万用表的构成及原理解析

1.万用表的组成

模拟万用表一般是通过电流驱动机械式表头显示测量结果的，所以其主要测量均以电流表为基础。而一般的数字万用表采用了数字化技术，以液晶显示器显示测量结果，它的主要测量功能是以电压测量为基础的。

数字万用表的组成框图如图5-2所示。输入单元分别设有电流输入端、电压输入端、二端电子元件（电阻、电容、电感、二极管）输入端、三端元件（晶体三极管）输入端，每一种测量均由输入控制电路选择相应的输入电路相对接。输入直流信号经过放大或衰减处理，输入交流信号经过A/D转换器变成直流信号，再送至数字化单元量化成数字信息，由微处理器（MPU）处理后并还原成被测量的原始量值，在液晶显示屏上以数据或曲线的形式显示出来。

图5-2 数字万用表组成框图

2.数字万用表的技术原理与要求

（1）输入电路技术原理

数字万用表一般通过一对红黑表笔引入外部输入信号，对于二端元件的测量也是通过表笔输入的。对于晶体管这样的三端元件，一般由独立的测试座输入。针对输入信号幅值的不同，输入单元电路设有不同的衰减器。当测量的量值超出范围时，系统能给出溢出提示，部分数字万用表设有语音提示功能，会及时给出操作有误的信息。对于超出正常范围的大信号的测量，如测量10A的直流电流，仪表一般设有独立的输入端口。对于元件参数的测量，输入单元能够提供元件工作时所必需的直流电压和激励信号。

（2）显示单元技术原理

绝大多数数字万用表选用液晶显示屏作为显示终端。液晶显示器由许多由液晶材料构成的显像单元（像素）组成，典型的如笔段式，8×2、16×1字符型，122×32、128×240点阵式等。(www.xing528.com)

从物理机制上来看，当加在单个像素上的电压为高电平（3.5V）时，显示为亮；反之，当加在像素上的电压为低电平（0V）时，显示为暗。因此，液晶显示器能够方便地显示数据或黑白二值图像。对于多值图像，即有灰度等级的图像，示波管是通过加在其阴极射线上电压的强弱不同来实现的。液晶显示器可以通过在一段时间里对应像素的高电平出现的次数（占空比）来实现明暗不同的控制。作为一种功耗极低的平板显示器件，液晶显示模块都有由集成电路实现的扫描模块，使用极为方便、灵活，几乎成了数字万用表的必然选择。

（3）控制处理单元技术原理

微处理器特别是单片计算机在数字万用表中构成控制器，管理测量操作过程和处理测量结果。此外，在一定程度上可以以软件功能代替或简化硬件功能，如自动量程转换、自动误差校正、抑制干扰等。MPU的使用在很大程度上降低了系统成本，提高了仪表的智能化程度和操作的便利性。

（4）转换电路技术原理

数字万用表的转换电路包括两类：一类是基本转换电路，负责将模拟状态的直流电量转换为数字量；另一类是测试转换电路，负责将被测的物理量转换为仪器可以处理的直流电量。

1）基本转换电路原理 由于数字万用表是基于电压测量的数字式电表，其基本转换电路是将模拟电压信号转换为数字电压信号的模/数（A/D）转换器。在数字万用表中，使用的A/D转换器多采用双斜式、多斜式、余数循环比较式和多周期脉冲调宽式等形式。

2）测试转换电路 为了把被测量数据转换为仪表可以处理的电压信号，数字万用表的每一种测量功能均有对应的测试转换电路，如ACV/DCV、I/V、R/V转换电路等。

ACV/DCV变换时，往往是按照其有效值的定义进行的，即取被测量的均方根值。R/V变换电路的职能是将被测电阻Rx变换为相应的电压Ux进行测量。如果流过被测电阻的电流也已测得，则可以通过计算求得Rx。