实验一数字万用表、交流毫伏表及其使用
一．实验目的:
1．掌握万用表测量电阻、测量交直流电压的过程及测量数据的处理方法。
2．掌握毫伏表的使用方法。
3．了解毫伏表的工作频率极限。
4．学会毫伏表使用前的调零和校正。
二．实验仪器及材料：
1．数字万用表
2．WYK直流稳压电源
3．色环电阻
4．DF2170A毫伏表
5. SFG-1003信号发生器
三．实验原理：
1、数字万用表
数字万用表，采用9V叠层电池供电，整机功耗约20mW；采用LCD液晶显示数字，最大显示数字为±1999，因而属于3
位万用表。核心也是直流数字电压表DVM（基本表）。它主要由外围电路、双积分A／D转换器及显示器组成。其中，A／D转换、计数、译码等电路都是由大规模集成电路芯片ICL7106构成的。
（1）直流电压测量电路 图1为数字万用表直流电压测量电路原理图，该电路是由电阻分压器所组成的外围电路和基本表构成。把基本量程为200mV的量程扩展为五量程的直流电压挡。图中斜线区是导电橡胶，起连接作用。
图1 数字万用表直流电压测量电路原理图
（2）交流电压测量电路 图2为数字万用表交流电压测量电路原理图。由图可见，它主要由输入通道、降压电阻、量程选择开关、耦合电路、放大器输入保护电路、运算放大器输人保护电路、运算放大器、交－直流（AC／DC）转换电路、环形滤波电路及ICL7l06芯片组成。
图中，C1为输入电容。VD11、VD12是C）的阻尼二极管，它可以防止C1两端出现过电压而影响放大器的输入端。R21是为防止放大器输入端出现直流分量而设计的直流通道。VD5、VD6互为反向连接，称为钳位二极管，起“守门”作用，防止输入至运算放大器062的信号超过规定值。运算放大器062完成对交流信号的放大，放大后的信号经C5加到二极管VD7、VD8上，信号的负半周通过VD7，正半周通过VD8，完成对交流信号进行全波整流。经整流后的脉动直流电压经电阻R26、R31和电容C6、C10组成的滤波电路滤波后，在R27、RP4上提取部分信号输人至基本表的输人端IN＋。同时输入至基本表的部分信号经C3反馈到运算放大器062的反相输人端，以改善检波器的整流特性。电容器CZ经R22接地，C2、C3的电容量及质量直接影响着放大器的频率响应。C2对高频部分影响较大，C3对低频部分影响较大。C4、R23承担抑制或消除电路自励的任务。若使基本表所获得的直流电压与交流输入电压的平均值成比例变化，可通过RP4进行调节。R6～R10为分压电阻，与直流电压挡的分压电阻共用。
图2 数字万用表交流电压测量电路原理图
（3）直流电阻测量电路 图3为数字万用表直流电阻测量原理图，图中标准电阻Ro与待测电阻Rx串联后接在基本表的V十和COM之间。V＋和vREF＋、vREF和IN＋、IN一和COM两两接通，用基本表的2.8V基准电压向Ro和Rx供电。其中UR0为基准电压，URx为输入电压。根据设计，当Rx＝R0时显示读数为1000，当Rx＝2R0时溢出显示[因为2000＞ 1999（最大显示数）］。
图3 电阻测量原理图
2、交流毫伏表
交流毫伏表由输入保护电路、前置放大器、衰减放大器、放大器、表头指示放大电路、整流器、监视输出及电源组成。
输入保护电路用来保护该电路的场效应管。衰减控制器用来控制各档衰减的接通，使仪器在整个量程均能高精度地工作。整流器是将放大了的交流信号进行整流，整流后的直流电流再送到表头。
四．实验内容及步骤：
1．色环电阻的标称值识别。
“色环电阻”顾名思义，就是在电阻器上用不同颜色的环来表示电阻的规格。有的是用4个色环表示，有的用5个色环表示。4环电阻一般是碳膜电阻，用3个色环来表示阻值，用 1个色环表示误差，精度大都是±5%。5环电阻一般是金属膜电阻，用4个色环表示阻值，另一个色环也是表示误差。精度大都是±1%。表1-1是色环电阻的颜色-数码对照表，图4是色环电阻色环示图。
表1-1 色环电阻的颜色-数码对照表
a..四环电阻 b.五色环电阻
图4色环电阻表示图
色环电阻的规则是最后一圈代表误差，对于四环电阻，前二环代表有效数字，第三环代表倍率，用10的n次方表示。五色环的前三环是代表有效数字，第四环代表倍率，同样用10的n次方表示。
以图1的四环电阻为例，第一环为棕式，代表有效数字“1”，第二环为红色，代表有效数字“2”第三环是橙色，橙色为“3”也就是代表103，所以电阻的阻值为12×103(Ω)=12000Ω。在实际使用时我们还要将它转换成“kΩ”，也就是12000Ω=12kΩ。
这里还有一个小问题，就是色环电阻到底哪一端为第一环？实际上只要看最后一环的颜色就可以了，通常四环电阻的偏差为±5%，所以最后一环一定是金色的。五环电阻的偏差在±1%。那么最后一环一定是棕色的。你只要确定最后一环颜色就可以了，从另一端读就是第一第二顺序排过来就可以了。但是要注意五环电阻有一点小问题，那就是第一环也可能出现棕色，因为电阻有从“1”开头的嘛。在这种情况下可无法分辨哪是第一环，不过一般都还可看出一点来，如有的最后一环的色环就粗一点，就的最后一环与前面几环之间的距离要大一点，如果实在看不出来，只好用万用表去量了。
2．数字万用表量程位置的选择。
1）按测量内容正确连接表棒。
黑表棒接COM（数字表），
测量电压和电阻时，红表棒接V/Ω或正极“+”。
注意测量电流时，红表棒必须换到电流专用档“A”端。
2）按测量内容选择正确量程
万用表一般可用来测量电阻，直流电压，交流电压，直流电流。 量程开关位置都有相应的符号来表示测量内容和测量显示范围。正确选择位置的原则是测量内容相附，所测值必须小于量程范围。为了保证读数的精度,所选量程尽量接近所测值。
3．测量色电阻的实际电阻值。
用数字万用表分别测量电阻的实际电阻值，并填入表1-2中。计算测量值与标称值之间的误差，计算样品电阻的标准偏差（以标称值为均值）。画出概率曲线。
表1-2 电阻测量结果一览表
4．测量直流稳压电源的输出电压
在0-10V间每隔1V选测量点，把测量值填入表1-3。计算每个测量点的偏差d，并以Y轴表示偏差d，X轴表示测量点，画图表示测量结果。
表1-3 直流稳压电源输出电压测量结果
5．DF2170A毫伏表测量交流电压的一般步骤和注意事项
1）一般仅用于正弦交流电压的测量，表头读数为有效值。对其他波形（矩形波，三角波）表头读数仅作参考，在数值上无确定意义。
2）用电压表测量正弦交流电压时，必须了解所测交流电压的频率是否在所选仪器的极限范围内。毫伏表对所测电压的频率范围为5Hz — 2MHz。如超出范围，则不能保证准度。
3）接通电源，待表针摆动数次至稳定后，将输入电缆短接，调整调零电位器，使表针指在零处，即可进行测量。
4）测量前，视被测电压的大小将仪表量程置适当的档级，以免过载烧坏输入级，被测电压的最大值应小于300V。
5）由于仪表的灵敏度较高，使用时必须正确地选择接地点，以免造成测量错误。
6）测量时，输入电缆的地应先接入被测电路，然后再连接输入电缆的芯线。测完后则应先断开芯线，后去掉地。这样可防止因输入电缆未接地而造成较高的感应电压，使表针偏转过头打弯。
6．用毫伏表测量正弦交流电压。
1）使SFG-1003信号发生器产生一正弦信号输出，频率为1KHz。
2）按上述方法对毫伏表进行调零。估计被测电压的幅度并选择合适的量程。如不知被测电压幅度，可先置较高量程，对本例可先置3V档。把输入电缆接到SFG-1003信号发生器的输出电缆。
3）初步调节信号发生器输出幅度，使输出为0.5V。把量程转到1V档，使读数的精度更高。然后细调信号发生器输出，使输出为0.5V。
4）用万用表交流电压档测量此时的信号输出电压。把测量结果与毫伏表测量结果进行比较。并在表1-4中记录测量数据。
5）重复上述测量步骤，但使信号发生器输出电压幅度分别为0.1V ; 0.2V ; 0.3V ; 0.4V ; 0.6V ; 0.7V ; 0.8V ; 0.9V ; 1V 。
表1-4：毫伏表测量和万用表测量结果比较（信号频率为1KHz）
思考：为什么会有偏差，哪个数据准确？
6）把信号发生器的输出幅度固定在0.5V，改变输出信号的频率，把测量数据填入表1-5中。
表1-5：毫伏表测量和万用表测量结果比较（信号幅度为0.5V）
思考：随着频率增加，偏差是变大还是变小？为什么？
五．实验报告要求：
1．整理实验数据，按要求画有关图表。
2．总结实验结果，数据分析结果。