3.3.2　數字式萬用表

數字式萬用表是大規模集成電路、數字顯示技術與計算機技術的結晶。數字式萬用表與模擬式萬用表的測量過程和指示方式完全不同。模擬式萬用表是先通過一定的測量電路將被測的模擬電量轉換成電流信號，再由電流信號去驅動磁電系測量機構使表頭指針偏轉，通過表盤上標度尺的讀數指示出被測量大小，其工作原理框圖如圖3-37所示；數字式萬用表是先由模/數轉換器（A/D轉換器）將被測模擬量變換成數字量，然后通過電子計數器的計數，最后把測量結果用數字直接顯示在顯示器上，其工作原理框圖如圖3-38所示。

（1）特點

數字式萬用表與模擬式萬用表相比，具有許多如下優點：

①模擬式萬用表的主要部件是指針式電流表，測量結果為指針式顯示；數字式萬用表主要應用了數字集成電路等器件，測量結果為數字顯示。

②數字式萬用表的準確度高，這是指針式萬用表望塵莫及的。目前大量使用的3位半或4位半數字式萬用表的測量準確度為±0.5%～±0.03%。與此同時，數字式萬用表的分辨率也很高，這里所說的分辨率，是指最低量程上末位一個數字所對應的數值。需要指出的是，分辨率表征儀表的靈敏性，而準確度則是反映測量結果與真實值一致的程度，兩者是不同的概念。在實際使用過程中，并不是準確度和靈敏度越高越好，這要視被測的具體對象而定，否則準確度和靈敏度太高也是一種浪費。一般來講，3位半的數字式萬用表已能滿足一般情況下測量的需要。

③與模擬式萬用表的內阻相比，數字式萬用表的內阻（輸入阻抗）高得多；所以在進行電壓測量時，后者更接近理想的測量條件。

④模擬式萬用表電阻阻值的刻度線從左到右逐漸變疏，即刻度是非線性的；相對而言，數字式萬用表的顯示則是線性的。

⑤在進行直流電壓或電流測量時，模擬式萬用表如果正、負極接反，指針的偏轉方向也相反；而數字式萬用表能自動判別并且顯示出極性的正或負。

⑥模擬式萬用表是根據指針和刻度來讀數的，會因每個人的讀數習慣不同而產生一定的人為誤差；數字式萬用表是數字顯示，測量速率快，沒有此類人為誤差。

（2）基本組成

如前所述，模擬式萬用表是用磁電系測量機構來指示被測量的數值，其指針偏轉角的大小與流過該測量機構的直流電流成正比。所以不管測量什么量，都要求將被測量轉換成大小適當的直流電流通過表頭。這一工作在萬用表中是由測量電路來完成的。

數字式萬用表則不同，它是由功能選擇開關把各種被測量分別通過相應的功能變換，變換成直流電壓，并按照規定的線路送到量程選擇開關，然后將相應的直流電壓送到A/D轉換器，由A/D轉換器將直流電壓轉換成數字信號，再經數字電路處理后通過液晶（LCD）顯示器顯示出被測量的數值。圖3-39是普通數字式萬用表的基本組成框圖。

從圖中可以看出，數字式萬用表由四個基本部分組成：

①模擬電路。它包括功能選擇電路、各種變換器電路、量程選擇電路。

②A/D轉換器。

③數字電路。

④顯示器電路 。

其中A/D轉換器是數字式萬用表的核心部分，大都采用集成電路（IC）。如用于3位半儀表中的ICL7106集成電路，它包括了A/D轉換器和數字電路兩大部分。現在有許多不同型號的用于數字式萬用表的專用集成電路產品。

（3）主要技術性能

數字式萬用表由于應用了大規模集成電路，使得操作變得更簡便，讀數更精確，而且還具備了較完善的過電壓、過電流等保護功能。它能對多種電量進行直接測量并把測量結果用數字方式顯示，與模擬式萬用表相比，其各種性能指標均有大幅度提高。表3-4所示為DT830型和DT890A型數字萬用表的主要技術性能。

（4）面板結構

不同型號數字式萬用表的面板結構各不相同，但其功能大同小異。下面以DT830型數字式萬用表為例，介紹其面板結構。

圖3-40為DT830型數字式萬用表的面板圖，主要包括電源開關、液晶顯示屏、h_FE插孔、輸入插孔以及量程選擇開關等。

①電源開關　電源開關（POWER）可根據實際需要，分別將其置于“ON”（開）或“OFF”（關）狀態。測量完畢，應將其置于“OFF”位置，以免消耗電池的能量。數字式萬用表的電池盒位于后蓋的下方，通常采用直流9V的疊層電池。在電池盒內還裝有熔絲管，起過載保護作用。

②液晶顯示屏　液晶顯示屏最大顯示值為1999或-1999，有自動調零及極性自動顯示功能。若被測電壓或電流的極性為負，則顯示值前將帶“-”號。當其輸入超過量程時，顯示屏左端出現“1”或“-1”的提示字樣。

③h_FE插孔　h_FE插孔是測試晶體三極管電流放大倍數的專用插口，測試時，將三極管的三個引腳插入對應的E、B、C孔內即可。

④輸入插孔　輸入插孔是萬用表通過表筆與被測量連接的部位，設有“COM”“V·Ω”“mA”“10A”四個插口。注意，黑表筆始終插在“COM”孔內；紅表筆則根據具體測量對象插入不同的孔內（“V·Ω”、“mA”或“10A”插孔）。在“COM”插孔與其他三個插孔之間分別標有“10A·MAX” 或“MAX200mA” 和“MAX750V～、1000V----”標記，前者表示在對應的插孔內所測量的電流值不能超過10A或200mA；后者表示所測量的交流電壓不能超過750V，所測量的直流電壓不能超過1000V。

⑤量程選擇開關　量程選擇開關周圍用不同的顏色和分界線標出了各種不同的測量種類和量程。

（5） 使用方法

①電壓測量　將紅、黑表筆分別接“V·Ω”與“COM”插孔，根據所測直流或交流電壓的大小合理選擇量程（直流200mV、2V、20V、200V、1000V或交流200V、750V）；將紅、黑表筆并接于被測電路（若是直流，注意紅表筆接高電位端，否則顯示屏左端將顯示“-”），此時顯示屏顯示出被測電壓數值。若顯示屏只顯示最高位“1”，表示溢出，應將量程調高。注意，不同的量程，其測量精度是不同的。例如，測量一節電壓為1.5V的干電池，分別用2V、20V、200V、1000V 擋測量，其測量值分別為1.552V、1.55V、1.6V和2V，所以不能用高量程擋去測小電壓。

②電流測量　測量交、直流電流（AC A、DC A）時，將紅表筆插入“mA”或“10A”插孔（根據測量值的大小），黑表筆接“COM”插孔，旋動量程選擇開關至合適位置（2mA、20mA、200mA或10A），將兩表筆串接于被測回路（直流時，注意極性），顯示屏所顯示的數值即為被測電流的大小。

③電阻測量　測量電阻時，無須調零。將紅、黑表筆分別插入“V·Ω”與“COM”插孔，旋動量程選擇開關至合適位置（200、2k、200k、2M、20M），將兩筆表跨接在被測電阻兩端（不得帶電測量！），顯示屏所顯示數值即為被測電阻的數值。應注意的是，有些型號的數字式萬用表，有200MΩ及以上的量程擋，當使用此量程擋位進行測量時，先將兩表筆短路，若顯示屏顯示的數據不為零，仍屬正常，此讀數是一個固定的偏移值，被測電阻的實際數值應為顯示數值減去該偏移值。

④二極管和電路通斷的測量　進行二極管和電路通斷測試時，紅、黑表筆分別插入“V·Ω”與“COM”插孔，旋動量程開關至二極管測試位置“”。在正向情況下，顯示屏即顯示出二極管的正向導通電壓（鍺管應在0.2～0.3V之間，硅管應在0.5～0.8V之間）；在反向情況下，顯示屏若顯示“1”，表明二極管不導通，否則，表明被測二極管的反向漏電流大。在正向狀態下，若顯示“000”，則表明二極管短路，若顯示“1”，則表明斷路。在測量線路或器件的通斷狀態時，若檢測的阻值小于30Ω，則表內發出蜂鳴聲以表示線路或器件處于導通狀態。

⑤“h_FE”值測量　進行三極管“h_FE”值測量時，根據被測管的類型（PNP或NPN）的不同，把量程開關轉至“PNP” 或“NPN”處，再把被測三極管的三個腳插入相應的E、B、C孔內，此時，顯示屏所顯示的數值即為被測管的“h_FE”的大小。

（6）使用注意事項

①儀表的使用或存放應避免高溫、寒冷、高濕、陽光直射及強烈振動環境（其工作溫度為0～40℃，濕度為80%），使用時應輕拿輕放。

②數字式萬用表在剛測量時，顯示屏上的數值會有跳動現象，這是正常的，應當待顯示數值穩定后（約1～2s）才能讀數，切勿用最初跳動變化中的某一數值，當作被測量值讀取。另外，被測元器件的引腳因日久氧化或有銹污，可能造成被測元件和表筆之間接觸不良，顯示屏會出現長時間的跳動現象，無法讀取正確測量值。這時應先清除氧化層和銹污，使表筆接觸良好后再測量。

③測量時，如果顯示屏上只有“半位”上的讀數1，則表示被測數超出所在量程范圍（二極管測量除外），稱為溢出。這時說明量程選得太小，可換高一擋量程再測試。

④數字式萬用表的功能多，量程擋位也多，導致相鄰兩個擋位間的距離比較小。因此，轉換量程開關時，動作要慢，用力不要過猛。在開關轉換到位后，再輕輕地左右撥動一下，看看是否真的到位，以確保量程開關接觸良好。

⑤嚴禁在測量的同時旋動量程開關，特別是在測量高電壓、大電流的情況下，以防產生電弧燒壞量程開關。

⑥交流電壓擋只能直接測量低頻（小于500Hz）正弦波信號。

⑦測量晶體管“h_FE”值時，由于工作電壓僅為2.8V，且未考慮U_be的影響，因此，測量值偏高，只能是一個近似值。

⑧當顯示屏出現“LOBAT”或“←”時，表明電池電壓不足，應予更換。

⑨若測量電流時，沒有讀數，應檢查熔絲是否熔斷。

⑩測量完畢后，應關上儀表電源；如果長期不用，應將電池取出，以免因電池變質而使萬用表生銹甚至損壞萬用表。