万用表的设计与组装

一、实验目的

1．掌握数字万用表的工作原理、组成和特性。

2．掌握数字万用表的校准和使用。

3．掌握多量程数字万用表分压电路计算和连接。

二、实验设备

万用表设计与组装实验仪、标准数字万用表。

(一) 万用表的设计与组装实验仪

这一部分主要由分压电阻、分流电阻、分档电阻电路、AC/DC转换电路、二极管与通断测试电路、待测交流电压电流、待测直流电压电流、三极管测量、数字显示表头（200mV量程）等部分组成。

数显表头：

数显表头是数字式万用表的重要部件，便携式万用表一般采用液晶显示式数显表头，本实验仪采用数码管显示数显表头，这两种数显表头的电路工作原理基本相同，只是所用电源、显示及其驱动方式不同。

    数显表头内部有一个参考电压，通常也称作基准电压，当表头的输入端接入值为的被测电压时，表头的显示数由下式决定：。通常可取为1.000或100.0，本实验仪去后者。这样，如果，则。如果将右起第二位数码管的小数点点亮，则显示数就与所测电压值一致。不同的测量档位，应点亮的小数点位置也应随之而变。

（二）标准数字万用表（用户自备）

用于校准设计组装的万用表。

三、实验原理

1．直流电压测量电路

在数字电压表头前面加一级分压电路（分压电阻），可以扩展直流电压测量的量程。  

数字万用表的直流电压档分压电路如图一所示，它能在不降低输入阻抗的情况下，达到准确的分压效果。

例如：其中200 V档的分压比为：

其余各档的分压比分别为：

实际设计时是根据各档的分压比和总电阻来确定各分压电阻的，如先确定

再计算200V档的电阻：，依次可计算出、、等各档的分压电阻值。换量程时，多刀量程转换开关可以根据档位调整小数点的位置，使用者可方便地直读出测量结果。

尽管上述最高量程档的理论量程是2000V，但通常的数字万用表出于耐压和安全考虑，规定最高电压量限为1000V或750V。

四、实验内容与步骤

1．设计制作多量程直流数字电压表

（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，表头电压校准，待测直流电压电流，分压电阻。按图九接线，小数点Dp3接到小数点控制公共端插口上去，以获得一位小数点显示（不接小数点并不影响表头的校准，为什么？）。利用待测直流电压电流和分压电阻获得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IN+、IN-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)，200mV表头即调整完毕。然后保留虚线框内的线路，拆去其余部分即可。

图九200mV直流数字电压表头及其校准电路

（2）扩展电压表头成为多量程直流电压表

按图一接线，COM0作为控制小数点显示的公共端，内部已接小数点驱动电路，可参照图十接线。

图十 小数点控制电路

（3）用自制直流电压表测直流电压

a将自作好的直流电压表测量端接“待测直流电压电流”输出端，缓慢调节“待测直流电压电流”中的电位器，观看数字电压表头的变化范围，分别记录实验仪和标准表的测量结果填入数据表。

b将待测电压两端调换一下，观看数字电压表头有何反应，为什么？

c 将“待测直流电压电流”中测量电流的两插口短接，调节电位器，观察灯泡亮度与灯泡两端电压有何关系？

注意：如果事先对被测电压的大小无法估计，应将量程开关转到最高的档位，然后根据显示值转至相应档位上。如屏幕显“1”，表明已超过量程范围，须将量程开关转至相应档位上。

五、数据处理

按照实验步骤将测量数据分别填入下面表格中。

（1）测量直流电压

六、思考题

为什么不接小数点并不影响表头的标准。

七、注意事项

1．实验时应当“先接线，再加电；先断电，再拆线”，加电前应确认接线无误，避免短路。

2．即使加有保护电路，也应注意不要用电流档或电阻档测量电压，以免造成不必要的损失。

3．数字表头出现显示“1”或“-1”，表明输入过载，应增大量程测量。此时应换大量程档或断开输入信号，避免长时间超量程。

4．因仪器采用开放式模块化设计，为了安全起见，严禁使用本仪器测量超过36V的电压！！！

第二篇：数电课程设计报告 DT-830数字万用表组装

DT-830的焊接与装配

摘要：电压表按其工作原理和读数方式分为模拟式电压表和数字式电压表两大类。与普通的模拟式多用表相比，数字多用表的测量功能较多，它不但能测量直流电压、交流电压、交流电流、直流电流和电阻等参数，而且能测量信号频率、电容器容量及电路的通断等。本次实验主要是焊接DT-830数字万用表及其组装，学会数字万用表的工作原理。

关键词：数字万用表、工作原理、焊接组装

1 工作原理

1.1数字万用表的特点

数字电压表可缩写为DVM。

较之模拟式多用表，数字多用表除具有一般的所具有的DVM准确度高、数字显示、读数迅速准确、分辨力高、输入阻抗高、能自动调零、自动转换量程、自动转换及显示极性等优点外，还由于采用大规模集成电路，因而体积小，可靠性好，测量功能齐全，操作简便，有些数字多用表可以精确地测量电容、电感量、温度等，大大地扩展了功能；同时数字多用表内部有较完善的保护电路，过载能力强等等。由于数字多用表具有上述这些优点，使得它获得越来越广泛的应用。      

但它也有不足之处，它不能反映被测量的连续变化过程以及变化的趋势，如用来观察电容器的充、放电过程，就不如模拟电压表方便直观，也不适于作电桥调平衡用的零位指示器；同时，其价格也偏高，所以尽管数字多用表具有许多优点，但它不可能完全取代模拟式多用表

对于DT-830数字万用表来说，它的主要特点有，（1）技术成熟，主电路采用典型数字集成电路ICL7106,性能稳定可靠；（2）性价比高，由于技术成熟，应用广泛，具有精度高、输入电阻大、读数直观、功能齐全、体积小等优点；（3）结构合理，安装简单，集成电路ICL7106采用COB封装。

1.2  数字多用表的基本原理

和模拟直流电压表前端配接检波器即可构成模拟交流电压表一样，在数字直流电压表前端接相应的交流-直流转换器(AC/DC)、电流-电压转换电路（I/V）、电阻-电压转换电路（Ω/V）等，就构成了数字多用表，如图一所示。

 

                           

                            图一

可以看出，数字式多用表的核心是数字直流电压表。由于直流数字电压表是线性化显示的仪器，因此要求其前端配接的AC/DC、I/V、Ω/V等变换器也必须是线性变换器，即变换器的输出与输入间成线性关系。

在实际数字电压表的AC/DC变换器中，为了增加检波器输入阻抗，其前面加接一级同相放大器（源极跟随器、射级跟随器），输出端加接一级有源低通滤波器以滤除交流成分，获得平均值输出，从而构成了图二所示的线性平均值AC/DC变换器结构。

 

图二   

数字万用表的核心是以ICL7106 A/D转换器为核心的数字万用表。A/D转换器将0—2V范围的模拟电压变成三位半的BCD码数字显示出来。将被测直流电压、交流电压及电阻等物理量变成0—2V的直流电压，送到ICL7106的输出端，即在数字表上进行检测。

为检测大于2V的直流电压，在输入端引入衰减器，将信号变为0—2V,检测显示时再放大同样的倍数。

 检测交流电压，首先必须将被测输入信号做衰减，与上述直流电压检测是相同的。衰减之后的交流电压还要进行精密整流，变成直流电压后才能进入A/D转换器。

检测直流电压流，首先必将那个被测电流变成0—2V的直流电压即实现衰减与I/V变换。衰减是精密电阻构成的具有不同的分流系数的分流器完成。

电阻的检测是利用电流源在电阻上产生压降。因为在被测电阻上通过的电流是恒定的，所以在被测电阻上产生的压降与其阻值成正比，然后将得到的电压信号送到A/D转换器进行检测。

2 数字万用表的组成

2.1 数字万用表的组成

数字电压表的组成图三所示，主要由模拟电路部分和数字电路部分组成。

                          图三

数字式电压表实际上就是用A/D变換器作测量机构，用数字显示测量结果的电压表。测量交流电压及其它电参量的数字式电压表必须在A/D变換器之前对被测电参量进行转换处理，变换成直流电压进行测量。A/D变換器是数字式电压表的核心部分。

2.2 DVM的主要技术性能

（1） 电压测量范围

①量程: DVM的量程以其基本量程（即未经衰减和放大的量程）为基础，再和输入通道中的步进衰减器及输入放大器适当配合向两端扩展来实现。量程转换有手动和自动两种，自动转换借助于内部逻辑控制电路来实现。

②显示位数: DVM的位数指完整显示位，即能显示0～9十个数码的那些位。因此最大显示为名9 999和1 9999的数字电压表都为四位数字电压表。但是为了区分起见，也常把最大显示为1 9999的数字电压表称作位4位数字电压表。

③超量程能力：指DVM所能测量的最大电压超过量程值的能力，它是数字电压表的一个重要指标。     

显示位数全是完整位的DVM，没有超量程能力。带有1/2位的数字电压表，如果按2V、20V、200V分挡，也没有超量程能力。

带有1/2位并以1V、10V、100V分挡的DVM，才具有超量程能力。如5位的DVM，在10V量程上，最大显示19.9999V电压，允许有100％的超量程。

如果数字电压表的最大显示为5.9999，称为4位。如量程按5V、50V、500V分挡，则允许有20％超量程。

（2）分辨力

 分辨力指DVM能够显示输入电压最小变化值的能力，即显示器末位读数跳一个单位所需的最小电压变化值。在不同的量程上，分辨力是不同的。在最小量程上，DVM具有最高分辨力。

 （3）测量误差

 ①工作误差：指额定条件下的误差，以绝对值形式给出。

 ②固有误差：指基准条件下的误差，常以下述形式给出：

③影响误差和稳定误差；它已包括在工作误差内，有的也可能以附加误差的形式给出。

（4）输入电阻和输入偏置电流

输入电阻，一般不小于10MΩ，高准确度的可优于1000MΩ，通常在基本量程时具有最大的输入电阻。输入偏置电流是指由于仪器内部产生的表现于输入端的电流，应尽量使该电流减小。

（5）抗干扰特性

按干扰作用在仪器输入端的方式分为串模干扰和共模干扰。一般串模干扰抑制比可达50～90dB，共模干扰抑制比可达80～150dB。

（6）测量速率

测量速率是在单位时间内以规定的准确度完成的最大测量次数，每秒几次或几十次不等，一般规律是测量速度越高的仪表，测量误差也大。

3 焊接与安装工艺

DT-830由机壳塑料袋、印制板部件、液晶屏及表笔等组成，组成成功的关键是装印制板部件，整机安装流程图如图四所示：

                            图四

在焊接之前，对照元件清单，将元器件整理，将电路板、集成块等大的器件选出；将电阻、电容等选出，清点器类型和数目，看是否少了，在焊接之前要把元器件整理好。

3.1 焊接

在焊接之前，将电阻统一选出分组标记好；先焊接电阻，如果孔距大，则采用卧式安装；如果孔距小，则采用立式安装；

接着选出二极管、电容、三极管，电容、二极管、、三极管采用立式安装。二极管，三极管的安装要注意极性。在安装三极管时，插座装在A面而且应使定位凸点与外壳对准，在B面焊接。

在焊接镀银电感时，要注意焊点要大，镀银电感距电路板的距离约为7mm左右。

在焊接电池线时，将电池线有A面三极管座旁边的孔穿过到B面再插入焊孔，在A面焊接。红线接“+”，黑线接“—”。

3.2液晶屏的安装

将面板平面向下置于桌面，用等高的物体垫起。用双面胶将导电硅条和液晶屏接好，保持液晶屏PIN脚的清洁，极爱那个导电硅条放入液晶屏的PIN脚处。

旋钮的安装方法，将V型弹簧片装到旋钮上；装完弹簧片把旋钮翻面，将两个小弹簧沾少许“大宝”放入旋钮两个圆孔，把两个小钢珠放在表壳对称的位置上；将装好的弹簧的旋钮俺正确的方向放入表壳。

固定印制板，将印制板对准位置装入表壳，并用四个螺丝钉紧固；装上保险管和电池，转动旋钮；盖上后盖，安装后盖3个螺丝钉，合上电池盖。

3.3测试和校准

校准检测

校准和检测原理：将待测的万用表置于相应的档位，使用标准的数字万用表进行校准。

通过调节电位器R12校准数字万用表的电压档。

在200mA档，测一标准电流，若比实际测量大，可在R24处加以合适电阻。是指在测量精度范围内。

在镀银电感上度适量锡，使10A电流档的精度符合要求。

4 心得体会

4.1 在焊接电阻时，不要急于焊接，先将其进行分类和阻止计算；

4.2 在焊接时，先焊接小的器件，电路板上孔距小的器件要进行立式安装

4.3 在焊接保险管卡的时候要注意不要按翻

4.4 在安装电感、电容，时注意极性

4.5 在安装表笔插管时，要焊接好，焊接牢，不要插上表笔后插管与电路板脱离

4.6 在焊接读音电感时，先将镀银电感固定好，使之与电路板保持0.7mm左右的距离在进行焊接。

5结束语

通过本次数字电子技术课程设计的学习，使我学会了数字万用表的工作原理，数字万用表的基本组成，了解了数字万用表的特点和技术指标。在焊接和组装数字万用表的过程中，学会了整体焊接电路板的能力，增强了动手能力。我焊接和组装的数字万用表比较准确的测试电阻、电压和电流，误差比较小。