数字万用表设计性实验

数字万用表设计性实验
一,实验内容:
1)制作量程200mA的微安表(表头);
2)设计制作多量程直流电压表;
3)设计制作多量程直流电流表;
二,实验仪器:
WS-I数字万用表设计性实验仪三位半数字万用表
三,实验原理
1.数字万用表的组成
数字万用表的组成见图1.

图1 数字万用表的组成
数字万用表其核心是一个三位半数字表头,它由数字表专用A/D转换译码驱动集成电路和外围元件,LED数码管构成.该表头有7个输入端,包括2个测量电压输入端(IN+,IN-),2个基准电压输入端(VREF+,VREF-)和3个小数点驱动输入端.
2.直流数字电压表头
"三位半数字表头"电路单元的功能:将输入的两个模拟电压转换成数字,并将两数字进行比较,将结果在显示屏上显示出来.利用这个功能,将其中的一个电压输入作为公认的基准,另一个作为待测量电压,这样就和所有量具或仪器的测量原理一样,能够对电压进行测量了.见图2.
图1 200mV(199.9mV)直流数字电压表头及校准电路
3.多量程直流数字电压表
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3所示,U0为电压表头的量程(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3 分压电路原理图4多量程分压器原理电路
多量程分压器原理电路见图4.
图5 实用分压器电路
采用图4的分压电路虽然可以扩展电压表的量程,但在小量程档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档电路为图5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.
4. 多量程直流数字电流表
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6.由于r>>R,取样电阻R上的电压降为
即被测电流为 ,多量程分流器电路原理见图7.
图6 电流测量原理图7 多量程分流器电路
图7中的分流器在实际使用中有一个缺点,就是当换档开关接触不良时,被测电路的电压可能使数字表头过载,所以,实际数字万用表的直流电流档电路为图8所示.
图中的BX是2A保险丝管,电流过大时会快速熔断,超过流保护作用.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(小于0.7V),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电表.
图8实用分压器电路
四,实验步骤
1. 制作200mV(199.9mV)直流数字电压表头并校准
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.
按图2接线,参考电压VREF输入端接直流电压校准电位器,左数第三位小数点dp3接到多量程直流数字电压表的小数点控制电路量程转换单元的"动片1"插孔以获得一位小数显示.利用待测直流电压源和分压电阻获得150mV左右的校准电压,把一只成品数字万用表(称为标准表)置于直流电压200mV档与表头输入端并联,调整"直流电压校准"旋钮使表头读数与标准表读数一致(允许误差±0.5mV).然后保留虚线框内的线路,拆去其余部分即可.
2. 制作多量程直流数字电压表
(1)扩展电压表头成为多量程直流电压表.
按图5接线,"动片2"作为量程转换开关,"动片1"作为控制小数点显示的开关.
(2)用自制电压表测直流电压
测量WS-1实验仪上的待测直流电压:调节"直流电压电流"单元的电位器,可以改变直流电压U改装的大小和极性,分别测出对应的标准电压U标准,数据填入记录表格.
3. 制作多量程直流数字电流表
(1)制成多量程直流数字电流表
使用电路单元:三位半数字表头,直流电压校准,分流器1或分流器2,电流档保护电路,量程转换与测量输入.按图8接线,"动片2"作为量程转换开关,"动片1"作为控制小数点显示的开关.

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