数字万用表的设计与校准随着大规模集成电路的发展，数字测量技术的日趋普及，指针式仪表存在的问题也逐渐显现出来。为了让学生了解数字式万用电表的工作原理，及模拟信号转换成数字信号的基本方法，我们设计出数字式万用电表设计与校准实验，该实验不仅具有实验内容丰富，且内容由浅入深，适合各高等院校物理、电子等专业学生使用。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、分流电路计算和连接；学会设计制作、使用多量程数字万用表。二、实验仪器数字万用表设计实验仪1台三、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（分压器），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（2）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200V档的为分压比为：R4+R5R1+R2+R3+R4+R5=10K10M=0.001其余各档的分压比分别为：1图（2）实用分压器电路档位200mV2V20V200V2000V分压比10.10.010.0010.0001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R总=R1+R2+R3+R4+R5=10M再计算200V档的电阻：R4+R5=0.001R总=10K，依次可计算出R3、R2、R1等各档的分压电阻值。更换量程是需要调整小数点的显示，使用者可方便地读出测量结果。2、直流电流的测量测量电流是根据欧姆定律，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（3）图（3）电流测量原理实用数字万用表的直流电流档电路，如图（4）所示。2图（4）实用分流器电路图（4）中各档分流电阻是这样计算的，先计算最大电流档（2A）的分流电阻R5（数字电压表最大输入为200mV）R5=U0Im5=0.2V2A=0.1(Ω)，再计算200mA档的R4：R4=U0Im4−R5=0.20.2−0.1=0.9(Ω)依次可以计算出R3、R2和R1，请同学们自己练习。图中的FUSE是2A的保险丝，电流很大时会快速熔断，起过流保护作用。两只反向连接且与分流电阻并联的二极管为塑封硅整流二极管，正常测量时，输入电压小于硅整流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，双向限幅，电压嵌位在0.7V，起过压保护作用。保护仪表不被损坏。用2A测量时，若发现电流大于0.5A时，应使测量时间小于20秒，仪器在面板上提供了待测电流接口，测量时可直接在本接口串入电流表进行测量。3、交流电压、电流的测量电路数字万用表中交流电压、电流测量电路是在分压器或分流器之后串入了一级交流—直流（AC--DC）变换器，如图（5）所示。图（5）3该AC—DC变换器主要由集成运算放大器、整流二极管、RC滤波电容等组成，还包含一个能调整输出电压高低的电位器：AC—DC校准电位器，用来对交流电压档进行校准之用，调整该电位器可使数字电压表头的显示值等于被测交流电压的有效值。4、电阻测量电路数字万用表中的电阻档采用的是比例测量方法，其原理电路见图（6），图（6）电阻测量原理由稳压管DZ提供测量基准电压，流过标准电阻R0和被测电阻Rx的电流基本相等（数字表头的输入阻抗很高，其取用的电流可忽略不计）。所以A/D转换器的参考电压UREF和输入电压UIN有如下关系：UREFUIN=R0Rx即Rx=UINUREFR0根据所用A/D转换器的特性可知，数字表显示的是UIN与UREF的比值，当UIN=URE时显示“1000”，UIN=0.5UREF时显示“500”，依次类推。所以，当Rx=R0时，表头将显示“1000”，当Rx=0.5R0时显示“500”，这称为比例读数特性。因此，我们只需要选取不同的标准电阻并适当对小数点进行定位，就能得到不同的电阻测量档。4图（7）电阻测量电路对200Ω档，取R05=100Ω，小数点定在十位上。当Rx=100Ω时，表头就会显示出100.0（Ω）。当Rx变化时，显示值相应变化，可以从0.1Ω测到199.9Ω（其余各档请学生自己进行推导）。数字万用表多量程电阻档电路如图（7）所示，由上分析可知，R5=R05=100ΩR4=R04-R05=1000-100=900ΩR3=R03-R04=10K-1K=9K······图（7）中由正温度系数（PTC）热敏电阻Rt与晶体管组成了过压保护电路，以防止误用电阻去测高电压时损坏集成电路。当误测量高电压时，晶体管发射极将击穿从而限制...
