數(shù)字萬(wàn)用表電路圖（一）

數(shù)字萬(wàn)用表是在一個(gè)只有基本量程的直流數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而成的，這個(gè)電壓表相當(dāng)于數(shù)字萬(wàn)用表的“表頭”。其原理見(jiàn)圖1。在圖1中，除顯示器外，其余功能可全都集成在一個(gè)芯片上，具有這些功能的芯片叫A/D轉(zhuǎn)換器，較常見(jiàn)的有ICL7106、ICL7107等多種型號(hào)，它們部屬于雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器。雙積分A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部電路雖然很復(fù)雜，但根據(jù)圖1的電路可以說(shuō)明其原理。它在一個(gè)測(cè)量周期內(nèi)的工作過(guò)程如下：

測(cè)試開(kāi)始，計(jì)數(shù)器清零，積分電容c放電，然后控制邏輯使K2、K3斷開(kāi)，K1接通，積分器對(duì)被測(cè)電壓Vx進(jìn)行正向積分，正向積分也叫采樣，采樣期間積分輸出V01線(xiàn)性增加，經(jīng)過(guò)零比較器得到過(guò)零方波，通過(guò)控制邏輯打開(kāi)門(mén)G，計(jì)數(shù)器開(kāi)始對(duì)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到最高位為1時(shí)，溢出脈沖通過(guò)控制邏輯使K1、K3斷開(kāi)，K2接通，采樣結(jié)束，計(jì)數(shù)器復(fù)零。設(shè)采樣過(guò)程時(shí)間為T(mén)1，則積分輸出V01=VxT1/RC……（1），K2接通基準(zhǔn)電壓VR后，積分器開(kāi)始第二次積分（反向積分），V01開(kāi)始線(xiàn)性下降，計(jì)數(shù)器也重新計(jì)數(shù)。當(dāng)V01降至零時(shí)，比較器輸出的負(fù)方波結(jié)束，控制邏輯使K2斷開(kāi)，K3接通，積分停止。同時(shí)關(guān)閉門(mén)G，計(jì)數(shù)停止，一個(gè)測(cè)量周期結(jié)束。設(shè)反向積分過(guò)程時(shí)間為T(mén)2，則積分輸出為V01-VrT2/RC=0……（2）。由式（1）、（2），可得Vx=VrT2/T1……（3）。轉(zhuǎn)換波形見(jiàn)圖2。

設(shè)時(shí)鐘脈沖周期為T(mén)0，則T1=N1T0，T2=N2T0，N1、N2分別是正、反向積分期間計(jì)數(shù)的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)，所以VX=VRN2/N1…（4）。對(duì)干31/2位A/D轉(zhuǎn)換器，采樣期間計(jì)數(shù)到1000個(gè)脈沖時(shí)計(jì)數(shù)器有溢出，故N1=1000是個(gè)定值，如再規(guī)定VR=100.0mV，則有VX=0.1N2……（5）。（5）式說(shuō)明，適當(dāng)選擇N1及VR的值，可使VX與N2的有效數(shù)字相同，只是小數(shù)點(diǎn)位置不同。如將小數(shù)點(diǎn)定在顯示值N2的十位，便可直接讀數(shù)。例如，被測(cè)VX=123.4mV，則在反向積分期間計(jì)數(shù)到N2=1234個(gè)脈沖時(shí)，一個(gè)測(cè)量周期結(jié)束，顯示器理應(yīng)顯示1234，但電路上同時(shí)使個(gè)位數(shù)字前出現(xiàn)一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，故實(shí)際顯示123.4。

計(jì)數(shù)器中暫存的N2值是二進(jìn)制數(shù)，經(jīng)過(guò)譯碼器譯碼后可使數(shù)字顯示器顯示十進(jìn)制數(shù)。

由上面（4）式可見(jiàn)，VX的允許范圍與VR的大小有關(guān)。對(duì)于31/2位A/D轉(zhuǎn)換器，如VR=100.00mV，則最大顯示為199.9mV;如VR=1.0V，則最大可顯示1.999V。事實(shí)上VR不宜過(guò)大，否則會(huì)損壞A/D轉(zhuǎn)換器。如取VR=100.0mV，這時(shí)31/2位A/D轉(zhuǎn)換器便可構(gòu)成基本量程為0.2v的直流數(shù)字電壓表。

許多普及型數(shù)字萬(wàn)用表就是用這種基本量程為0.2v的直流數(shù)字電壓表作表頭擴(kuò)展而成的。要測(cè)較高的直流電壓，可采用分壓器將被測(cè)電壓降到0.2v以下。要測(cè)交流電壓、交、直流電流及電阻，可以采用相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成直流電壓。如被測(cè)電量數(shù)值較大，可以先分壓（或分流）而后再轉(zhuǎn)換，使轉(zhuǎn)換后的直流電壓在0.2V以下即可。數(shù)字萬(wàn)用表的原理框圖如圖3所示。

從雙積分A/D轉(zhuǎn)換器的工作過(guò)程還可看出數(shù)字萬(wàn)用表的特點(diǎn)：首先，從上面（4）式可知，被測(cè)電壓只與基準(zhǔn)電壓及計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值有關(guān)，而這兩者的準(zhǔn)確度都可以做得較高，所以數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)試準(zhǔn)確度較高。其次，疊加在VX上的短暫干擾在積分過(guò)程中會(huì)被積分掉。如T1取值為工頻信號(hào)周期（20ms的整數(shù)倍），則疊加在VX上的工頻干擾也會(huì)被積分掉，所以它的抗串模干擾能力強(qiáng)。第三，分辨力高，31/2位數(shù)字萬(wàn)用表的最高分辨力為0.1mV。但它也有缺點(diǎn)，從雙積分A/D轉(zhuǎn)換器工作過(guò)程可知，如果VX是變化的量，則正、反向積分、計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)都不能正常進(jìn)行，顯示就會(huì)紊亂，所以數(shù)字萬(wàn)用表不能測(cè)連續(xù)蠻化的電量。

數(shù)字萬(wàn)用表電路圖（二）

萬(wàn)用表是用來(lái)測(cè)量交直流電壓、電阻、直流電流等的儀表。是電工和無(wú)線(xiàn)電制作的必備工具。初看起來(lái)萬(wàn)用表很復(fù)雜，實(shí)際上它是由電流表（俗稱(chēng)表頭）、刻度盤(pán)、探針、量測(cè)電阻的原理與測(cè)直流電壓相仿，只是測(cè)試時(shí)還須加一組電池。選擇開(kāi)關(guān)指向電阻范圍時(shí)，刻度盤(pán)上找第一行電阻專(zhuān)用刻度讀數(shù)即可。

數(shù)字萬(wàn)用表電路圖（三）

數(shù)字的測(cè)量將一些測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)，然后通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，最后將測(cè)量結(jié)果用數(shù)字直接顯示。它不但能測(cè)量直流電壓、交流電壓、直流電流，交流電流和電阻，也能測(cè)量信號(hào)的頻率、的容量、的放大倍數(shù)等參數(shù)，還具有自動(dòng)校零、自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換、過(guò)載指示、保持讀數(shù)、顯示測(cè)量單位符號(hào)等功能。其中系統(tǒng)框圖。

數(shù)字萬(wàn)用表系統(tǒng)框圖，如圖所示：

測(cè)量電路原理

DT830萬(wàn)用表采用大規(guī)模集成芯片7106（或者7107）作為電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和顯示驅(qū)動(dòng)電路。引腳功能如下所述。

（1）直流電壓測(cè)量電路

直流電壓檔電路原理圖，如圖所示：

（2）交流電壓測(cè)量電路

交流電壓檔電路原理圖，如圖所示：

（3）直流電流測(cè)量電路

直流電流檔電路原理圖，如圖所示：

圖5直流電流檔電路原理圖

（4）電阻測(cè)量電路

電阻檔電路原理圖，如圖所示：

數(shù)字萬(wàn)用表電路圖（四）

圖2為數(shù)字萬(wàn)用表直流電流測(cè)量電路原理圖，圖中VD1、VD2為保護(hù)二極管，當(dāng)基本表IN＋、IN一兩端電壓大于ZOOmV時(shí)，VD1導(dǎo)通，當(dāng)被測(cè)量電位端接入IN一時(shí)，VD2導(dǎo)通，從而保護(hù)了基本表的正常工作，起到“守門(mén)”的作用。

R2～R5、RC．分別為各擋的取樣電阻，它們共同組成了電流－電壓轉(zhuǎn)換器（I／U），即測(cè)量時(shí)，被測(cè)電流△在取樣電阻上產(chǎn)生電壓，該電壓輸人至IN＋、IN—兩端，從而得到了被測(cè)電流的量值。若合理地選配各電流量程的取樣電阻，就能使基本表直接顯示被測(cè)電流量的大小。

圖2數(shù)字萬(wàn)用表直流電流測(cè)量電路原理圖