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(shù)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(yīng)的量程也不同。萬用表的表頭為磁電系測量機構(gòu)，它只能通過直流，利用二極管將交流變?yōu)橹绷?，從而實現(xiàn)交流電的測量。

　　2、結(jié)構(gòu)組成

　　萬用表由表頭、測量電路及轉(zhuǎn)換開關(guān)等三個主要部分組成。

　　萬用表是電子測試領(lǐng)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(fù)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(dǎo)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(jīng)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。刻度線下的幾行數(shù)字是與選擇開關(guān)的不同檔位相對應(yīng)的刻度值。

　　表頭上還設(shè)有機械零位調(diào)整旋鈕，用以校正指針在左端零位。

　　選擇開關(guān)

　　萬用表的選擇開關(guān)是一個多檔位的旋轉(zhuǎn)開關(guān)。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(yīng)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(zhuǎn)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(nèi)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(zhuǎn)換開關(guān)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(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)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(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jīng)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(jīng)典芯片）,ICL7107(3位半LED手動量程經(jīng)典芯片）。

　　測量線路

　　測量線路是用來把各種被測量轉(zhuǎn)換到適合表頭測量的微小直流電流的電路，它由電阻、半導(dǎo)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(jīng)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(zhuǎn)換開關(guān)

　　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(zhuǎn)換開關(guān)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(dāng)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(shè)計原理

　　數(shù)字萬用表的測量過程由轉(zhuǎn)換電路將被測量轉(zhuǎn)換成直流電壓信號，再由模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器將電壓模擬量轉(zhuǎn)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(jié)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(zhuǎn)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(chǔ)上擴展而成的。

　　數(shù)字直流電壓表A/D轉(zhuǎn)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(jié)果，再由譯碼顯示電路將測量結(jié)果顯示出來。邏輯控制電路控制電路的協(xié)調(diào)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?xí)蛉硕?。但對于手持式（袖珍式）?shù)字萬用表而言，大致應(yīng)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(shù)，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(xí)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(jié)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(zhì)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(yīng)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(jié)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(nèi)部 A/D 轉(zhuǎn)換器、功能轉(zhuǎn)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(guān)），準確度才是“實”指標（它決定測量誤差得大小）。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(yīng)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(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)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(shè)置不同的顯示位數(shù)或設(shè)置測量速度轉(zhuǎn)換開關(guān)：增設(shè)快速測量檔，該檔用于測量速率較快的 A/D 轉(zhuǎn)換器；通過降低顯示位數(shù)來大幅度提高測量速率，此法應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(zhuǎn)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(dǎo)（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(zhuǎn)換功能，電容檔自動轉(zhuǎn)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(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(gòu)成功能比較完善的自動量程數(shù)字萬用表，為簡化設(shè)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(zhuǎn)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。　

　　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(guān)，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(jié)果，有時每次取樣結(jié)果只是十分相近，并不完全相同，這對于讀取結(jié)果就不如指針式方便。指針式萬用表一般內(nèi)部沒有放大器，所以內(nèi)阻較小。　

　　數(shù)字式萬用表由于內(nèi)部采用了運放電路，內(nèi)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(nèi)阻較小，且多采用分立元件構(gòu)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?！≈羔樖饺f用表內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，所以成本較低，功能較少，維護簡單，過流過壓能力較強?！?/p>

　　數(shù)字式萬用表內(nèi)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?！?/p>

　　數(shù)字式萬用表由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)多用集成電路所以過載能力較差，損壞后一般也不易修復(fù)。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(xué)者應(yīng)當(dāng)使用指針式萬用表，對于非初學(xué)者應(yīng)當(dāng)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(yīng)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(yīng)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(yīng)先將量程開關(guān)，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(dāng)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(yīng)調(diào)節(jié)“調(diào)零”旋鈕，使指針歸零，以保證測量結(jié)果準確。如不能調(diào)零或數(shù)顯表發(fā)出低電壓報警，應(yīng)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(shè)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(guān)，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(yīng)先進行“機械調(diào)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(yīng)注意。否則，會使萬用表毀壞。如需換檔，應(yīng)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(yīng)將轉(zhuǎn)換開關(guān)置于交流電壓的最大檔。如果長期不使用 ，還應(yīng)將萬用表內(nèi)部的電池取出來，以免電池腐蝕表內(nèi)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(yīng)用。但若使用不當(dāng)，則易造成故障。

　　數(shù)字萬用表故障排除一般應(yīng)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(yīng)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(guān)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(nèi)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(nèi)的元件，進行在線測量或離線測量，應(yīng)分析參數(shù)值。對于電阻在線測量時，應(yīng)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(fù)雜，常見的原因包括焊點虛焊，松脫、接插件松動，轉(zhuǎn)接開關(guān)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(yīng)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(nèi)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。