实验十 多功能数字电表和万用表的设计(部分)

12级电科专业《专业实验》安排表（2015下半年）

内容 班级 电科121 电科122 太阳能电池特性研究 黄瑞强 12周3 202 13周3 202 PN结特性 叶会亮 8周3 101 9周3 101 导热系数 罗 飞 11周3 205 12周3 205 二阶电路 邹文强 9周3 103 8周3 103 电源特性 邹文强 16周3 103 15周3 103 声光电路 黄瑞强 15周3 207 16周3 207 数字万用表 刘燕勇 13周3 205 14周3 205 光电传感器 刘志勇 10周3 303 11周3 303 说明：14周3 （上课时间为第14周星期3；上课地点为物理实验室103教室。） 103

每一时间段实验为4学时，下午上课时间：14:30-17:30 每次实验上课前需认真预习相关实验内容并写好预习报告 每位学生准备8张16开实验报告纸，8张32开原始记录纸。 讲义份数：导热系数？份, 电源特性？份, 声光电路？份。 所开设实验的房间管理由各位老师自己承担。

理学院物理实验室 2015.09.06

实验十 多功能数字电表和万用表的设计

数字电表以它显示直观、准确度高、分辨率强、功能完善、性能稳定、体积小易于携带等特点在科学研究、工业现场和生产生活中得到了广泛应用。数字电表工作原理简单，完全可以让同学们理解并利用这一工具来设计对电流、电压、电阻、压力、温度等物理量的测量，从而提高大家的动手能力和解决问题能力。 【实验目的】

1、了解数字电表的基本原理及常用双积分模数转换芯片外围参数的选取原则、电表的校准原则以及测量误差来源。

2、了解万用表的特性、组成和工作原理。

3、掌握分压、分流电路的原理以及设计对电压、电流和电阻的多量程测量。 4、了解交流电压、三极管和二极管相关参数的测量。

5、通过数字电表原理的学习，能够在传感器设计中灵活应用数字电表。 【实验仪器】

1、DH6505数字电表原理及万用表设计实验仪。 2、四位半通用数字万用表。（自备） 3、示波器。（自备）

4、ZX25a电阻箱。（自备） 【实验原理】

一、数字电表原理

常见的物理量都是幅值大小连续变化的所谓模拟量，指针式仪表可以直接对模拟电压和电流进行显示。而对数字式仪表，需要把模拟电信号(通常是电压信号)转换成数字信号，再进行显示和处理。

数字信号与模拟信号不同，其幅值大小是不连续的，就是说数字信号的大小只能是某些分立的数值，所以需要进行量化处理。若最小量化单位为?，则数字信号的大小是?的整数倍，该整数可以用二进制码表示。设?=0.1mV，我们把被测电压U与?比较，看U是

?的多少倍，并把结果四舍五入取为整数N (二进制)。一般情况下，N≥1000即可满足

测量精度要求(量化误差≤1/1000=0.1%)。所以，最常见的数字表头的最大示数为1999，被称为三位半(3 1/2)数字表。如：U是? (0.1mV)的1861倍，即N=1861，显示结果为186.1(mV)。这样的数字表头，再加上电压极性判别显示电路和小数点选择位，就可以测量显示-199.9～199.9mV的电压，显示精度为0.1mV。

1、双积分模数转换器（ICL7107）的基本工作原理

双积分模数转换电路的原理比较简单，当输入电压为Vx时，在一定时间T1内对电量为零的电容器C进行恒流（电流大小与待测电压Vx成正比）充电，这样电容器两极之间的电量将随时间线性增加，当充电时间T1到后，电容器上积累的电量Q与被测电压Vx成正比；然后让电容器恒流放电（电流大小与参考电压Vref成正比），这样电容器两极之间的电量将线性减小，直到T2时刻减小为零。所以，可以得出T2也与Vx成正比。如果用计数器在T2开始时刻对时钟脉冲进行计数，结束时刻停止计数，得到计数值N2，则N2与Vx成正比。

双积分AD的工作原理就是基于上述电容器充放电过程中计数器读数N2与输入电压Vx成正比构成的。现在我们以实验中所用到的3位半模数转换器ICL7107为例来讲述它的整个工作过程。ICL7107双积分式A/D转换器的基本组成如图1所示，它由积分器、过零比较器、逻辑控制电路、闸门电路、计数器、时钟脉冲源、锁存器、译码器及显示等电路所组成。下面主要讲一下它的转换电路，大致分为三个阶段：

第一阶段，首先电压输入脚与输入电压断开而与地端相连放掉电容器C上积累的电量，然后参考电容Cref充电到参考电压值Vref，同时反馈环给自动调零电容CAZ以补偿缓冲放大器、积分器和比较器的偏置电压。这个阶段称为自动校零阶段。

第二阶段为信号积分阶段（采样阶段），在此阶段Vs接到Vx上使之与积分器相连，这样电容器C将被以恒定电流Vx/R充电，与此同时计数器开始计数，当计到某一特定值N1（对于三位半模数转换器，N1=1000）时逻辑控制电路使充电过程结束，这样采样时间T1是一定的，假设时钟脉冲为TCP，则T1=N1*TCP。在此阶段积分器输出电压Vo=-Qo/C(因为Vo与Vx极性相反)，Qo为T1时间内恒流（Vx/R）给电容器C充电得到的电量，所以存在下式：

T1 Qo=

VxVxT1 (1) *dt=?RR0 Vo=-

QoVxT1 (2) =-CRC

图 1 双积分AD内部结构图

图2 积分和反积分阶段曲线图

第三阶段为反积分阶段（测量阶段），在此阶段，逻辑控制电路把已经充电至Vref的参考电容Cref按与VX极性相反的方式经缓冲器接到积分电路，这样电容器C将以恒定电流与此同时计数器开始计数，电容器C上的电量线性减小，当经过时间T2后，VrefR 放电，

电容器电压减小到0，由零值比较器输出闸门控制信号再停止计数器计数并显示出计数结果。此阶段存在如下关系：

1 Vo+

CT2Vref*dt=0 （3） ?R0把（2）式代入上式，得：

T2=

T1Vx (4) Vref从（4）式可以看出，由于T1和Vref均为常数，所以T2与Vx成正比，从图2可以看出。若时钟最小脉冲单元为TCP,则T1?N1?TCP，T2?N2?TCP，代入（4），

N1Vref即有： N2= Vx (5) 可以得出测量的计数值N2与被测电压Vx成正比。

对于ICL7107，信号积分阶段时间固定为1000个TCP,即N1的值为1000不变。而N2的计数随Vx的不同范围为0～1999，同时自动校零的计数范围为2999～1000，也就是测量周期总保持4000个TCP不变。即满量程时N2max=2000=2*N1,所以Vxmax=2Vref，这样若取参考电压为100mV，则最大输入电压为200mV；若参考电压为1V，则最大输入电压为2V。

对于ICL7107的工作原理这里我们不再多说，以下我们主要讲讲它的引脚功能和外围元件参数的选择，让同学们学会使用该芯片。

2、ICL7107双积分模数转换器引脚功能、外围元件参数的选择

图3 ICL7107芯片引脚图

图4 ICL7107和外围器件连接图

图4 ICL7107芯片的引脚图

如图3所示，它与外围器件的连接图如图4所示。图4中它和数码管相连的脚以及电源脚是固定的，所以不加详述。芯片的第32脚为模拟公共端，称为COM端；第36脚Vr+和35脚Vr-为参考电压正负输入端；第31脚IN+和30脚IN-为测量电压正负输入端； Cint和Rint分别为积分电容和积分电阻，Caz为自动调零电容，它们与芯片的27、28和29相连，用示波器接在第27脚可以观测到前面所述的电容充放电过程，该脚对应实验仪上示波器接口Vint；电阻R1和C1与芯片内部电路组合提供时钟脉冲振荡源，从40脚可以用示波器测量出该振荡波形，该脚对应实验仪上示波器接口CLK，时钟频率的快慢决定了芯片的转换时间（因为测量周期总保持4000个Tcp不变）以及测量的精度。下面我们来分析一下这些参数的具体作用：

Rint为积分电阻，它是由满量程输入电压和用来对积分电容充电的内部缓冲放大器的输出电流来定义的，对于ICL7107，充电电流的常规值为Iint=4uA，则Rint=满量程/4uA。所以在满量程为200mV，即参考电压Vref=0.1V时，Rint=50K,实际选择47K电阻；在满量程为2V，即参考电压Vref=1V时，Rint=500K,实际选择470K电阻。Cint=T1*Iint/Vint,一般为了减小测量时工频50HZ干扰，T1时间通常选为0.1S ，具体下面再分析，这样又由于积分电压的最大值Vint=2V，所以：Cint=0.2uF,实际应用中选取0.22uF。

对于ICL7107，38脚输入的振荡频率为：f0=1/(2.2*R1*C1)，而模数转换的计数脉冲频率是f0的4倍，即Tcp=1/(4*f0)，所以测量周期T=4000*Tcp=1000/f0，积分时间（采样时间）T1=1000*Tcp=250/fo。所以fo的大小直接影响转换时间的快慢。频率过快或过慢都会影响测量精度和线性度，同学们可以在实验过程中通过改变R1的值同时观察芯片第40脚的波形和数码管上显示的值来分析。一般情况下，为了提高在测量过程中抗50HZ工频干扰的能力，应使A/D转换的积分时间选择为50HZ工频周期的整数倍，即T1=n*20ms,考虑到线性度和测试效果，我们取T1=0.1m(n=5)，这样T=0.4S，f0=40kHZ，A/D转换速度为2.5次/秒。由T1=0.1=250/f0，若取C1=100pF，则R1≈112.5KΩ。实验中为了让同学们更好的理解时钟频率对A/D转换的影响，我们让R1可以调节，该调节电位器就是实验仪中的电位器RWC。

3、用ICL7107A/D转换器进行常见物理参量的测量

图5 图6 （1）直流电压测量的实现（直流电压表）

图17 交直流电压转换电路

图18 交直流电压转换简图

4、电阻测量电路(参考电压0～1V)

数字万用表中的电阻档采用的是比例测量法，其原理电路图见前面的图8，测量时我们拨动拨位开关K1-1，使Rint=470K，使参考电压的范围为0～1V。

如前所述： Rx=（N2/N1）*Rs N2=1000*Rx/Rs

当Rx=Rs时，数字显示将为1000，若选择相应的小数点位就可以实现电阻值的显示。若构成200Ω档，取Rs=100Ω,小数点定在十位上，即让dp3插孔接地，当Rx变化时，显示从0.1Ω～199.9Ω；若构成2KΩ档，取Rs=1KΩ，小数点定在千位上，即让dp3插孔接地，当Rx变化时，显示从0.001KΩ～1.999KΩ；其它档类推。

数字万用表多量程电阻档电路如图10所示，由上述分析给电阻参数的选择如下： R1=100Ω R2=1000-R1=900Ω R3=10K-R1-R2=9KΩ R4=100K-R1-R2-R3=90KΩ R5=1000K-R1-R2-R3-R4=900KΩ 图19中由正温度系数(PTC)热敏电阻R1与

图19

晶体管T组成了过压保护电路，以防误用电阻档去测高电压时损坏集成电路。当误测高电压时，晶体管T发射极将击穿从而限制了输入电压的升高。同时Rt随着电流的增加而发热，其阻值迅速增大，从而限制了电流的增加，使T的击穿电流不超过允许范围。即T只是处于软击穿状态，不会损坏，一旦解除误操作，Rt和T都能恢复正常。

5、三极管参数hFE的测量(参考电压100mV)

测量NPN管的hFE大小的电路如图20所示，三极管的固定偏置电阻由R37和R39组成，图19 多档电阻测试图

Vin=VXNO≈hFE*IB*R42= hFE*10uA*10Ω=0.1hFE(mV)

若表头为200mV的量程，则理论上测量范围为0～1999，但为了不出现较大误差，实际测量范围限制在0～1000之间，测量过程中可以让小数点消隐(即不点亮)。测量PNP管的hFE大小的电路如图21所示,原理和测量NPN管的hFE大小一样，所以不再赘述。

测量hFE时需注意以下事项：

(1)仅适用于测量小功率晶体管。这是因为测试电压较低同时测试电流较小的缘故。倘若去测大功率晶体管，测量的结果就与典型值差很大。

(2)当Vin≥200mV时，仪表将显示过载，应该立即停止测量。

调整R37可使基极电流IB=10uA， R42为取样电阻，这样输入直流电压表的电压为：

图20 NPN管测试电路 图21 PNP管测试电路

6、二极管正向压降的测量(参考电压1V)

进行二极管正向压降测试的电路图如图22，+5V经过R36,PTC向二极管提供5V的测试电压，使二极管D9导通，测试电流（即二极管正向工作电流）If≈1mA，导通压降Vf输入到IN+和IN-端，由于Vf的大小一般在0～2V之间，所以我们可以选择参考电压为1V，此时通过拨位开关选择Rint=470KΩ，这样可以直接测出Vf的值。如果想用200mV档测试，必需要对Vf分压才行，请同学们自己分析。

图22 二极管正向压降测试图

【实验内容与步骤】 一、实验仪组成简介

图23 DH6505实验仪的面板结构图

DH6505数字电表原理及万用表设计实验仪的面板结构图如图23所示，下面我们讲该模块的功能。

1、ICL7107模数转换及其显示模块，如图23中标示的“1”。 2、量程转换开关模块，如图23中标示的“2”。

3、交流电压电流模块，提供交流电压和电流，通过模块中的电位器进行调节。 4、直流电压电流模块，提供直流电压和电流，通过模块中的电位器进行调节。 5、待测元件模块，提供二极管、电阻、NPN三极管和PNP三极管各一个。

6、AD参考电压模块，提供模数转换器的参考电压，通过模块中的电位器进行调节。 7、参考电阻模块，提供可调参考电阻和可调待测电阻各一个。

8、交直流电压转换模块，把交流电压转换成直流电压，模块中有电位器进行调整。 9、电阻档保护模块，防止过压损坏仪器。 10、电流档保护模块，防止过流。

11、NPN三极管测量模块、PNP三极管测量模块、二极管测量模块。 12、量程扩展分压器a、b，分流器a、b，以及分档电阻模块。 二、数字电表原理实验 ◆ 直流电压的测量 （1）200mV档量程的校准

图24 直流电压测量接线图

1、拨动拨位开关K1-2到ON，其他到OFF，使Rint=47KΩ（注：拨位开关K1和K2，拨到上方为ON，拨到下方为OFF。）。调节AD参考电压模块中的电位器，同时用万用表200mV档测量其输出电压值，直到万用表的示数为100mV为止。

2、调节直流电压电流模块中的电位器，同时用万用表200mV档测量该模块电压输出值，使其电压输出值为0-199.9mV的某一具体值（如：150.0mV）。

3、拨动拨位开关K2-3到ON，其他到OFF，使对应的ICL7107模块中数码管的相应小数点点亮，显示XXX.X。

4、按图24方式接线。供电，调节模数转换及其显示模块中的电位器RWC，使外部频率计的读数为40kHZ或者示波器测量的积分时间T1为0.1S（原因在前实验原理中已述）。

5、观察ICL7107模块数码管显示是否为前述0-199.9mV中那一具体值（如：150.0mV）。若有些许差异，稍微调整AD参考电压模块中的电位器使模块显示读数为前述那一具体值(如：150.0mV)。

6、调节电位器RWC改变时钟频率，观察模块中数字显示的变化情况以及示波器所观察到的频率以及T1的变化情况，从而理解和认识时钟频率的变化对转换结果的影响。

7、重复步骤4，使T1=0.1S，注意以后不要再调整电位器RWC。

8、调节直流电压电流模块中的电位器，减小其输出电压，使模块输出电压为199.9mV、180.0mV、160.0mV、??20.0mV、0mV；并同时记录下万用表所对应的读数。再以模块显示的读数为横坐标，以万用表显示的读数为纵坐标，绘制校准曲线。

9、若输入的电压大于200mV，请先采用分压电路并改变对应的数码管在进行，请同学们自行设计实验。注意在测量高电压时，务必在测量前确定线路连接正确，避免伤亡事故。

（2）2V档量程校准

1、拨动拨位开关K1-1到ON，其他到OFF，使Rint=470KΩ。调节AD参考电压模块中的电位器，同时用万用表2V档测量其输出电压值，直到万用表的示数为1.000V为止。

2、调节直流电压电流模块中的电位器，同时用万用表2V档测量该模块电压输出值，使其电压输出值为0-1.999V的某一具体值（如：1.500V）。

3、拨动拨位开关K2-1到ON，其他到OFF ,使对应的ICL7107模块中数码管的相应小数点点亮，即显示X.XXX

4、按图24方式接线。供电，调节模数转换及其显示模块中的电位器RWC，使外部频率计的读数为40kHZ或者示波器测量的积分时间T1为0.1S（原因在前实验原理中已述），此步骤若先前已调好，可以跳过。

5、观察ICL7107模块数码管显示是否为0-1.999V中的前述的那某一具体值（如：1.500V）。若有些许差异，稍微调整AD参考电压模块中的电位器使模块显示读数为前述那一具体值（如：1.500V）。

6、调节直流电压电流模块中的电位器，减小其输出电压，使模块输出电压为1.999V、1.800V、1.600V、??0.020V、0V；并同时记录下万用表所对应的读数。再以模块显示的读数为横坐标，以万用表显示的读数为纵坐标，绘制校准曲线。

*若输入的电压大于2V，请先采用分压电路并改变对应的数码管小数点位后再进行实验，请同学们自行设计实验。多量程扩展实验将在后面进行详细说明。

*在上面实验进行校准时，由于直流电压电流模块中的电位器细度不够，可能调整不到相应的值（如：150.0mV和1.500V），可以调整到一个很接近的值；但是在稍微调整AD参考电压模块中的电位器时，注意一定要使模块显示值与实际测量的直流电压电流模块中输出的电压值显示一样。在以下电流档的校准也同样遵循这一原则。 ◆ 直流电流的测量 (1) 20mA档量程校准

1、测量时可以先左旋直流电压电流模块中的电位器到底，使输出电流为0。

2、拨动拨位开关K1-2到ON，其他到OFF，使Rint=47KΩ。调节AD参考电压模块中的电位器，同时用万用表200mV档测量输出电压值，直到万用表的示数为100mV为止。

3、拨动拨位开关K2-2到ON，其他OFF,使对应的ICL7107模块中数码管的相应小数点点亮，显示XX.XX。

4、按照图25方式接线。供电。向右旋转调节直流电压电流模块中的电位器，使万用表显示为0-19.99mA的某一具体值（如：15.00mA）。

5、观察模数转换模块中显示值是否为0-19.99mA中的前述的那某一具体值（如：15.00mA）。若有些许差异，稍微调整AD参考电压模块中的电位器使模块显示数值为0-19.99mA中的前述的那某一具体值（如：15.00mA）。

6、调节直流电压电流模块中的电位器，减小其输出电流，使显示模块输出电流为19.99mA、18.00mA、16.00mA、??0.20mA、0mA；并同时记录下万用表所对应的读数。再以模块显示的读数为横坐标，以万用表显示的读数为纵坐标，绘制校准曲线。

图25 直流电流测量接线图

（2）2mA档量程校准

1、若要进行2mA档校准，只需要把分流器b中的电阻选用100Ω，ICL7107模块中数码管对应的显示为X.XXX。同时把万用表的量程选择为2mA档，然后重复实验步骤1～6即可。

2、更高量程的输入请用分流电路a来实现，同学们可以自行设计实验。 ◆ 电阻的测量

图26 电阻档校准接线图

图27 电阻测量接线图

1、由于电阻档基准电压为1V，所以在进行电阻测试时，选择参考电压为1V的设置，即拨动拨位开关K1-1到ON，其他到OFF，使Rint=470KΩ。这样可以保证在Rx=0时，Rs上的电压将最大为1V，即参考电压(Vr+)-(Vr-)≤1V。

2、进行2KΩ档校准。把高精度电阻箱的电阻值给定为1500Ω；拨动拨位开关K2-1到ON，其他到OFF。使对应的ICL7107模块中数码管的相应小数点点亮，显示X.XXX。

3、按照图26方式接线。

4、观察模数转换模块中显示值是否为1.500。若有些许差异，稍微调节RWs使模块显示数值为1.500。

5、调节外接高精度电阻箱，使显示模块输出读数分别为1.999KΩ、1.800KΩ、1.600KΩ、??0.200KΩ、0.000KΩ；同时记录下电阻箱的电阻值。再以模块显示的读数为横坐标，以电阻箱的读数为纵坐标，绘制校准曲线。

6、进行未知电阻Rx的测量。

7、首先用万用表测出Rx的值；调节电位器RWx，使之在0～1.999K之间，记录下该电阻的值，然后再按照图27方式接线，记录下模块显示的读数。比较两者测量的误差，重复多次测量，分析误差来源。

8、其它档也可以通过调节电位器RWs改变Rs的值，并用相应的外接高精度电阻箱进行校准，请同学们自行设计实验。

*实际在对电阻进行精密测量时也是用上述方法进行实现的，即进行每档分别校准，但为了使测量有很好的线性度一般使参考电压保持不变（由于我们要求的精度不是很高，所以参考电压是变化的对不同的测量值）。下面我们介绍一种用于精密电阻测量的方法，其原理图见图28。它采用的是恒流源电路，这样模数转换参考电压是维持不变的，其中R为精密电阻，IL=Eg/R=Vx/Rx；Vx=Eg*Rx/R；Vref=Eg；Rw和Rm用于校准时调整用，理论上只要校准时选择精度足够高的Rx，测量将同样精确，在加上一些放大处理电路，此电路可以使测量精确到微欧。

图28 精密电阻测量

◆ 200mV交流电压的校准

图29 交流电压的测量

1、先进行200mV直流电压档量程的校准（参照◆直流电压的测量）。

2、调节交流电压电流模块的交流电压输出，用万用表测量，使之为0-199.9mV中的某一具体值（如：150.0mV）。

3、按照图29方式接线。供电。看模块的显示值是否为0-199.9mV中的前述那一具体值（如：150.0mV）。若有差别，调节交直流电压转换模块中的电位器，使模块与万用表测量的值相同即可。

4、调节交流电压电流模块中的电位器，减小其输出电压，使模块输出电压为199.9mV、180.0mV、160.0mV、??20.0mV、0mV；并同时记录下万用表所对应的读数。再以模块显示的读数为横坐标，以万用表显示的读数为纵坐标，绘制校准曲线。

5、如果要测量大于200mV的交流信号，必需在交直流转换模块前加入分压器后在进行测量，与多量程直流电压测量一样。注意在测量高电压时，务必在测量前确定线路连接正确，避免伤亡事故。 ◆ 20mA交流电流的测量

1、进行200mV交流电压的校准。 2、按图30方式接线。供电。

3、调节交流电压电流模块中的电位器，减小输出电流，使显示模块输出电压为19.99mA、18.00mA、16.00mA、??0.20mA、0mA；并同时记录下万用表对应的读数。再以模块显示的读数为横坐标，以万用表显示的读数为纵坐标，绘制校准曲线。

4、若需要测量更高量程的输入，需用分流电路a来实现，请同学们自行设计实验。注意在测量大电流时，务必在测量前确定线路连接正确，避免伤亡事故。

图30 交流电流测量 ◆ 二极管正向压降的校准和测量

图31 二极管正向压降

1、拨动拨位开关K1-1到ON，其他到OFF，使Rint=470KΩ。调节AD参考电压模块中的电位器，同时用万用表2V档测量其输出电压值，直到万用表的示数为1.000V为止。

2、用万用表测量一个二极管（如：IN4007）的正向导通压降并记录下该值。 3、按照图31方式接线。在XDA和XDK插孔中插入二极管，供电。模块显示的值即为此二极管的正向导通压降。若与万用表测量值有些许差异，可以稍微调整AD参考电压的输出与之相同即可。再进行其他二极管的正向导通压降测量。 ◆ 三极管hFE参数的测量

图32 NPN三极管hFE参数测量

图33 PNP三极管hFE参数测量

1、制作200mV直流数字电压表头并进行校准。

2、拨动拨位开关K2，使其都成OFF，即不点亮任何小数位。

3、拿出一个NPN管9013，先用万用表进行hFE参数测量并记录下该值。 4、按照图32方式接线。供电，进行NPN三极管hFE参数测量。

5、看测量模块显示的值是否与万用表测量的值一致。若有些许差别，调整NPN测量模块中的100K电位器，是两者显示相同即可。再进行其他NPN三极管hFE参数测量。

6、拿出一个PNP管9012，先用万用表进行hFE参数测量并记录下该值。 7、按照图33方式接线。供电，进行PNP三极管hFE参数测量。

8、看测量模块显示的值是否与万用表测量的值一致。若有些许差别，调整NPN测量模块中的100K电位器，是两者显示相同即可。再进行其他PNP三极管hFE参数测量。 三、万用表设计实验

图34量程转换开关模块

量程转换开关模块如图34所示。通过拨动转换开关，可以使S2插孔依次和插孔A、B、C、D、E相连并且相应的量程指示灯亮，同时S1插孔依次与插孔a、b、c、d、e相连。KS1这组开关用于设计时控制模块小数点位的点亮，KS2用于分压器、分流器以及分档电阻上，实现多量程测量。在进行多量程扩展时，注意把拨位开关K2都拨向OFF，然后把插孔a、b、c、d、e和dp1、dp2、dp3连接组合成需要的量程（控制相应量程的小数点位），当拨动量程转换开关时，dp1、dp2、dp3中仅且只有一个通过a、b、c、d、e与S1相连，从而对应的小数点将被点亮。具体的接线是：dp1-b、dp1-e；dp2-c；dp3-a、dp3-d。

1、设计制作多量程直流数字电压表

(1)制作200mV (199.9mV)直流数字电压表头并进行校准。

(2)利用分压器扩展电压表头成为多量程直流电压表，参照图13和图24。 (3)对200mV档和2V档记录数据并作校准曲线。

U改 U标 ΔU= U改- U标 U改为改装的表头测量值，U标为实际标准值，以U改为横轴，ΔU＝U改－U标为纵轴，在坐标纸上作校正曲线(注意：校正曲线为折线，即将相邻两点用直线连接)。

2、设计制作多量程直流数字电流表

(1)制作200mV (199.9mV)直流数字电压表头并进行校准。 (2)利用分流器设计多量程直流电流表，参照图16和图25。 (3)对2mA档和20mA档记录数据并作校准曲线。

I改 I标 ΔI=I改－I标

I改为改装的表头测量值， I标为串联在测量回路中标准电流表测量值，以I改为横轴，ΔI=I改－I标为纵轴，在坐标纸上作校正曲线。

3、设计制作多量程电阻表

(1)利用分档电阻原理实现多量程电阻测量，参照图19。 4、设计制作多量程交流电压表

(1)在多量程直流数字电压表的基础上再加入交直流电压转换模块，即可实现多量程的交流电压的测量。

四、注意事项

1、严格按照实验步骤及要求进行实验。请遵循“先接线，再加电；先断电，再拆线”的原则。在加电前应确认接线已准确无误（特别是在测量高压或大电流时），避免短路造成伤亡事故。

2、虽然测量电路已加入保护电路，注意不要用电流档或电阻档测量电压，避免对仪器造成的损失。

3、当数字表头最高位显示“1”(或“1”)而其余位都不亮时，表明输入信号过大，即超量程。此时应尽快换大量程档或减小(断开)输入信号，避免长时间超量程工作损坏仪器。

多功能数字电表和万用表的设计

数据原始记录纸

姓名 学号 班级

数字电表原理实验 直流电压的测量：

（1） 200mV档量程的校准 （2） 2V档量程校准 直流电流的测量： (1) 20mA档量程校准 (2) 2mA档量程校准 电阻的测量：

200mV交流电压的校准： 20mA交流电流的测量： 二极管正向压降的校准和测量： 三极管hFE参数的测量： 万用表设计实验

设计制作多量程直流数字电压表

U改 U标 ΔU= U改- U标

设计制作多量程直流数字电流表

I改 I标 ΔI=I改－I标

教师签名：

实验日期：

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