萬用表

　　1、基本介紹

　　萬用表不僅可以用來測量被測量物體的電阻，交直流電壓還可以測量直流電壓。甚至有的萬用表還可以測量晶體管的主要參數(shù)以及電容器的電容量等。充分熟練掌握萬用表的使用方法是電子技術的最基本技能之一。常見的萬用表有指針式萬用表和數(shù)字式萬用表。指針式多用表是一表頭為核心部件的多功能測量儀表，測量值由表頭指針指示讀取。數(shù)字式萬用表的測量值由液晶顯示屏直接以數(shù)字的形式顯示，讀取方便，有些還帶有語音提示功能。萬用表是公用一個表頭，集電壓表、電流表和歐姆表于一體的儀表。

　　萬用表的直流電流檔是多量程的直流電壓表。表頭并聯(lián)閉路式分壓電阻即可擴大其電壓量程。萬用表的直流電壓檔是多量程的直流電壓表。表頭串聯(lián)分壓電阻即可擴大其電壓量程。分壓電阻不同，相應的量程也不同。萬用表的表頭為磁電系測量機構，它只能通過直流，利用二極管將交流變?yōu)橹绷鳎瑥亩鴮崿F(xiàn)交流電的測量。

　　2、結構組成

　　萬用表由表頭、測量電路及轉換開關等三個主要部分組成。

　　萬用表是電子測試領域最基本的工具，也是一種使用廣泛的測試儀器。萬用表又叫多用表、三用表(A,V,Ω也即電流，電壓，電阻三用）、復用表、萬能表，萬用表分為指針式萬用表和數(shù)字萬用表，還有一種帶示波器功能的示波萬用表，是一種多功能、多量程的測量儀表。一般萬用表可測量直流電流、直流電壓、交流電壓、電阻和音頻電平等，有的還可以測交流電流、電容量、電感量、溫度及半導體（二極管、三極管）的一些參數(shù)。數(shù)字式萬用表已成為主流，已經取代模擬式儀表。與模擬式儀表相比，數(shù)字式儀表靈敏度高，精確度高，顯示清晰，過載能力強，便于攜帶，使用也更方便簡單。

　　表頭

　　萬用表的表頭是靈敏電流計。表頭上的表盤印有多種符號，刻度線和數(shù)值。符號A一V一Ω表示這只電表是可以測量電流、電壓和電阻的多用表。表盤上印有多條刻度線，其中右端標有“Ω”的是電阻刻度線，其右端為零，左端為∞，刻度值分布是不均勻的。符號“－”或“DC”表示直流，“～”或“AC”表示交流，“～”表示交流和直流共用的刻度線?？潭染€下的幾行數(shù)字是與選擇開關的不同檔位相對應的刻度值。

　　表頭上還設有機械零位調整旋鈕，用以校正指針在左端零位。

　　選擇開關

　　萬用表的選擇開關是一個多檔位的旋轉開關。用來選擇測量項目和量程。

　　一般的萬用表測量項目包括：“mA”；直流電流、“V（－）"：直流電壓、“V（～）”：交流電壓、“Ω”：電阻。每個測量項目又劃分為幾個不同的量程以供選擇。

　　表筆和表筆插孔

　　表筆分為紅、黑二只。使用時應將紅色表筆插入標有“+”號的插孔，黑色表筆插入標有“－”號的插孔。

　　表頭（指針式）

　　它是一只高靈敏度的磁電式直流電流表，萬用表的主要性能指標基本上取決于表頭的性能。表頭的靈敏度是指表頭指針滿刻度偏轉時流過表頭的直流電流值，這個值越小，表頭的靈敏度愈高。測電壓時的內阻越大，其性能就越好。表頭上有四條刻度線，它們的功能如下：第一條（從上到下）標有R或Ω，指示的是電阻值，轉換開關在歐姆擋時，即讀此條刻度線。第二條標有∽和VA,指示的是交、直流電壓和直流電流值，當轉換開關在交、直流電壓或直流電流擋，量程在除交流10V以外的其它位置時，即讀此條刻度線。第三條標有10V,指示的是10V的交流電壓值，當轉換開關在交、直流電壓擋，量程在交流10V時，即讀此條刻度線。第四條標有dB,指示的是音頻電平。

　　表頭（數(shù)字式）

　　數(shù)字萬用表的表頭一般由一只A/D（模擬/數(shù)字）轉換芯片+外圍元件+液晶顯示器組成，萬用表的精度受表頭的影響，萬用表由于A/D芯片轉換出來的數(shù)字，一般也稱為3 1/2位數(shù)字萬用表,4 1/2位數(shù)字萬用表等等。最常用的芯片是ICL7106(3位半LCD手動量程經典芯片，后續(xù)版本為7106A,7106B,7206,7240等等）,ICL7129(4位半LCD手動量程經典芯片）,ICL7107(3位半LED手動量程經典芯片）。

　　測量線路

　　測量線路是用來把各種被測量轉換到適合表頭測量的微小直流電流的電路，它由電阻、半導體元件及電池組成

　　它能將各種不同的被測量（如電流、電壓、電阻等）、不同的量程，經過一系列的處理（如整流、分流、分壓等）統(tǒng)一變成一定量限的微小直流電流送入表頭進行測量。

　　轉換開關

　　其作用是用來選擇各種不同的測量線路，以滿足不同種類和不同量程的測量要求。轉換開關一般是一個圓形撥盤，在其周圍分別標有功能和量程。

　　3、工作原理

　　萬用表的基本原理是利用一只靈敏的磁電式直流電流表（微安表）做表頭。

　　當微小電流通過表頭，就會有電流指示。但表頭不能通過大電流，所以，必須在表頭上并聯(lián)與串聯(lián)一些電阻進行分流或降壓，從而測出電路中的電流、電壓和電阻。

　　4、設計原理

　　數(shù)字萬用表的測量過程由轉換電路將被測量轉換成直流電壓信號，再由模/數(shù)(A/D)轉換器將電壓模擬量轉換成數(shù)字量，然后通過電子計數(shù)器計數(shù)，最后把測量結果用數(shù)字直接顯示在顯示屏上。

　　萬用表測量電壓、電流和電阻功能是通過轉換電路部分實現(xiàn)的，而電流、電阻的測量都是基于電壓的測量，也就是說數(shù)字萬用表是在數(shù)字直流電壓表的基礎上擴展而成的。

　　數(shù)字直流電壓表A/D轉換器將隨時間連續(xù)變化的模擬電壓量變換成數(shù)字量，再由電子計數(shù)器對數(shù)字量進行計數(shù)得到測量結果，再由譯碼顯示電路將測量結果顯示出來。邏輯控制電路控制電路的協(xié)調工作，在時鐘的作用下按順序完成整個測量過程。

　　5、常用類型

　　數(shù)字萬用表是目前最常用的一種數(shù)字儀表。其主要特點是準確度高、分辨率強、測試功能完善、測量速度快、顯示直觀、過濾能力強、耗電省，便于攜帶。進入 90 年代以來，數(shù)字萬用表在我國獲得迅速普及與廣泛使用，已成為現(xiàn)代電子測量與維修工作的必備儀表，并正在逐步取代傳統(tǒng)的模擬式（即指針式）萬用表。

　　數(shù)字萬用表亦稱為數(shù)字多用表（DMM），其種類繁多，型號各異。每個電子工作者都希望有一塊較理想的數(shù)字萬用表。選擇數(shù)字萬用表的原則很多，有時甚至會因人而異。但對于手持式（袖珍式）數(shù)字萬用表而言，大致應具備以下特點：顯示清晰，準確度高，分辨力強，測試范圍寬，測試功能齊全，抗干擾能力強，保護電路比較完善，外形美觀、大方、操作簡便、靈活、可靠性好，功耗較低，便于攜帶、價格適中等等。

　　數(shù)字萬用表的主要指標、顯示位數(shù)及顯示特點

　　數(shù)字萬用表的顯示位數(shù)通常為3 1/2位～8 1/2位。判定數(shù)字儀表的顯示位數(shù)有兩條原則：其一是，能顯示從0－9中所有數(shù)字的位數(shù)是整位數(shù)；其二是，分數(shù)位的數(shù)值是以最大顯示值中最高位數(shù)字為分子，用滿量程時計數(shù)值為2000 ，這表明該儀表有3個整數(shù)位，而分數(shù)位的分子是1，分母是2，故稱之為3 1/2位，讀作“三位半”，其最高位只能顯示 0 或1（0 通常不顯示）。3 2/3位（讀作“三又三分之二位”）數(shù)字萬用表的最高位只能顯示0～2的數(shù)字，故最大顯示值為±2999。在同樣情況下，它要比3 1/2位的數(shù)字萬用表的量限高50%，尤其在測量380V 的交流電壓是很有價值。

　　普及型數(shù)字萬用表一般屬于3 1/2位顯示的手持式萬用表，4 1/2，5 1/2位（6位以下）數(shù)字萬用表分為手持式、臺式兩種。6 1/2位以上大多屬于臺式數(shù)字萬用表。

　　數(shù)字萬用表采用先進的數(shù)顯技術，顯示清晰直觀、讀書準確。它既能保證了讀數(shù)的客觀性，又符合人們的讀數(shù)習慣，能夠縮短讀數(shù)或記錄時間。這些優(yōu)點是傳統(tǒng)的模擬式（即指針式）萬用表所不具備的。

　　準確度（精度）

　　數(shù)字萬用表的準確度是測量結果中系統(tǒng)誤差與隨機誤差的綜合。它表示測量值與真值的一致程度，也反映測量誤差的大小。一般講準確度愈高，測量誤差就愈小，反之亦然。

　　數(shù)字萬用表的準確度遠優(yōu)于模擬指針萬用表。萬用表的準確度是一個很重要的指標，它反映萬用表的質量和工藝能力，準確度差的萬用表很難表達出真實的值，容易引起測量上的誤判。

　　分辨力（分辨率）

　　數(shù)字萬用表在最低電壓量程上末位1個字所對應的電壓值，稱作分辨力，它反映出儀表靈敏度的高低。數(shù)字數(shù)字儀表的分辨力隨顯示位數(shù)的增加而提高。不同位數(shù)的數(shù)字萬用表所能達到的最高分辨力指標不同。

　　數(shù)字萬用表的分辨力指標亦可用分辨率來顯示。分辨率是指儀表能顯示的最小數(shù)字（零除外）與最大數(shù)字的百分比。

　　需要指出，分辨率與準確度屬于兩個不同的概念。

　　前者表征儀表的“靈敏性”，即對微小電壓的“識別”能力；后者反映測量的“準確性”，即測量結果與真值的一致程度。二者無必然的聯(lián)系，因此不能混為一談，更不得將分辨力（或分辨率）誤以為是類似于準確度則取決于儀表內部 A/D 轉換器、功能轉換器得綜合誤差以及量化誤差。從測量角度看，分辨力是“虛”指標（與測量誤差無關），準確度才是“實”指標（它決定測量誤差得大?。?。因此，任意增加顯示位數(shù)來提高儀表分辨力得方案是不可取得。

　　測量范圍

　　在多功能數(shù)字萬用表中，不同功能均有其對應得可以測量得最大值和最小值。

　　測量速率

　　數(shù)字萬用表每秒鐘對被測電量的測量次數(shù)叫測量速率，其單位是“次/s”。它主要取決于 A/D 轉換器的轉換速率。有的手持式數(shù)字萬用表用測量周期來表示測量的快慢。完成一次測量過程所需要的時間叫測量周期。

　　測量速率與準確度指標存在著矛盾，通常是準確度愈高，測量速率愈低，二者難以兼顧。解決這一矛盾可在同一塊萬用表設置不同的顯示位數(shù)或設置測量速度轉換開關：增設快速測量檔，該檔用于測量速率較快的 A/D 轉換器；通過降低顯示位數(shù)來大幅度提高測量速率，此法應用的比較普通，可滿足不同用戶對測量速率的需要。

　　輸入阻抗

　　測量電壓時，儀表應具有很高的輸入阻抗，這樣在測量過程中從被測電路中吸取的電流極少，不會影響被測電路或信號源的工作狀態(tài)，能夠減少測量誤差。

　　測量電流時，儀表應該具有很低的輸入阻抗，這樣接入被測電路后，可盡量減小儀表對被測電路的影響，但是在使用萬用表電流檔時，由于輸入阻抗較小，所以較容易燒壞儀表，請用戶在使用時注意。

　　數(shù)字萬用表的分類

　　數(shù)字萬用表按照量程轉換方式來分類，可劃分成三種類型：手動量程（MAN RANGZ），自動量程（AUTO RANGZ），自動/手動量程（AUTO/MAN RANGZ ）。

　　根據(jù)功能、用途及價格的不同，數(shù)字萬用表大致可分為9大類：

　　低檔數(shù)字萬用表（亦稱普及型數(shù)字萬用）、中檔數(shù)字萬用表、中/高檔數(shù)字萬用表、數(shù)字/模擬混合式儀表，數(shù)字/模擬圖雙顯示的儀表、萬用示波表（將數(shù)字萬用表、數(shù)字存儲示波器等動能集于一身）。

　　數(shù)字萬用表的測試功能

　　數(shù)字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(fā)射極電流放大系數(shù)（hrg）、還能測電容量（C）、電導（ns）、溫度（T）、頻率（f），并增加了用以檢查線路通斷的蜂鳴器檔（BZ）、低功率法測電阻檔（L0Ω）。有的儀表還具有電感檔、信號檔、AC/DC自動轉換功能，電容檔自動轉換量程功能。

　　數(shù)型數(shù)字萬用表大多增加了下述新穎實用的測試功能：讀數(shù)保持（HOLD）、邏輯測試（LOGIC）、真有效值（TRMS）、相對值測量（RELΔ）、自動關機（AUTO OFF POWER）等。

　　數(shù)字萬用表的抗干擾能力

　　簡單的數(shù)字萬用表普遍采用積分式A/D轉換原理，只要選擇正向積分時間恰好等于串楨干擾信號周期的整倍數(shù)，就能有效地抑制串楨干擾。這是因為串楨干擾信號在正向積分階段被平均掉的緣故。中、低檔數(shù)字萬用表的共楨抑制比（CMRR）可達86～120dB。

　　數(shù)字萬用表的發(fā)展趨勢

　　集成化：手持式數(shù)字萬用表采用單片 A/D 轉換器，外圍電路比較簡單，只需少量輔助芯片和元器件。隨著單片數(shù)字萬用表專用芯片不斷問世，使用一片IC即可構成功能比較完善的自動量程數(shù)字萬用表，為簡化設計和降低成本創(chuàng)造了有利條件。

　　功耗低：新型數(shù)字萬用表普遍采用CMOS大規(guī)模集成電路的A/D轉換器，整機功耗很低。

　　普通萬用表與數(shù)字萬用表的優(yōu)缺點對比：

　　指針式與數(shù)字式萬用表各有優(yōu)缺點?！?/p>

　　指針萬用表是一種平均值式儀表，它具有直觀、形象的讀數(shù)指示。（一般讀數(shù)值與指針擺動角度密切相關，所以很直觀）?！?/p>

　　數(shù)字萬用表是瞬時取樣式儀表。它采用0.3秒取一次樣來顯示測量結果，有時每次取樣結果只是十分相近，并不完全相同，這對于讀取結果就不如指針式方便。指針式萬用表一般內部沒有放大器，所以內阻較小?！?/p>

　　數(shù)字式萬用表由于內部采用了運放電路，內阻可以做得很大，往往在1M歐或更大。（即可以得到更高的靈敏度）。這使得對被測電路的影響可以更小，測量精度較高?！?/p>

　　指針式萬用表由于內阻較小，且多采用分立元件構成分流分壓電路。所以頻率特性是不均勻的（相對數(shù)字式來說），而數(shù)字式萬用表的頻率特性相對好一點。　指針式萬用表內部結構簡單，所以成本較低，功能較少，維護簡單，過流過壓能力較強。　

　　數(shù)字式萬用表內部采用了多種振蕩，放大、分頻保護等電路，所以功能較多。比如可以測量溫度、頻率（在一個較低的范圍）、電容、電感，做信號發(fā)生器等等。　

　　數(shù)字式萬用表由于內部結構多用集成電路所以過載能力較差，損壞后一般也不易修復。數(shù)字式萬用表輸出電壓較低（通常不超過1伏）。對于一些電壓特性特殊的元件的測試不便（如可控硅、發(fā)光二極管等）。指針式萬用表輸出電壓較高。電流也大，可以方便的測試可控硅、發(fā)光二極管等?！?/p>

　　對于初學者應當使用指針式萬用表，對于非初學者應當使用兩種儀表。

　　6、選用原則

　　1、指針表讀取精度較差，但指針擺動的過程比較直觀，其擺動速度幅度有時也能比較客觀地反映了被測量的大?。ū热鐪y電視機數(shù)據(jù)總線(SDL)在傳送數(shù)據(jù)時的輕微抖動）；數(shù)字表讀數(shù)直觀，但數(shù)字變化的過程看起來很雜亂，不太容易觀看。

　　2、指針表內一般有兩塊電池，一塊低電壓的1.5V,一塊是高電壓的9V或15V,其黑表筆相對紅表筆來說是正端。數(shù)字表則常用一塊6V或9V的電池。在電阻檔，指針表的表筆輸出電流相對數(shù)字表來說要大很多，用R×1Ω檔可以使揚聲器發(fā)出響亮的“噠”聲，用R×10kΩ檔甚至可以點亮發(fā)光二極管(LED)。

　　3、在電壓檔，指針表內阻相對數(shù)字表來說比較小，測量精度相比較差。某些高電壓微電流的場合甚至無法測準，因為其內阻會對被測電路造成影響（比如在測電視機顯像管的加速級電壓時測量值會比實際值低很多）。數(shù)字表電壓檔的內阻很大，至少在兆歐級，對被測電路影響很小。但極高的輸出阻抗使其易受感應電壓的影響，在一些電磁干擾比較強的場合測出的數(shù)據(jù)可能是虛的。

　　4、總之，在相對來說大電流高電壓的模擬電路測量中適用指針表，比如電視機、音響功放。在低電壓小電流的數(shù)字電路測量中適用數(shù)字表，比如BP機、手機等。不是絕對的，可根據(jù)情況選用指針表和數(shù)字表。

　　7、操作規(guī)程

　　1、使用前應熟悉萬用表各項功能，根據(jù)被測量的對象，正確選用檔位、量程及表筆插孔。

　　2、在對被測數(shù)據(jù)大小不明時，應先將量程開關，置于最大值，而后由大量程往小量程檔處切換，使儀表指針指示在滿刻度的1/2以上處即可。

　　3、測量電阻時，在選擇了適當倍率檔后，將兩表筆相碰使指針指在零位，如指針偏離零位，應調節(jié)“調零”旋鈕，使指針歸零，以保證測量結果準確。如不能調零或數(shù)顯表發(fā)出低電壓報警，應及時檢查。

　　4、在測量某電路電阻時，必須切斷被測電路的電源，不得帶電測量。

　　5、使用萬用表進行測量時，要注意人身和儀表設備的安全，測試中不得用手觸摸表筆的金屬部份，不允許帶電切換檔位開關，以確保測量準確，避免發(fā)生觸電和燒毀儀表等事故。

　　8、使用注意

　　1、在使用萬用表之前，應先進行“機械調零”，即在沒有被測電量時 ，使萬用表指針指在零電壓或零電流的位置上。

　　2、在使用萬用表過程中，不能用手去接觸表筆的金屬部分 ，這樣一方面可以保證測量的準確，另一方面也可以保證人身安全。

　　3、在測量某一電量時，不能在測量的同時換檔，尤其是在測量高電壓或大電流時 ，更應注意。否則，會使萬用表毀壞。如需換檔，應先斷開表筆，換檔后再去測量。

　　4、萬用表在使用時，必須水平放置，以免造成誤差。同時， 還要注意到避免外界磁場對萬用表的影響。

　　5、萬用表使用完畢，應將轉換開關置于交流電壓的最大檔。如果長期不使用 ，還應將萬用表內部的電池取出來，以免電池腐蝕表內其它器件。

　　9、故障排除

　　數(shù)字萬用表也稱萬用表、多用表、多用電表或三用電表，是一種多用途的電子測量儀器，一般包含安培計、電壓表、歐姆計等功能。數(shù)字萬用表與指針式萬用表相比，具有精度高、速度快、輸入阻抗大、數(shù)字顯示、讀數(shù)準確、抗干擾能力強，測量自動化程度高等優(yōu)點而被廣泛應用。但若使用不當，則易造成故障。

　　數(shù)字萬用表故障排除一般應從電源入手。數(shù)字萬用表故障排除大致可以按如下方法進行。

　　1、外觀檢查。

　　可以用手觸摸電池、電阻、晶體管、集成塊的溫升是否過高。如新裝入的電池發(fā)熱，說明電路可能短路。此外，還應觀察電路是否斷線、脫焊、機械損傷等。

　　2、波形分析。

　　用電子示波器觀察電路各關鍵點的電壓波形、幅度、周期(頻率)等。

　　例如，如測時鐘振蕩器是否起振，若振蕩器無輸出，說明內部反相器損壞，也可能是外部元件開路。

　　3、測量元件參數(shù)。

　　對故障范圍內的元件，進行在線測量或離線測量，應分析參數(shù)值。對于電阻在線測量時，應考慮與其并聯(lián)的元件的影響。

　　4、隱性故障排除。

　　隱性故障是指故障時隱時現(xiàn)，儀表時好時壞的故障。此類故障比較復雜，常見的原因包括焊點虛焊，松脫、接插件松動，轉接開關接觸不良，元件性能不穩(wěn)，引線將斷不斷等。此外，還包括一些外界因素所造成的。如環(huán)境溫度過高，濕度過大或附近有間歇性的強干擾信號等等。

　　5、檢測各級工作電壓。

　　檢測各點工作電壓，并與正常值比較，首先應保證基準電壓的準確度，最好是使用一塊相同型號或相近似的數(shù)字萬用表進行測量、比較。

　　排除以上可能原因外，數(shù)字萬用表損壞還有可能是因為測量檔位的錯誤造成，如在測量交流市電時，測量檔位選擇置于電阻擋，這種情況下表筆一旦接觸市電，瞬間即可造成萬用表內部元件損壞。因此，在使用萬用表測量前一定要先檢查測量檔位是否正確。在使用完畢，將測量選擇置于交流750V或者直流1000V處，這樣在下次測量時無論誤測什么參數(shù)，都不會引起數(shù)字萬用表損壞。