3.1 指针式万用表
指针式万用表具有电路简单、可以动态显示、测量电压电流无需安装电池等特点。指针式万用表最明显的特征是采用微安表头作为测量指示，外形如图3-1所示。我们通常将指针式万用表简称为“万用表”。
图3-1 指针式万用表
万用表实质上是电压表、电流表、欧姆表的有机组合，使用时根据需要，通过转换开关进行转换，如图3-2所示。因此，也有人将万用表称之为三用表。
图3-2 万用表原理
万用表的功能较多，各型号万用表的功能不尽相同，但都包括以下基本功能：测量直流电流、测量直流电压、测量交流电压、测量电阻。许多万用表还具有以下派生功能：测量音频电平、测量电容、测量电感及测量晶体管直流参数等，如图3-3所示。
图3-3 万用表的功能
3.1.1 万用表的结构
如图3-4所示为万用表的基本电路结构方框图，由5大部分组成：①表头及表头电路，用于指示测量结果。
图3-4 万用表方框图
②分压器，主要用于测量交、直流电压。③分流器，主要用于测量直流电流。④电池、调零电位器等，用于测量电阻。⑤测量选择电路，用于选择挡位和量程。
万用表基本上都采用磁电式微安表头，其文字符号为“PA”，图形符号如图3-5（a）所示。图3-5（b）为磁电式微安表头结构和工作原理示意图，在马蹄形永久磁铁极掌间的强磁场中，放置一线圈，当有电流通过该线圈时，电磁作用力使线圈顺时针偏转，偏转角度与通过该线圈的电流成正比。在线圈上垂直粘有一指针，即可准确指示出通过线圈的电流大小。
图3-5 万用表表头
为防止万用表在使用中用错挡位而烧毁表头，一般都设计有表头保护电路。如图3-6所示为硅二极管保护电路，二极管VD1、VD2互为反向地并接在表头两端，使得表头两端的电压不论正负都不超过0.7V，确保过载时不会损坏表头。
图3-6 表头保护电路
万用表的型号很多，电路与功能大同小异。我们下面以市场保有量较多的MF47型万用表为例进行介绍。MF47型万用表是设计新颖的磁电系整流式多量限万用表，具有灵敏度高、体积轻巧、性能稳定、过载保护可靠、读数清晰、使用方便的特点，比较适合业余爱好者使用。
MF47型万用表外形如图3-7所示，由提把、表头、测量选择开关、欧姆挡调零旋钮、表笔插孔、晶体管插孔等部分构成。
图3-7 MF47型万用表
万用表面板上部为微安表头。表头中表针下面的标度盘上共有6条刻度线，从上往下依次是电阻刻度线、电压电流刻度线、晶体管β值刻度线、电容刻度线、电感刻度线、电平刻度线。标度盘上还装有反光镜，用以消除视差。表头的下边中间有一个机械调零器，用以校准表针的机械零位，如图3-8所示。
图3-8 表头机械调零器
面板下部中间是测量选择开关，只需转动一个旋钮即可选择各量程挡位，使用方便。测量选择开关指示盘与表头标度盘相对应，按交流红色、晶体管绿色、其余黑色的规律印制成3种颜色，使用中不易搞错。
该万用表共有4个表笔插孔。面板左下角有正、负表笔插孔，一般习惯上将红表笔插入正插孔，黑表笔插入负插孔。面板右下角有2500V和5A专用插孔，当测量2500V交、直流电压时，正表笔应改为插入2500V插孔；当测量5A直流电流时，正表笔应改为插入5A插孔；如图3-9所示。
图3-9 表笔插孔
面板下部右上角是欧姆挡调零旋钮，用于校准欧姆挡“0Ω”的指示。面板下部左上角是晶体管插孔。插孔左边标注为“N”，检测NPN型晶体管时插入此孔；插孔右边标注为“P”，检测PNP型晶体管时插入此孔，如图3-10所示。
图3-10 晶体管测量插孔
3.1.2 万用表的功能
MF47万用表量程齐全，共具有8大类34个测量挡位，见表3-1，包括测量直流电流、直流电压、交流电压、电阻的26个基本量程，以及测量音频电平、电容、电感、晶体管直流参数等8个附加量程。
表3-1 MF47型万用表测量范围
（1）直流电流挡
直流电流挡测量范围为0～5A，分为0.05mA、0.5mA、5mA、50mA、500mA、5A等6挡，其中5A挡使用专用插孔，其余各挡由测量选择开关转换。
（2）直流电压挡
直流电压挡测量范围为0～2500V，灵敏度为20kΩ/V，分为0.25V、1V、2.5V、10V、50V、250V、500V、1000V、2500V等9挡，其中2500V挡使用专用插孔，其余各挡由测量选择开关转换。
（3）交流电压挡
交流电压挡测量范围为0～2500V，灵敏度为4kΩ/V，分为10V、50V、250V、500V、1000V、2500V等6挡，其中2500V挡使用专用插孔，其余各挡由测量选择开关转换。
（4）电阻挡
电阻挡具有×1、×10、×100、×1k、×10k等5挡，见表3-2。各挡中心阻值分别为22Ω、220Ω、2.2kΩ、22kΩ、220kΩ。最大可读量程为40MΩ。
表3-2 MF47型万用表电阻挡测量范围
（5）音频电平测量
音频电平使用交流电压挡测量，测量范围为-10～+62dB（0dB=0.775V），共分为5挡，见表3-3。
表3-3 MF47型万用表音频电平测量范围
（6）电容测量
电容测量使用交流10V挡，测量范围为0.001～0.3μF，见表3-4。
表3-4 MF47型万用表电容、电感测量范围
（7）电感测量
电感测量也使用交流10V挡，测量范围为20～1000H，见表3-5。
表3-5 MF47型万用表晶体管直流参数测量范围
（8）晶体管测量
测量晶体管直流参数时，β值测量具有一个校准挡位“ADJ”和一个测量挡位“hFE”，测量范围0～300（倍）。Icbo和Iceo的测量使用“R×1k”挡，测量范围0～60μA。如果Iceo较大，可使用“R×100”挡，测量范围0～600μA，见表3-5。
3.1.3 万用表的使用方法
由于万用表电阻挡必须使用直流电源，因此，使用前应给万用表装上电池。一般万用表的电池盒设计在表背面，图3-11所示为MF47万用表背面的电池盒。
图3-11 万用表电池盒
打开电池盒盖后，可见两个电池仓，如图3-12所示。左边是低压电池仓，装入一枚1.5V的2号电池。右边是高压电池仓，装入一枚15V的层叠电池。
图3-12 电池盒中的电池
接下来将表笔（测试棒）插入万用表插孔中。一般习惯上将红表笔插入“+”表笔插孔，黑表笔插入“-”表笔插孔。
万用表在使用前，还应检查表针是否指在机械零位上。即表针在静止时，是否准确指在刻度线最左边的“0”位上，如不在，应用小螺钉旋具缓慢旋转表头下边的机械调零器，调节表针的静止位置使其准确指“0”。
使用万用表进行测量时，首先应根据测量对象选择相应的挡位，然后根据测量对象的估计大小选择合适的量程。例如，测量220V市电，可选择“交流电压250V”挡，如图3-13所示。如果无法估计测量对象的大小，则应先选择最大量程，然后逐步减小，直至能够准确读数。
图3-13 测量挡位与量程
测量时应注意，尽量使表针行程大些，即表针指示在刻度线的中间及偏右位置，如图3-14所示。因为万用表表针偏转角度较大时测量精度较高，特别是电阻、电容、电感、电平等非线性刻度线，中间及偏右位置较准确。
图3-14 表针偏转角度大精度高
读数时，眼睛应垂直于表面观察表针。如果视线不垂直，将会产生视差，使得读数出现误差，如图3-15所示。
图3-15 读数误差的产生
为了消除视差，MF47等万用表在表面的标度盘上都装有反光镜，如图3-16所示。读数时，应移动视线使表针与反光镜中的表针镜像重合，这时的读数无视差。
图3-16 标度盘的反光镜
（1）测量直流电流
测量直流电流时，万用表构成的电流表应串入被测回路，既可以串入电源正极与被测电路之间，也可以串入被测电路与电源负极之间，如图3-17所示。
图3-17 串联测量直流电流
测量500mA及其以下直流电流时，转动万用表上的测量选择开关至所需的“mA”挡。测量500mA以上至5A的直流电流时，将测量选择开关置于“500mA”挡，并将正表笔改插入“5A”专用插孔。
图3-18所示为测量晶体管集电极电流示意图，首先断开电源开关S，并切断电阻Rc与VT集电极之间的连接，在集电极回路形成一个开口。然后将万用表置于适当的“mA”挡，正表笔接回路开口处Rc一端，负表笔接VT集电极，如图3-19所示。接通电源开关S，万用表即指示出被测晶体管的集电极电流值。
图3-18 集电极回路形成开口
图3-19 测量集电极电流
（2）测量直流电压
测量直流电压时，万用表构成直流电压表，直接并接于被测电压两端。如图3-20所示电路，需测量R2上压降，电压表并接于R2上即可。
图3-20 并联测量直流电压
测量1000V及其以下直流电压时，转动万用表上的测量选择开关至所需的“直流V”挡。测量1000V以上至2500V的直流电压时，将测量选择开关置于“直流1000V”挡，并将正表笔改插入“2500V”专用插孔。
如图3-21所示为测量晶体管发射极电压（Re上压降）示意图，将万用表置于适当的“直流V”挡，正表笔接VT发射极、负表笔接地（即跨接于Re上），万用表即指示出被测晶体管的发射极电压值。
图3-21 测量发射极电压
（3）测量交流电压
测量交流电压与测量直流电压相似。测量1000V及其以下交流电压时，转动万用表上的测量选择开关至所需的“交流V”挡。测量1000V以上至2500V的交流电压时，将测量选择开关置于“交流1000V”挡，并将正表笔改插入“2500V”专用插孔。
如图3-22所示为测量电源变压器次级电压示意图，将万用表置于适当的“交流V”挡，两表笔不分正、负，分别接电源变压器次级两引出端，万用表即指示出被测交流电压值。
图3-22 测量变压器次级电压
（4）测量电阻
测量电阻时，根据被测电阻的估计值，转动万用表上的测量选择开关至适当的“Ω”挡。首先进行欧姆挡校零，将万用表两表笔短接，调节欧姆挡调零旋钮，使表针准确指向“0Ω”，如图3-23所示。测量中每次更换挡位后，均应重新校零。
图3-23 欧姆挡校零
测量电阻时，将万用表置于适当的“Ω”挡，两表笔（不分正、负）分别接被测电阻的两端，万用表即指示出被测电阻的阻值，如图3-24所示。
图3-24 测量电阻
测量电路板上的在路电阻时，应如图3-25所示将被测电阻的一端从电路板上焊开，然后再进行测量。否则由于电路中其他元器件的影响，测得的电阻值误差将很大。测量电路电阻时应先切断电路电源，如电路中有电容则应先行放电，以免损坏万用表。
图3-25 测量在路电阻
（5）测量音频电平
音频信号也是一种交流信号，因此测量音频电平使用万用表的交流电压挡，一般使用“交流10V”挡，转动万用表上的测量选择开关至“交流10V”挡即可。表面上的音频电平刻度线是以交流电压10V挡为基准刻度的，0dB=0.775V，刻度范围为-10～+22dB，如图3-26所示读数为+17dB。
图3-26 音频电平的读数
如图3-27所示为测量音频放大器输出电平示意图，万用表置于“交流10V”挡，两表笔不分正、负，一表笔接地，另一表笔串接一个0.1μF左右的隔直流电容器C后接放大器输出端，万用表即指示出被测音频电平值。
图3-27 测量放大器输出电平
如果被测音频电平值超过+22dB，可选用交流电压挡的50V及其以上各挡位，但其读数应如表3-6所示加上修正量。例如，用万用表“交流电压50V”挡测量电平时，表针指示仍如图3-26所示，则其电平值为+17dB（读数值）加上+14dB（50V挡修正量）等于+31dB。
表3-6 MF47型万用表测量音频电平时读数的修正量
（6）测量电容
测量电容时，采用10V、50Hz的交流电压作为信号源，万用表应置于“交流电压10V”挡。应该注意的是10V、50Hz交流电压必须准确，否则会影响测量的准确性。
测量时，通过电源变压器将交流220V市电降压后获得10V、50Hz交流电压。将被测电容C与任一表笔串联后，再串接于10V交流电压回路中，如图3-28所示，万用表即指示出被测电容C的容量，直接从“C”刻度线读取读数。
图3-28 测量电容
（7）测量电感
测量电感与测量电容相同，采用10V、50Hz的交流电压作为信号源，万用表置于“交流电压10V”挡。将被测电感L与任一表笔串联后，再串接于10V交流电压回路中，如图3-29所示，万用表即指示出被测电感L的电感量，直接从“L”刻度线读取读数。
图3-29 测量电感
（8）测量晶体管放大倍数
测量晶体管直流放大倍数时，首先将万用表上的测量选择开关转动至“ADJ（校准）”挡位，两表笔短接，调节欧姆挡调零旋钮使表针对准hFE刻度线的“300”刻度，如图3-30所示。
图3-30 晶体管挡校准
然后分开两表笔，将测量选择开关转动至“hFE”挡位，如图3-31所示，即可插入晶体管进行测量，这时万用表表针所指示的即为该管的直流放大倍数，直接从“hFE”刻度线读取读数。
图3-31 测量晶体管放大倍数
万用表上的晶体管插孔，左半边供测量NPN型管用，右半边供测量PNP型管用。例如，测量晶体管S9012，因为S9012是PNP型管，所以插入右半边插孔，如图3-32所示。
图3-32 晶体管测量插孔
（9）测量晶体管反向电流
测量晶体管集电极与基极间反向截止电流Icbo时，万用表置于“Ω×1k”挡，首先短接两表笔并调节欧姆挡调零旋钮，使表针准确指向“0Ω”，如图3-33所示。
图3-33 测量前校零
校零结束后分开两表笔，将被测晶体管发射极悬空，基极插入“e”插孔，集电极插入“c”插孔，如图3-34所示。由于此时满度电流值为60μA，可看0～10的线性刻度，将读数乘以6μA即是被测晶体管的Icbo值。
图3-34 测量晶体管Icbo
测量晶体管集电极与发射极间反向截止电流Iceo时，万用表仍用“Ω×1k”挡，被测晶体管基极悬空，发射极插入“e”插孔，集电极插入“c”插孔，如图3-35所示。读数方法与测量Icbo相同。
图3-35 测量晶体管Iceo
如果被测晶体管的Iceo值大于60μA，可改用万用表的“Ω×100”挡进行测量（换挡后应重新校零），此时满度电流值为600μA，如图3-36所示。仍然观察0～10的线性刻度，将读数乘以60μA即可得到被测晶体管的Iceo值。
图3-36 测量较大的Iceo