便攜式數(shù)字萬(wàn)用表原理與維修

第1章 數(shù)字萬(wàn)用表概述

第2章 數(shù)字萬(wàn)用表使用與維修指南

第3章 單片A/D轉(zhuǎn)換器的原理與應(yīng)用

第4章 單片數(shù)字萬(wàn)用表集成電路的原理與應(yīng)用

第5章 數(shù)字萬(wàn)用表功能轉(zhuǎn)換器的工作原理及常見(jiàn)故障分析

第6章 3位數(shù)字萬(wàn)用表的原理、維修及調(diào)試

第7章 3位和4位數(shù)字萬(wàn)用表的原理、維修及調(diào)試

附錄A 數(shù)字萬(wàn)用表的常用符號(hào)

參考文獻(xiàn)

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書(shū) 名: 便攜式數(shù)字萬(wàn)用表原理與維修

作 者:沙占友 杜之濤

出版社: 電子工業(yè)出版社

出版時(shí)間: 2009年02月

數(shù)字萬(wàn)用表是電子愛(ài)好者最基本的測(cè)試工具，一塊好的數(shù)字萬(wàn)用表不僅能夠測(cè)量各種電學(xué)參數(shù)更是電子愛(ài)好者排除故障、修理電器的得力助手。當(dāng)前可供選擇的數(shù)字萬(wàn)用表產(chǎn)品種類(lèi)很多，如何選擇一塊既經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、又能滿(mǎn)足自己需要的數(shù)字萬(wàn)用表呢?

從自己的實(shí)際需要出發(fā)

數(shù)字萬(wàn)用表的分類(lèi)很雜:按其結(jié)構(gòu)可以分為臺(tái)式數(shù)字萬(wàn)用表和手持式數(shù)字萬(wàn)用表，根據(jù)其是否帶有微處理器又可以劃分為傳統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換型數(shù)字萬(wàn)用表的和智能型數(shù)字萬(wàn)用表，而按照其位數(shù)還可以劃分為3 位半數(shù)字萬(wàn)用表、4 位半數(shù)字萬(wàn)用表……等。

數(shù)字萬(wàn)用表的精度、結(jié)構(gòu)、品牌和智能化狀況決定了價(jià)格的差異，當(dāng)前市場(chǎng)上出售的數(shù)字萬(wàn)用表價(jià)格跨度從十幾塊錢(qián)到幾萬(wàn)塊錢(qián)都有。因此，自己買(mǎi)一塊數(shù)字萬(wàn)用表到底用來(lái)做什么，在選擇產(chǎn)品前一定要明確自己的需求:如果只是一般性的測(cè)試，對(duì)測(cè)量精度的要求不高，那就選擇一塊便宜的手持式數(shù)字萬(wàn)用表就足夠了;如果是從事精密測(cè)量、修理或者對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性要求很高，那就應(yīng)該選擇高檔的手持式數(shù)字萬(wàn)用表或臺(tái)式數(shù)字萬(wàn)用表。

購(gòu)買(mǎi)時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng)

A、精度

數(shù)字萬(wàn)用表的精度直接影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性，拿到一塊數(shù)字萬(wàn)用表首先應(yīng)該對(duì)其精度技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析:一則看看這塊表的精度能否到達(dá)自己的要求，二則對(duì)這塊表的整體性能進(jìn)行分析，不要以為4 位數(shù)字萬(wàn)用表就一定比3 位半數(shù)字萬(wàn)用表的測(cè)量精度高，一塊工藝粗糙的4 位半數(shù)字萬(wàn)用表的測(cè)量精度可能還趕不少一塊做工精良的3 位半數(shù)字萬(wàn)用表，店主就遇到過(guò)這樣的表:一塊無(wú)名小廠(chǎng)生成的DT9103型4 位半數(shù)字萬(wàn)用表，在測(cè)量過(guò)程中，數(shù)字跳動(dòng)非常厲害，根本達(dá)不到技術(shù)指標(biāo)的要求。

B、注意事項(xiàng)

1、外觀

一塊好的數(shù)字萬(wàn)用表能夠成為一件讓人賞心悅目的工藝品，無(wú)論從材料、注塑工藝還是電路板、防護(hù)套等部件，都應(yīng)當(dāng)盡可能做到完美。

2、檢查項(xiàng)目

拿到一塊數(shù)字萬(wàn)用表后:

首先應(yīng)該檢查其表殼是否完好，開(kāi)關(guān)、按鍵是否功能正常、手感良好。

撥動(dòng)開(kāi)關(guān)(測(cè)量功能選擇)是否旋轉(zhuǎn)靈活，阻尼合適，手感舒適，對(duì)應(yīng)的測(cè)量測(cè)量功能是否正常。

液晶顯示屏是否清晰，有無(wú)筆畫(huà)缺失，數(shù)字跳動(dòng)應(yīng)盡量小。

蜂鳴器是否能發(fā)聲。

3、參考因素

如果能打開(kāi)表殼，可以留心一下電路板的設(shè)計(jì)、所選用的元件、安裝和焊接水平等，一塊好的數(shù)字萬(wàn)用表，電路板的設(shè)計(jì)是非常重要的，國(guó)產(chǎn)表一般是雙層板，而國(guó)外一些大廠(chǎng)的表會(huì)選用多層電路板布局以提供更好的屏蔽和電氣性能。選用元件的水平?jīng)Q定了數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量精度，高端數(shù)字萬(wàn)用表往往采用貼片元件，提高精度的同時(shí)也減少電路板的體積，關(guān)鍵部位的元件甚至?xí)M(jìn)行篩選。焊接水平就不多講了，電子愛(ài)好者都知道(說(shuō)到焊接水平，你可以打開(kāi)一塊十幾元的數(shù)字萬(wàn)用表來(lái)看看，手工作坊的產(chǎn)品保證會(huì)讓你覺(jué)得慘不忍睹)。

購(gòu)買(mǎi)時(shí)還應(yīng)該留心一些細(xì)節(jié)，比如安全防護(hù)、產(chǎn)品保修、測(cè)試電纜、用戶(hù)手冊(cè)等是否完備。

4、性能檢測(cè)

購(gòu)買(mǎi)數(shù)字萬(wàn)用表時(shí)，可以借助測(cè)量已知量的方法(如電阻、電容、電池電壓、交流電壓等)對(duì)數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量功能進(jìn)行確認(rèn)，有條件的可以送到相應(yīng)的機(jī)構(gòu)對(duì)技術(shù)指標(biāo)逐項(xiàng)檢查、驗(yàn)收。

數(shù)字萬(wàn)用表是目前最常用的一種數(shù)字儀表。其主要特點(diǎn)是準(zhǔn)確度高、 分辨率強(qiáng)、測(cè)試功能完善、測(cè)量速度快、顯示直觀、過(guò)濾能力強(qiáng)、耗電省，便于攜帶。進(jìn)入 90 年代以來(lái)，數(shù)字萬(wàn)用表在我國(guó)獲得迅速普及與廣泛使用，已成為現(xiàn)代電子測(cè)量與維修工作的必備儀表，并正在逐步取代傳統(tǒng)的模擬式(即指針式)萬(wàn)用表。

數(shù)字萬(wàn)用表亦稱(chēng)為數(shù)字多用表(DMM)，其種類(lèi)繁多，型號(hào)各異。每個(gè)電子工作者都希望有一塊較理想的數(shù)字萬(wàn)用表。選擇數(shù)字萬(wàn)用表的原則很多，有時(shí)甚至?xí)蛉硕悺５珜?duì)于手持式(袖珍式)數(shù)字萬(wàn)用表而言，大致應(yīng)具備以下特點(diǎn):顯示清晰，準(zhǔn)確度高，分辨力強(qiáng)，測(cè)試范圍寬，測(cè)試功能齊全，抗干擾能力強(qiáng)，保護(hù)電路比較完善，外形美觀、大方、操作簡(jiǎn)便、靈活、可靠性好，功耗較低，便于攜帶、價(jià)格適中等等。

數(shù)字萬(wàn)用表的主要指標(biāo)、顯示位數(shù)及顯示特點(diǎn)

數(shù)字萬(wàn)用表的顯示位數(shù)通常為3 1/2位~8 1/2位。判定數(shù)字儀表的顯示位數(shù)有兩條原則:其一是，能顯示從0-9中所有數(shù)字的位數(shù)是整位數(shù);其二是，分?jǐn)?shù)位的數(shù)值是以最大顯示值中最高位數(shù)字為分子，用滿(mǎn)量程時(shí)計(jì)數(shù)值為2000 ，這表明該儀表有3個(gè)整數(shù)位，而分?jǐn)?shù)位的分子是1，分母是2，故稱(chēng)之為3 1/2位，讀作"三位半"，其最高位只能顯示 0 或1(0 通常不顯示)。3 2/3位(讀作"三又三分之二位")數(shù)字萬(wàn)用表的最高位只能顯示0~2的數(shù)字，故最大顯示值為±2999。在同樣情況下，它要比3 1/2位的數(shù)字萬(wàn)用表的量限高50%，尤其在測(cè)量380V 的交流電壓是很有價(jià)值。

普及型數(shù)字萬(wàn)用表一般屬于3 1/2位顯示的手持式萬(wàn)用表，4 1/2，5 1/2位(6位以下)數(shù)字萬(wàn)用表分為手持式、臺(tái)式兩種。6 1/2位以上大多屬于臺(tái)式數(shù)字萬(wàn)用表。

數(shù)字萬(wàn)用表采用先進(jìn)的數(shù)顯技術(shù)，顯示清晰直觀、讀書(shū)準(zhǔn)確。它既能保證了讀數(shù)的客觀性，又符合人們的讀數(shù)習(xí)慣，能夠縮短讀數(shù)或記錄時(shí)間。這些優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)的模擬式(即指針式)萬(wàn)用表所不具備的。

準(zhǔn)確度(精度)

數(shù)字萬(wàn)用表的準(zhǔn)確度是測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的綜合。它表示測(cè)量值與真值的一致程度，也反映測(cè)量誤差的大小。一般講準(zhǔn)確度愈高，測(cè)量誤差就愈小，反之亦然。

數(shù)字萬(wàn)用表的準(zhǔn)確度遠(yuǎn)優(yōu)于模擬指針萬(wàn)用表。萬(wàn)用表的準(zhǔn)確度是一個(gè)很重要的指標(biāo)，它反映萬(wàn)用表的質(zhì)量和工藝能力，準(zhǔn)確度差的萬(wàn)用表很難表達(dá)出真實(shí)的值，容易引起測(cè)量上的誤判。

分辨力(分辨率)

數(shù)字萬(wàn)用表在最低電壓量程上末位1個(gè)字所對(duì)應(yīng)的電壓值，稱(chēng)作分辨力，它反映出儀表靈敏度的高低。數(shù)字?jǐn)?shù)字儀表的分辨力隨顯示位數(shù)的增加而提高。不同位數(shù)的數(shù)字萬(wàn)用表所能達(dá)到的最高分辨力指標(biāo)不同。

數(shù)字萬(wàn)用表的分辨力指標(biāo)亦可用分辨率來(lái)顯示。分辨率是指儀表能顯示的最小數(shù)字(零除外)與最大數(shù)字的百分比。

需要指出，分辨率與準(zhǔn)確度屬于兩個(gè)不同的概念。 前者表征儀表的"靈敏性"，即對(duì)微小電壓的"識(shí)別"能力;后者反映測(cè)量的"準(zhǔn)確性"，即測(cè)量結(jié)果與真值的一致程度。二者無(wú)必然的聯(lián)系，因此不能混為一談，更不得將分辨力(或分辨率)誤以為是類(lèi)似于準(zhǔn)確度則取決于儀表內(nèi)部 A/D 轉(zhuǎn)換器、功能轉(zhuǎn)換器得綜合誤差以及量化誤差。從測(cè)量角度看，分辨力是"虛"指標(biāo)(與測(cè)量誤差無(wú)關(guān))，準(zhǔn)確度才是"實(shí)"指標(biāo)(它決定測(cè)量誤差得大小)。因此，任意增加顯示位數(shù)來(lái)提高儀表分辨力得方案是不可取得。

測(cè)量范圍

在多功能數(shù)字萬(wàn)用表中，不同功能均有其對(duì)應(yīng)得可以測(cè)量得最大值和最小值。

測(cè)量速率

數(shù)字萬(wàn)用表每秒鐘對(duì)被測(cè)電量的測(cè)量次數(shù)叫測(cè)量速率，其單位是"次/s"。它主要取決于 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。有的手持式數(shù)字萬(wàn)用表用測(cè)量周期來(lái)表示測(cè)量的快慢。完成一次測(cè)量過(guò)程所需要的時(shí)間叫測(cè)量周期。

測(cè)量速率與準(zhǔn)確度指標(biāo)存在著矛盾，通常是準(zhǔn)確度愈高， 測(cè)量速率愈低，二者難以兼顧。解決這一矛盾可在同一塊萬(wàn)用表設(shè)置不同的顯示位數(shù)或設(shè)置測(cè)量速度轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān):增設(shè)快速測(cè)量檔，該檔用于測(cè)量速率較快的 A/D 轉(zhuǎn)換器;通過(guò)降低顯示位數(shù)來(lái)大幅度提高測(cè)量速率，此法應(yīng)用的比較普通，可滿(mǎn)足不同用戶(hù)對(duì)測(cè)量速率的需要。

輸入阻抗

測(cè)量電壓時(shí)，儀表應(yīng)具有很高的輸入阻抗，這樣在測(cè)量過(guò)程中從被測(cè)電路中吸取的電流極少，不會(huì)影響被測(cè)電路或信號(hào)源的工作狀態(tài)，能夠減少測(cè)量誤差。

測(cè)量電流時(shí)，儀表應(yīng)該具有很低的輸入阻抗，這樣接入被測(cè)電路后，可盡量減小儀表對(duì)被測(cè)電路的影響，但是在使用萬(wàn)用表電流檔時(shí)，由于輸入阻抗較小，所以較容易燒壞儀表，請(qǐng)用戶(hù)在使用時(shí)注意。

數(shù)字萬(wàn)用表的分類(lèi)

數(shù)字萬(wàn)用表按照量程轉(zhuǎn)換方式來(lái)分類(lèi)，可劃分成三種類(lèi)型:手動(dòng)量程(MAN RANGZ)，自動(dòng)量程(AUTO RANGZ)，自動(dòng)/手動(dòng)量程(AUTO/MAN RANGZ )。

根據(jù)功能、用途及價(jià)格的不同，數(shù)字萬(wàn)用表大致可分為9大類(lèi): 低檔數(shù)字萬(wàn)用表(亦稱(chēng)普及型數(shù)字萬(wàn)用)、中檔數(shù)字萬(wàn)用表、中/高檔數(shù)字萬(wàn)用表、數(shù)字/模擬混合式儀表，數(shù)字/模擬圖雙顯示的儀表、萬(wàn)用示波表(將數(shù)字萬(wàn)用表、數(shù)字存儲(chǔ)示波器等動(dòng)能集于一身)。

數(shù)字萬(wàn)用表的測(cè)試功能

數(shù)字萬(wàn)用表不僅可以測(cè)量直流電壓(DCV)、交流電壓(ACV)，直流電流(DCA)、交流電流(ACA)、電阻(Ω)、二極管正向壓降(VF)、晶體管發(fā)射極電流放大系數(shù)(hrg)、還能測(cè)電容量(C)、電導(dǎo)(ns)、溫度(T)、頻率(f)，并增加了用以檢查線(xiàn)路通斷的蜂鳴器檔(BZ)、低功率法測(cè)電阻檔(L0Ω)。有的儀表還具有電感檔、信號(hào)檔、AC/DC自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，電容檔自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程功能。

數(shù)型數(shù)字萬(wàn)用表大多增加了下述新穎實(shí)用的測(cè)試功能:讀數(shù)保持(HOLD)、邏輯測(cè)試(LOGIC)、真有效值(TRMS)、相對(duì)值測(cè)量(RELΔ)、自動(dòng)關(guān)機(jī)(AUTO OFF POWER)等。

數(shù)字萬(wàn)用表的抗干擾能力

簡(jiǎn)單的數(shù)字萬(wàn)用表普遍采用積分式A/D轉(zhuǎn)換原理，只要選擇正向積分時(shí)間恰好等于串楨干擾信號(hào)周期的整倍數(shù)，就能有效地抑制串楨干擾。這是因?yàn)榇畼E干擾信號(hào)在正向積分階段被平均掉的緣故。中、低檔數(shù)字萬(wàn)用表的共楨抑制比(CMRR)可達(dá)86~120dB。

數(shù)字萬(wàn)用表的發(fā)展趨勢(shì)

集成化:手持式數(shù)字萬(wàn)用表采用單片 A/D 轉(zhuǎn)換器，外圍電路比較簡(jiǎn)單，只需少量輔助芯片和元器件。隨著單片數(shù)字萬(wàn)用表專(zhuān)用芯片不斷問(wèn)世，使用一片IC即可構(gòu)成功能比較完善的自動(dòng)量程數(shù)字萬(wàn)用表，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和降低成本創(chuàng)造了有利條件。

功耗低:新型數(shù)字萬(wàn)用表普遍采用CMOS大規(guī)模集成電路的A/D轉(zhuǎn)換器，整機(jī)功耗很低。

普通萬(wàn)用表與數(shù)字萬(wàn)用表的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比:

指針式與數(shù)字式萬(wàn)用表各有優(yōu)缺點(diǎn)。

指針萬(wàn)用表是一種平均值式儀表，它具有直觀、形象的讀數(shù)指示。(一般讀數(shù)值與指針擺動(dòng)角度密切相關(guān)，所以很直觀)。

數(shù)字萬(wàn)用表是瞬時(shí)取樣式儀表。它采用0.3秒取 一次樣來(lái)顯示測(cè)量結(jié)果，有時(shí)每次取樣結(jié)果只是十分相近，并不完全相同，這對(duì)于讀取結(jié)果就不如指針式方便。指針式萬(wàn)用表一般內(nèi)部沒(méi)有放大器，所以?xún)?nèi)阻較小。

數(shù)字式萬(wàn)用表由于內(nèi)部采用了運(yùn)放電路，內(nèi)阻可以做得很大，往往在1M歐或更大。(即可以得到更高的靈敏度)。這使得對(duì)被測(cè)電路的影響可以更小，測(cè)量精度較高。

指針式萬(wàn)用表由于內(nèi)阻較小，且多采用分立元件構(gòu)成分流分壓電路。所以頻率特性是不均勻的(相對(duì)數(shù)字式來(lái)說(shuō))，而數(shù)字式萬(wàn)用表的頻率特性相對(duì)好一點(diǎn)。 指針式萬(wàn)用表內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以成本較低，功能較少，維護(hù)簡(jiǎn)單，過(guò)流過(guò)壓能力較強(qiáng)。

數(shù)字式萬(wàn)用表內(nèi)部采用了多種振蕩，放大、分頻保護(hù)等電路，所以功能較多。比如可以測(cè)量溫度、頻率(在一個(gè)較低的范圍)、電容、電感，做信號(hào)發(fā)生器等等。

數(shù)字式萬(wàn)用表由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)多用集成電路所以過(guò)載能力較差，損壞后一般也不易修復(fù)。數(shù)字式萬(wàn)用表輸出電壓較低(通常不超過(guò)1伏)。對(duì)于一些電壓特性特殊的元件的測(cè)試不便(如可控硅、發(fā)光二極管等)。指針式萬(wàn)用表輸出電壓較高。電流也大，可以方便的測(cè)試可控硅、發(fā)光二極管等。

對(duì)于初學(xué)者應(yīng)當(dāng)使用指針式萬(wàn)用表，對(duì)于非初學(xué)者應(yīng)當(dāng)使用兩種儀表。

前言

數(shù)字萬(wàn)用表常用符號(hào)

第一章 數(shù)字萬(wàn)用表概述

第一節(jié) 數(shù)字萬(wàn)用表的主要特點(diǎn)

第二節(jié) 數(shù)字萬(wàn)用表的產(chǎn)品分類(lèi)

第三節(jié) 數(shù)字萬(wàn)用表的基本構(gòu)成

第四節(jié) 單片數(shù)字萬(wàn)用表集成電路簡(jiǎn)介

第五節(jié) 國(guó)內(nèi)外數(shù)字萬(wàn)用表主要生產(chǎn)廠(chǎng)家及典型產(chǎn)品

第六節(jié) 新型數(shù)字萬(wàn)用表典型產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)

第七節(jié) 71種常用數(shù)字萬(wàn)用表的集成電路配置情況

第二章 數(shù)字萬(wàn)用表功能轉(zhuǎn)換器的基本原理

第一節(jié) DCV測(cè)量電路

第二節(jié) 線(xiàn)性AC/DC轉(zhuǎn)換器

第三節(jié) 簡(jiǎn)易平均值A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換器

第四節(jié) 交流/直流(AC/DC)測(cè)量功能自動(dòng)轉(zhuǎn)換器

第五節(jié) I/U轉(zhuǎn)換器

第六節(jié) Ω/U轉(zhuǎn)換器

第七節(jié) HIΩ/U轉(zhuǎn)換器

第八節(jié) G/U轉(zhuǎn)換器

第九節(jié) C/U轉(zhuǎn)換器

第十節(jié) f/U轉(zhuǎn)換器

第十一節(jié) UF/U轉(zhuǎn)換器

第十二節(jié) hFE/U轉(zhuǎn)換器

第十三節(jié) T/U轉(zhuǎn)換器

第十四節(jié) 檢測(cè)線(xiàn)路通斷的電路

第十五節(jié) 檢測(cè)電池的電路

第十六節(jié) 自動(dòng)關(guān)機(jī)電路

第三章 單片數(shù)字萬(wàn)用表集成電路的原理與應(yīng)用

第一節(jié) AME7106型多功能低功耗單片3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器

第二節(jié) UM7108F型具有串行接口及頻率測(cè)量功能的單片3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器

第三節(jié) NJU9207/9212型單片3 1/2位自動(dòng)量程數(shù)字萬(wàn)用表集成電路

第四節(jié) ICL7139/7149型單片3 3/4位自動(dòng)量程數(shù)字萬(wàn)用表集成電路

第五節(jié) TC815/818A型單片3 1/2位自動(dòng)量程數(shù)字萬(wàn)用表集成電路

第六節(jié) TC820型單片3 3/4位數(shù)字萬(wàn)用表集成電路

第四章 單片智能數(shù)字萬(wàn)用表集成電路的原理與應(yīng)用

第五章 3 1/2位數(shù)字萬(wàn)用表的整機(jī)電路原理及應(yīng)用

第六章 4 1/2位、5 1/2位數(shù)字萬(wàn)用表的整機(jī)電路原理及應(yīng)用

第七章 單片數(shù)字萬(wàn)用表的原理及應(yīng)用

第八章 數(shù)字萬(wàn)用表使用指南

參考文獻(xiàn)