“數(shù)字萬用表設計性實驗”講義.doc

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1、實驗十七數(shù)字萬用表設計性實驗一、數(shù)字萬用表的特性與指針式萬用表相比較，數(shù)字萬用表有如下優(yōu)良特性：1、高準確度和高分辨力三位半數(shù)字式電壓表頭的準確度為±0.5％，四位半的表頭可達±0.03％，而指針式萬用表中使用的磁電系表頭的準確度通常僅為±2.5％。分辨力即表頭最低位上一個字所代表的被測量數(shù)值，它代表了儀表的靈敏度。通常三位半數(shù)字萬用表的分辨力可達到電壓0.1mV、電流（指電流強度，下同）0.1μA、電阻0.1Ω，遠高于一般的指針式萬用表。2、電壓表具有高的輸入阻抗電壓表的輸入阻抗越高，對被測電路影響越小，測量準確性也越高。三位半數(shù)字萬用表電壓擋的輸入阻抗一般為10MΩ，四

2、位半的則大于100MΩ。而指針式萬用表電壓擋輸入阻抗的典型值是20～100kΩ/V。3、測量速率快數(shù)字表的速率指每秒鐘能完成測量并顯示的次數(shù)，它主要取決于A/D轉換的速率。三位半和四位半數(shù)字萬用表的測量速率通常為每秒2～4次，高的可達每秒幾十次。4、自動判別極性指針式萬用表通常采用單向偏轉的表頭，被測量極性反向時指針會反打，極易損壞。而數(shù)字萬用表能自動判別并顯示被測量的極性，使用起來格外方便。5、全部測量實現(xiàn)數(shù)字式直讀指針式萬用表盡管刻畫了多條刻度線，也不能對所有擋進行直接讀數(shù)，需要使用者進行換算、小數(shù)點定位，易出差錯。特別是電阻擋的刻度，既反向讀數(shù)（由大到小）又是非線性刻

3、度，還要考慮擋的倍乘。而數(shù)字萬用表則沒有這些問題，換擋時小數(shù)點自動顯示，所有測量擋都可以直接讀數(shù)，不用換算、倍乘。6、自動調零由于采用了自動調零電路，數(shù)字萬用表校準好以后使用時無需調校，比指針式萬用表方便許多。7、抗過載能力強數(shù)字萬用表具備比較完善的保護電路，具有較強的抗過壓過流的能力。當然，數(shù)字萬用表也有一些弱點，如：1、測量時不象指針式儀表那樣能清楚直觀地觀察到指針偏轉的過程，在觀察充放電等過程時不夠方便。不過有些新型數(shù)字表增加了液晶顯示條，能模擬指針偏轉，彌補這一不足。2、數(shù)字萬用表的量程轉換開關通常與電路板是一體的，觸點容量小，耐壓不很高，有的機械強度不夠高，壽命不

4、夠長，導致用舊以后換擋不可靠。3、一般數(shù)字萬用表的V/Ω擋公用一個表筆插孔，而A擋單獨用一個插孔。使用時應注意根據(jù)被測量調換插孔，否則可能造成測量錯誤或儀表損壞。二、數(shù)字萬用表的基本組成數(shù)字萬用表的基本組成方框圖如圖1所示：數(shù)字顯示屏（LED或液晶）模數(shù)轉換，譯碼驅動基準電壓小數(shù)點驅動（配合被測量與量程）過壓過流保護過壓過流保護分擋電阻（量程轉換）分壓器（量程轉換）分流器（量程轉換）交流直流變換器（放大、整流、濾波）直流被測量輸入交流VREF電流電壓電阻VIN圖1數(shù)字萬用表的基本組成除了圖1中的基本組成部分之外，數(shù)字萬用表通常還有蜂鳴器電路、二極管檢測電路、三極管hFE測量

5、電路、低電壓指示電路等（如DT830A型）。有的表還設有電容測量電路、溫度測量電路、自動延時關機電路等（如DT890C+、M890D、KT105等型號）。更新型的還有電感、頻率測量電路（如DT930F+、KT102、VC9808等型號）。[本實驗只研究數(shù)字萬用表的基本組成部分]三、模數(shù)（A/D）轉換與數(shù)字顯示電路常見的物理量都是幅值（大?。┻B續(xù)變化的所謂模擬量（模擬信號）。指針式儀表可以直接對模擬電壓、電流進行顯示。而對數(shù)字式儀表，需要把模擬電信號（通常是電壓信號）轉換成數(shù)字信號，再進行顯示和處理（如存儲、傳輸、打印、運算等）。數(shù)字信號與模擬信號不同，其幅值（大?。┦遣贿B續(xù)

6、的。就是說數(shù)字信號的大小只能是某些分立的數(shù)值。就象人站在樓梯上時，人站的高度只能是某些分立的數(shù)值一樣。這種情況被稱為是“量化的”。若最小量化單位（量化臺階）為，則數(shù)字信號的大小一定是的整數(shù)倍，該整數(shù)可以用二進制數(shù)碼表示。但為了能直觀地讀出信號大小的數(shù)值，需經(jīng)過數(shù)碼變換（譯碼）后由數(shù)碼管或液晶屏顯示出來。例如，設＝0.1mV，我們把被測電壓U與比較，看U是的多少倍，并把結果四舍五入取為整數(shù)N（二進制）。然后，把N變換為十進制七段顯示碼顯示出來。能準確得到并被顯示出來的N是有限的，一般情況下，N≥1000即可滿足測量精度要求（量化誤差≤1/1000=0.1%）。所以，最常見的數(shù)

7、字表頭的最大示數(shù)為1999，被稱為三位半（）數(shù)字表。對上述情況，我們把小數(shù)點定在最末位之前，顯示出來的就是以mV為單位的被測電壓U的大小。如：U是（0.1mV）的1234倍，即N=1234，顯示結果為123.4（mV）。這樣的數(shù)字表頭，再加上電壓極性判別顯示電路，就可以測量顯示－199.9～199.9mV的電壓，顯示精度為0.1mV。由上可見，數(shù)字測量儀表的核心是模/數(shù)（A/D）轉換、譯碼顯示電路。A/D轉換一般又可分為量化、編碼兩個步驟。有關A/D轉換、編碼、譯碼的詳盡理論超出了本實驗所要求的范圍，感興趣的同學可