3.2　数字万用表

数字万用表最显著的特征，或者说与传统的指针式万用表最大的不同就是没有微安表头，而是采用数字显示屏显示测量结果，如图3-37所示。

数字万用表是一种数字化的新型测量仪表，它的显著特点是测量精度和输入阻抗高、测量对象和量程宽、功能齐全、读数显示准确直观等。如图3-38所示为数字万用表的原理方框图，可见，除用数字电压表取代传统万用表的表头外，其余部分相类似。

数字万用表可以测量交、直流电压，交、直流电流，电阻等，有的还具有测量电容、电感、晶体管、频率、温度等功能。数字万用表的型号种类也很多，但其结构功能大同小异，下面以较常用的DT890B型数字万用表为例进行介绍。

3.2.1　数字万用表的结构

DT890B是三位半便携式数字万用表，LCD液晶显示屏最大显示读数为“±1999”（“+”符号不显示出来）。整机采用9V层叠电池为电源，功耗约30mW。该表具有全量程过载保护、自动调零、自动显示极性、闲置时自动关机、防跌落等功能，显示字符较大，操作使用方便，性能稳定可靠。

DT890B数字万用表的基本电路结构如图3-39所示，由以下部分组成：①200mV数字电压表（数字表头），用于显示测量结果。②分压器，主要用于测量电压。③电流/电压变换器，用于测量电流。④交流/直流变换器，用于测量交流电压和电流。⑤电阻/电压变换器，用于测量电阻。⑥电容/电压变换器，用于测量电容。⑦h_FE测量电路，用于测量晶体管。⑧测量选择电路，用于选择挡位和量程。

200mV数字电压表构成了数字万用表的基本测量显示部件（相当于指针式万用表的表头），其电路原理如图3-40所示，由双积分A/D转换器（模拟/数字转换器）、译码驱动器和三位半LCD显示屏组成，其中A/D转换器和译码驱动器等包含在专用集成电路IC7106当中。

被测电压由“IN”端输入，经A/D转换器将模拟电压转换为数字信号、译码驱动器译码后驱动LCD显示屏显示测量结果，最大量程为200mV。再配以由分压器、电流/电压变换器、交流/直流变换器、电阻/电压变换器、电容/电压变换器、h_FE测量电路等组成的量程扩展电路，即构成了多量程的数字万用表。

数字万用表采用毫伏级数字电压表作为基本测量显示部件，属于电压型测量；而指针式万用表采用微安表头作为基本测量显示部件，属于电流型测量，如图3-41所示。因此数字万用表比传统万用表具有更高的输入阻抗和灵敏度，对被测电路的影响更小，测量的精度更高。

DT890B数字万用表外形如图3-42所示，由LCD液晶显示屏、电源开关、测量选择开关、测试表笔插孔、电容器插孔和晶体管插孔等部分构成。

数字万用表上部为LCD液晶显示屏，可以直接显示三位半数字字符，小数点根据需要自动移动，负号“-”根据测量结果自动显示。

显示屏下面是控制面板。面板中央为测量选择开关，只需转动这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按测量类别分别用红色、绿色、白色3种颜色间隔印制，使用中不易搞错。

面板下部有4个测量表笔插孔。一个黑色的是负表笔插孔，即公共端插孔“COM”。三个红色的是正表笔插孔，分别是电压电阻测量插孔“VΩ”、毫安级电流测量插孔“mA”、安培级电流测量插孔“A”，如图3-43所示。使用时，通常将黑表笔插入“COM”插孔，红表笔根据测量需要插入相应的正表笔插孔。

面板的左上角设有整机电源开关（POWER），按下为“开”，再按一下使其弹起为“关”。面板的右上角是晶体管插孔，插孔左边标注为“PNP”，检测PNP型晶体管时插入此孔；插孔右边标注为“NPN”，检测NPN型晶体管时插入此孔，如图3-44所示。

3.2.2　数字万用表的功能

DT890B数字万用表量程齐全，共具有8大类32个测量挡位，见表3-7，包括测量直流电压、交流电压、直流电流、交流电流、电阻的25个基本量程，以及测量电容、晶体二极管及通断、晶体三极管h_FE值等7个附加量程。

（1）直流电压挡

直流电压挡测量范围为0～1000V，输入阻抗10MΩ，最小分辨率0.1mV，分为200mV、2V、20V、200V、1000V等5挡，见表3-8，各挡位由测量选择开关转换。

（2）交流电压挡

交流电压挡测量范围为0～700V，输入阻抗10MΩ，最小分辨率0.1mV，分为200mV、2V、20V、200V、700V等5挡，见表3-9，各挡位由测量选择开关转换。

（3）直流电流挡

直流电流挡测量范围为0～20A，最小分辨率1μA，分为2mA、20mA、200mA、20A等4挡，见表3-10。其中200mA以下使用“mA”插孔，200mA以上使用“A”插孔，并由测量选择开关转换。

（4）交流电流挡

交流电流挡测量范围为0～20A，最小分辨率1μA，分为2mA、20mA、200mA、20A等4挡，见表3-10。其中200mA以下使用“mA”插孔，200mA以上使用“A”插孔，并由测量选择开关转换。

（5）电阻挡

电阻挡测量范围为0～200MΩ，最小分辨率0.1Ω，分为200Ω、2kΩ、20kΩ、200kΩ、2MΩ、20MΩ、200MΩ等7挡，见表3-11，各挡位由测量选择开关转换。

（6）电容挡

电容挡测量范围为1×10^-6～20μF，最小分辨率1pF，分为2nF、20nF、200nF、2μF、20μF等5挡，见表3-12。被测电容器插入“C_X”专用插孔，各挡位由测量选择开关转换。

（7）晶体二极管及通断挡

晶体二极管及通断挡可以测量二极管的正向压降，或判断被测线路的通断。

（8）晶体三极管h_FE挡

晶体三极管h_FE挡，测量范围为1～1000，最小分辨率为1。

3.2.3　数字万用表的测量原理

数字万用表通过测量选择开关的转换，即可构成电压表、电流表、欧姆表、电容表等基本形态。

（1）直流电压表

测量直流电压时，通过测量选择开关的转换，电路构成直流电压表，如图3-45所示。电阻1R、9R、90R构成分压器，被测电压U加在分压器的A、B两端间，A端为正，B端为负。200mV电压表仅测量取样电阻上的电压，取样电阻可以是分压器的一部分，也可以是分压器的全部。改变取样比，即可改变量程。

当200mV电压表输入端IN接入①端时，整个分压器都是取样电阻，取样电压U_IN=U。当200mV电压表输入端IN接入②端时，取样电阻为1R+9R，取样电压U_IN=1/10U，量程扩大为10倍。当200mV电压表输入端IN接入③端时，取样电阻为1R，取样电压U_IN=1/100U，量程扩大为100倍。

由于取样电压的变化倍率为10的整数倍，因此只需相应移动LCD显示屏中显示数字的小数点位置，即可直观地显示出被测电压的实际数值。取样比的改变和小数点位置的移动，由测量选择开关根据量程同步控制。

（2）直流电流表

测量直流电流时，通过测量选择开关的转换，电路构成直流电流表，如图3-46所示。取样电阻R构成电流/电压转换器，被测电流I由A端进、B端出，在取样电阻R上必然产生电压降U_R，U_R=IR，200mV电压表测量取样电阻上的电压降，便可间接测得电流值。改变取样电阻的大小，即可改变量程。

量程转换原理如图3-47所示，取样电阻由1R、9R、90R等电阻构成。当被测电流输入端A和200mV电压表输入端IN接入①端时，取样电阻R₁=90R+9R+1R=100R。当被测电流输入端A和200mV电压表输入端IN接入②端时，取样电阻R₂=9R+1R=10R，缩小为R₁的1/10，要获得相同的电压降电流必须增大10倍，即量程扩大为10倍。当被测电流输入端A和200mV电压表输入端IN接入③端时，取样电阻R₃=1R，缩小为R₁的1/100，量程扩大为100倍。

由于取样电阻的变化倍率为10的整数倍，因此，只需相应移动LCD显示屏中显示数字的小数点位置，即可直观地显示出被测电流的实际数值。取样电阻的改变和小数点位置的移动，由测量选择开关根据量程同步控制。

（3）交流电压表

测量交流电压时，通过测量选择开关的转换，电路构成交流电压表，如图3-48所示。交流电压挡与直流电压挡共用一个分压器，所不同的是测量交流电压时，在200mV电压表输入端IN与分压器之间增加了一个交流/直流变换器，将取样电阻上的交流电压转换为直流电压送入200mV电压表测量显示。交流/直流变换器同时能够将交流电压的峰值校正为有效值，因此LCD显示屏显示的读数为被测交流电压的有效值。

（4）交流电流表

测量交流电流时，通过测量选择开关的转换，电路构成交流电流表，如图3-49所示。与图3-47相比可见，交流电流表只是在直流电流表电路基础上增加了一个交流/直流变换器，将被测交流电流I在取样电阻上产生的交流电压转换为直流电压再送入200mV电压表测量显示。同样因为交流/直流变换器的校正作用，LCD显示屏显示的读数为被测交流电流的有效值。

（5）欧姆表

测量电阻时，通过测量选择开关的转换，电路构成欧姆表，如图3-50所示。标准电阻R_o和被测电阻R_x构成电阻/电压变换器，在两电阻上加一标准电压U，则R_o和R_x上分别按比例产生一定的电压降。由于标准电阻R_o已知，因此测量R_x上的电压降U_x即可间接测得被测电阻R_x的阻值。

根据200mV电压表中集成电路IC7106的特性，当R_x=R_o时显示读数为1000，合理设计R_o的取值，便可使LCD显示屏直接显示被测电阻的阻值。改变标准电阻R_o的大小，即可改变量程。

欧姆表量程转换原理如图3-51所示，标准电阻R_o包括1R、9R、90R，当标准电压U接入③端时，R_o=1R。

当标准电压U接入②端时，R_o=1R+9R=10R，量程扩大10倍。当标准电压U接入①端时，R_o=1R+9R+90R=100R，量程扩大100倍。

由于标准电阻的变化倍率为10的整数倍，因此，只需相应移动LCD显示屏中显示数字的小数点位置，即可直观地显示出被测电阻的阻值。标准电阻的改变和小数点位置的移动，由测量选择开关根据量程同步控制。

（6）电容表

测量电容时，通过测量选择开关的转换，电路构成电容表，如图3-52所示。电容/电压变换器将被测电容C_x转换为相应的交流电压，再由交流/直流变换器将交流电压转换为直流电压送入200mV电压表测量显示。

电容/电压变换器电路原理如图3-53所示，测量信号源为400Hz正弦波信号，通过被测电容C_x耦合至放大器IC进行放大，U_o为放大后的输出信号。IC的放大倍数A取决于反馈电阻R_f与被测电容C_x的容抗之比，即的容量越大，IC的放大倍数越大。由于400Hz正弦波信号源的频率和振幅均为恒定，因此输出信号U_o的大小即反映了被测电容C_x的容量大小。

如图3-54所示为电容表量程转换原理。放大器的反馈电阻R_f包括1R、9R、90R，当IC反相输入端接入③端时，R_f=1R。当IC反相输入端接入②端时，R_f=1R+9R=10R。根据，反馈电阻R_f越大，IC的放大倍数越大，R_f扩大10倍，量程即扩大10倍。当IC反相输入端接入①端时，R_f=1R+9R+90R=100R，量程扩大100倍。

由于反馈电阻R_f的变化倍率为10的整数倍，因此，只需相应移动LCD显示屏中显示数字的小数点位置，即可直观地显示出被测电容的容量。反馈电阻R_f的改变和小数点位置的移动，由测量选择开关根据量程同步控制。

3.2.4　数字万用表的使用方法

数字万用表是有源仪表，必须接上电源才能工作，因此使用数字万用表时应首先装上电池。大多数数字万用表使用层叠电池，以DT890B数字万用表为例，如图3-55所示打开数字万用表后盖，装入一枚9V层叠电池，再将后盖盖好。

然后将测量表笔插入数字万用表的插孔中。一般习惯上将红表笔按测量需要插入“VΩ”或“mA”或“A”插孔作为正表笔，将黑表笔插入“COM”插孔作为负表笔。按下控制面板上的电源开关（POWER），LCD显示屏应有“000”字符显示。如果显示出“BAT”字样，表示电池电压不足，应更换新电池。

使用数字万用表进行测量时，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9V电池电压，可选择“直流电压20V”挡。DT890B数字万用表各挡位如图3-56所示。如果无法估计测量对象的大小，则应先选择该挡位的最大量程，然后根据显示情况逐步减小量程，直至能够准确显示读数。

选择测量量程时，应尽量使LCD显示屏中显示较多的有效数字，以提高测量精度。例如，测量某1.5V电池的开路电压，选择“直流电压”的200V、20V、2V挡均可测量，但2V挡显示的有效数字最多，因此测量精度较高，如图3-57所示。如果显示屏仅在最高位显示“1”，表示测量对象超过所选量程，应选择更高量程进行测量。

（1）测量直流电压

测量直流电压时，红表笔插入“VΩ”插孔为正表笔，黑表笔插入“COM”插孔为负表笔，转动测量选择开关至所需的“直流V”挡，数字万用表构成直流电压表，直接并接于被测电压两端即可测量。

例如，需测量某电池GB的电压，将正表笔接电池正极、负表笔接电池负极，如图3-58所示，LCD显示屏即显示出被测电池的电压。

因为数字万用表具有自动显示正、负极性的功能，实际上测量过程中即使正、负表笔接反也能正确显示测量结果。如图3-59所示，测量结果显示为“-6V”，表示正表笔接在了被测电池的负端、负表笔接在了被测电池的正端，被测电池GB的电压为6V。这是指针式万用表所无法比拟的一个优点，特别是在被测电压极性不清楚的情况下，给测量工作提供了很大的方便。

（2）测量交流电压

测量交流电压时，红表笔插入“VΩ”插孔，黑表笔插入“COM”插孔，转动测量选择开关至所需的“交流V”挡，数字万用表构成交流电压表，直接并接于被测电压两端即可测量。

如图3-60所示为测量交流220V市电电压的例子，测量选择开关置于“交流700V”挡，两表笔不分正、负分别插入市电电源插座的两个插孔，LCD显示屏即显示出被测市电的电压为220V。

（3）测量直流电流

测量直流电流时，红表笔插入“mA”插孔或“A”插孔为正表笔，黑表笔插入“COM”插孔为负表笔，转动测量选择开关至所需的“直流A”挡，数字万用表构成直流电流表，串入被测电流回路即可测量。

测量200mA以下直流电流时，红表笔应插入“mA”插孔。测量200mA及以上直流电流时，红表笔应插入“A”插孔。

例如，测量某直流继电器K的工作电流，首先如图3-61（a）所示断开继电器K的电流回路，然后将正表笔接电池正极、负表笔接继电器，如图3-61（b）所示，LCD显示屏即显示出被测继电器K的工作电流。

与测量直流电压时同理，测量直流电流过程中如果正、负表笔接反，将显示测量结果为“-150mA”，如图3-62所示，表示被测电流由负表笔流向正表笔。数字万用表使得测量直流电流时可以不必考虑其电流方向，这在电流方向不明确的情况下特别方便，测量电流大小的同时也测出了电流的方向。

（4）测量交流电流

测量交流电流与测量直流电流相似，转动测量选择开关至所需的“交流A”挡，数字万用表构成交流电流表，串入被测电流回路即可测量。

测量200mA以下交流电流时，红表笔应插入“mA”插孔。测量200mA及以上交流电流时，红表笔应插入“A”插孔。

例如，测量40W照明灯泡的工作电流，如图3-63所示将数字万用表置于“交流200mA”挡，串入照明灯泡EL的电流回路（两表笔不分正、负），LCD显示屏即显示出被测照明灯泡EL的工作电流。

（5）测量电阻

测量电阻时，红表笔插入“VΩ”插孔，黑表笔插入“COM”插孔，转动测量选择开关至适当的“Ω”挡，数字万用表即构成欧姆表。

如图3-64所示，测量时将两表笔（不分正、负）分别接被测电阻的两端，LCD显示屏即显示出被测电阻R的阻值。数字万用表测量电阻前不用校零，这点比指针式万用表使用方便。

测量选择开关的“Ω”挡量程可根据被测电阻的估计值选择。如果显示屏仅在最高位显示“1”，表示所选量程小于被测电阻，应选择更高量程进行测量。测量大阻值电阻时，LCD显示屏的读数需要几秒钟后才能稳定，这是正常现象。

（6）测量电容

测量电容时，不用接表笔，转动测量选择开关至适当的“F”挡，数字万用表即构成电容表。将被测电容器C插入数字万用表左侧的“C_x”插孔即可，不必考虑电容器的极性，也不必事先给电容器放电，如图3-65所示。

测量选择开关的“F”挡量程可根据被测电容的估计值选择。如果显示屏仅在最高位显示“1”，表示所选量程小于被测电容，应选择更高量程进行测量。测量大容量电容时，LCD显示屏的读数需要一定的时间才能稳定，属正常现象。

（7）测量晶体二极管和测通断

测量晶体二极管时，红表笔插入“VΩ”插孔为正表笔，黑表笔插入“COM”插孔为负表笔，转动测量选择开关至“”挡，将正表笔接被测二极管正极、负表笔接被测二极管负极，即可测量晶体二极管的正向压降，如图3-66所示。

在此挡位还可进行通断测试，即将两表笔连接到被测线路的两点，如数字万用表内的蜂鸣器响起，则表示两表笔所接触的两点间导通或阻值低于90Ω。

（8）测量晶体三极管

测量晶体三极管直流放大倍数时，不用接表笔，转动测量选择开关至“h_FE”挡，将被测晶体管插入数字万用表控制面板右上角的晶体管插孔即可测量，如图3-67所示。

晶体管插孔左半边标注为“PNP”，供测量PNP型晶体管用；右半边标注为“NPN”，供测量NPN型晶体管用。例如，测量S9014晶体管，因为S9014是NPN型晶体管，所以应插入右半边插孔中，如图3-68所示，LCD显示屏即显示出被测晶体管的直流放大倍数。