數(shù)字測量技術的-南京信息工程大學

1、 PAGE PAGE 10數(shù)字萬用表的設計與校準隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字測量技術的日趨普及，指針式儀表存在的問題也逐漸顯現(xiàn)出來。為了讓學生了解數(shù)字式萬用電表的工作原理，及模擬信號轉換成數(shù)字信號的基本方法，我們設計出數(shù)字式萬用電表設計與校準實驗，該實驗不僅具有實驗內容豐富，且內容由淺入深，適合各高等院校物理、電子等專業(yè)學生使用。一、實驗目的1、 掌握數(shù)字萬用表的工作原理、組成和特性。2、 掌握數(shù)字萬用表的校準和使用。3、 掌握多量程數(shù)字萬用表分壓、分流電路計算和連接；學會設計制作、使用多量程數(shù)字萬用表。二、實驗儀器數(shù)字萬用表設計實驗儀 1三、實驗原理1、直流電壓測量電路在數(shù)字電壓表頭前面加

2、一級分壓電路（分壓器量的量程。數(shù)字萬用表的直流電壓檔分壓電路如圖（2）阻抗的情況下，達到準確的分壓效果。例如：其中 200 V 檔的為分壓比為：R RRR45RR10K 10M 0.00112345其余各檔的分壓比分別為：圖（2）實用分壓器電路檔位檔位200mV12V0.120V0.01200V0.0012000V0.0001實際設計時是根據各檔的分壓比和總電阻來確定各分壓電阻的，如先確定R R R總12RRR34 10M再計算200V檔的電阻：R R45 0.001R總 10K R3、R、2R 1地讀出測量結果。2、直流電流的測量電壓，再進行測量。如圖（3）圖（3）電流測量原理實用數(shù)字萬用表

3、的直流電流檔電路，如圖（4）所示。圖（4）實用分流器電路圖（4）中各檔分流電阻是這樣計算的，先計算最大電流檔（2A）的分流電R （200mV）5UR05Im50.1()，2AU0.2200mAR R440 RI5Im 40.2 0.1 0.9()R R R ，請同學們自己練習。321FUSE2A兩只反向連接且與分流電阻并聯(lián)的二極管為塑封硅整流二極管，正常測量 影響。一旦輸入電壓大于 0.7V，二極管立即導通，雙向限幅，電壓嵌位在0.7V，2A0.5A20測量時可直接在本接口串入電流表進行測量。3、交流電壓、電流的測量電路圖（5）一級交流直流（AC-DC）變換器，如圖（5）所示。圖（5）ACDC

4、RCACDC 校準電位器， 等于被測交流電壓的有效值。4、電阻測量電路數(shù)字萬用表中的電阻檔采用的是比例測量方法，其原理電路見圖（6，圖（6） 電阻測量原理DZ0和被測電阻 Rx的電流基本相等（數(shù)字表頭的輸入阻抗很高，其取用的電流可忽略不計。 所以 A/D轉換器的參考電壓 UREFU和輸入電壓 URINR有如下關系：UREFUIN x即RINRUx0UREF根據所用A/DU 與UU =UINREFINRE時顯示1000，U =0.5U時顯示“500，依次類推。所以，當 R=R 時，INREFx01000R=0.5R 時顯示“500 x0此，我們只需要選取不同的標準電阻并適當對小數(shù)點進行定位，就能

5、得到不同的電阻測量檔。圖（7）電阻測量電路200檔，取R =100，小數(shù)點定在十位上。當R=100時，表頭就會顯05100.（。當Rxx變化時，顯示值相應變化，可以從0.1199.9（其余各檔請學生自己進行推導。數(shù)字萬用表多量程電阻檔電路如圖（7）所示，由上分析可知，R =R=100505R =R -R=1000-100=90040405R =R-R=10K-1K=9K30304圖（7）中由正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻 Rt與晶體管組成了過壓保護電路，Rt阻值迅速增大，從而限制了電流的增加，使晶體管擊穿電流不超過允許范圍。即晶體管只是處于軟擊穿狀態(tài)，不會損壞，一旦解除誤操作，R 和晶體管均t能

6、恢復正常。四、內容與步驟1、設計制作多量程直流數(shù)字電壓表（1） 制作 199.9 mV 直流數(shù)字電壓表頭校準并使用。按圖（8）接線，V 輸入端接交直流電壓校準電位器，小數(shù)點 dp 接到 B 組合適插口上去，REF以獲得一位小數(shù)點顯示（不接小數(shù)點并不會影響表頭的校準，為什么？。利用”直流檔待測微電壓（mV100 mVIN+、IN-上去。圖（8）200mVIN“交直流電壓校準”旋鈕使表頭讀數(shù)與標準表讀數(shù)一致（允許誤差圖（8）0.5m，200mV（2）擴展電壓表頭成為多量程直流電壓表按圖（10）接線，BBA（3）用自制直流電壓表測直流電壓aV”中的紅、兩插孔。緩（Vb 將小燈泡（12V/500mA）

7、并聯(lián)在“直流檔待測電壓（V插口上，調節(jié)電位器，觀察燈泡亮度與燈泡兩端電壓有何關系？ 2、設計制作多量程直流數(shù)字電流表200mV（如原來已校正，此步可略。制作多量程直流數(shù)字電流表使用電路單元：電流檔用分流電阻、電流檔保護電路、三位半表頭、量程轉換與測量輸入。按圖（4）AB轉換開關，自己設計連線，制成多量程直流數(shù)字電流表。測量電流將已制作好的電流表串入“直流檔待測電壓（V上小燈泡，調節(jié)電位器，觀察燈泡亮度改變與電流的變化關系。3、設計多量程交流數(shù)字電壓表IN-）AC-DC（11）交流電壓檔校準：將“交流檔待測電壓（V”框中輸出電壓調至交流 5（用標準表測量20V“AC/DC電位器，使表頭讀數(shù)與標準

8、表讀數(shù)一致，這樣交流電壓表校準完畢。用自制交流電壓表測電壓。圖（11）將測量表棒分別置于“交流檔待測電壓（V顯示有無變化，為什么？4、設計數(shù)字電阻表（1）阻器、電阻檔保護電路。（2）參照圖（7）電阻測量電路，連接成比例式多量程數(shù)字電阻表，A動片為量程轉換開關，B（3）a： R1、R2、R3、R4b：W5 是可變電位器，測量它的變化范圍c：RG6還是成反比，線性否？d：RT7e：測量晶體管管腳間正反向電阻阻值，觀察 PN 結正向導電性。f：定性研究金屬的溫度電阻特性（選做）測量對象是儀器中的小燈泡燈絲，先用電阻檔測出燈絲常溫狀態(tài)下的阻值，然后用伏安法測量在幾種不同發(fā)光狀態(tài)下的燈絲電阻，畫出燈絲的伏安特性曲線，分析其阻值隨溫度變化的情況。5、設計交流數(shù)字電流表制作4（IN+IN-AC-DC若保持已校準好的“交直流電壓校準“電位器狀態(tài)不變，則可以省去校準步驟，否則需要重新校正。用自制交流電流表測電流強度將交流電流表串入“交流檔待測電壓（V負載接上小燈泡（12V/500mA度之間的關系。五、實驗數(shù)據記錄及處理測量電阻待測電阻（）待測電阻（）R1R2R3標準表的測量值實驗儀的測量值測量直流電壓待測電壓（V）待測電壓（V）v1v2v3標準表的測量值標準表的測量值實驗儀的測量值(3)測量直流電流待測電流（mA）待測電流（mA）I1