的正向压降VF(硅管为

0 .7V左右,锗管为0.3V左右)，⽽此时集成电路7106的输⼊电压变为

VIN= (R15／(R14+R15)) VF= [30.1／(274+ 30．1)]VF≈ 0.1 VF

DT830B_数字万用表装配说明

DT830B_数字万用表装配说明

1 实验原理

1、ICL7106原理介绍

ICL7106是目前广泛应用的一种3½位A/D转换器，能构成3½位液晶显示的数字电压表。

一、ICL7106的工作原理

1. ICL7106的性能特点

（1）采用＋7V～＋15V单电源供电，可选9V叠层电池，有助于实现仪表的小型化。低功耗（约16mW），一节9V叠层电池能连续工作200小时或间断使用半年左右。

（2）输入阻抗高（1010Ω）。内设时钟电路、＋2.8V基准电压源、异或门输出电路，能直接驱动3½位LCD显示器。

（3）属于双积分式A/D转换器，A/D转换准确度达±0.05％，转换速率通常选2次／秒～5次／秒。具有自动调零、自动判定极性等功能。通过对芯片的功能检查，可迅速判定其质量好坏。

（4）外围电路简单，仅需配5只电阻、5只电容和LCD显示器，即可构成一块DVM。其抗干扰能力强，可靠性高。

（5）工作温度范围是0～＋70℃，但受LCD限制，仪表环境温度一般为0～＋40℃，相对湿度不超过80％。

2. ICL7106的引脚功能

ICL7106采用DIP－40封装，引脚排列如上图所示。U+、U－分别接9V电源（E）的正、负极。COM为模拟信号的公共端，简称模拟地，使用时应与IN－、UREF－端短接。TEST是测试端，该端经内部500Ω电阻接数字电路的公共端（GND），因二者呈等电位，故亦称做数字地。该端有两个功能：①作测试指示，将它接U＋时LCD显示全部笔段1888、可检查显示器有无笔段残缺现象；②作为数字地供外部驱动器使用，来构成小数点及标志符的显示电路。a1～g1、a2～g2、a3～g3、bc4分别为个位、十位、百位、千位的笔段驱动端，接至LCD的相应笔段电极。千位b、c段在LCD内部连通。当计数值N＞1999时显示器溢出，仅千位显示“1”，其余位消隐，以此表示仪表超量程（过载溢出）。POL为负极性指示的驱动端。BP为LCD背面公共电极的驱动端，简称“背电极”。OSC1～OSC3为时钟振荡器引出端，外接阻容元件可构成两级反相式阻容振荡器。UREF＋、UREF－分别为基准电压的正、负端，利用片内U＋－COM之间的＋2.8V基准电压源进行分压后，可提供所需UREF值，亦可选外基准。CREF＋、CREF－是外接基准电容端。IN＋、IN－为模拟电压的正、负输入端。CAZ端接自动调零电容。BUF是缓冲放大器输出端，接积分电阻RINT。INT为积分器输出端，按积分电容CINT。需要说明，ICL7106的数字地（GND）并未引出，但可将测试端（TEST）视为数字地，该端电位近似等于电源电压的一半。