1.2 数字式万用表的原理及使用

数字式万用表（Digital MultiMeter，DMM）采用大规模集成电路和液晶数字显示技术，是将被测量的数值直接以数字形式显示出来的一种电子测量仪表。数字式万用表具有结构简单、测量精度高、输入阻抗高、显示直观、过载能力强、功能多、耗电少、自动量程转换等优点，许多数字式万用表还带有测电容、频率、温度等功能。

1.2.1 用数字式万用表测量电流、电压和电阻

1.打开开关

将电源开关置于ON位置。

2.交直流电压的测量

1）将红表笔插入V/Ω孔，黑表笔插入COM孔。

2）根据被测量的电压种类（交流或直流电压）将转换开关置于ACV或DCV档位，选择合适量程，并将表笔与被测电路并联，读数即显示。测量直流量时，数字式万用表能自动显示红表笔端的极性。

3.交直流电流的测量

1）将黑表笔插入COM孔，红表笔插入mA孔（电流不大于20A时）或20A孔（电流大于20A时）。

2）根据被测量的电流种类（交流或直流）将档位/量程选择开关置于ACA或DCA档位，选择合适量程，并将万用表笔串联在被测电路中即可显示读数。测量直流量时，数字万用表能自动显示红表笔端的极性。

4.电阻的测量

1）将红表笔插入V/Ω孔，黑表笔插入COM孔，在电阻量程档位时，红表笔为内部电池的正极，黑表笔为负极，这与模拟式万用表正好相反。

2）将转换开关拨至欧姆档的合适量程，被测电阻的值应仅低于该选择量程，表笔连接到被测电阻上，显示电阻值读数（包括其单位）。

1.2.2 数字式万用表的组成、种类和原理

1.数字式万用表的组成

数字式万用表（也称数字万用表）是在直流数字电压表的基础上扩展而成的。为了能测量交流电压、电流、电阻、电容、二极管正向压降、晶体管放大系数等，必须增加相应的转换器，将被测电量转换成直流电压信号，再由A/D转换器转换成数字量，并以数字形式显示出来。它由功能转换器、A/D转换器、液晶显示屏（LCD）、电源和转换开关等构成。常用的数字万用表显示数字位数有三位半、四位半和五位半之分。对应的数字显示最大值分别为1999、19999和199999，并由此构成不同型号的数字万用表。

2.数字万用表的种类

数字万用表的类型多达上百种，按量程转换方式分类，可分为手动量程数字万用表、自动量程数字万用表和自动/手动量程数字万用表；按用途和功能分类，可分为低档普及型（如DT830型数字万用表）数字万用表、中档数字万用表、智能数字万用表、多重显示数字万用表和专用数字仪表等；按形状大小分，可分为袖珍式数字万用表和台式数字万用表两种。数字万用表的类型虽多，但测量原理基本相同。

3.数字万用表的原理

下面以袖珍式数字万用表DT830为例，介绍数字万用表的测量原理。DT830型数字万用表采用9V叠层电池供电，整机功耗约20mW；采用LCD显示数字，最大显示数字为±1999，因而属于三位半万用表。

同其他数字万用表一样，DT830型数字万用表的核心也是直流数字电压表DVM（基本表）。它主要由外围电路、双积分A-D转换器及显示器组成。其中，A-D转换、计数、译码等电路都是由大规模集成电路芯片ICL7106构成的。DT830型数字万用表测量电路原理如下。

（1）直流电压（DCV）测量电路

图1-11为数字万用表直流电压测量电路原理图。该电路由R₂₉等分压电阻万用表转换开关和ICL7106芯片构成。把基本量程为200mV的量程扩展为五量程（200mV、2V、20V、200V、600V）的直流电压档。图中，“V/R”插孔接被测量值U_X，“COM”插孔接地，ICL7106芯片完成A-D转换和显示。

以20V档（U_IN）为例，被测电压为U_X，基准电压为U_REF，ICL7106的内阻在10MΩ以上，0＜U_X＜19.99V，U_REF=V_R+-V_R-=100mV，U_IN和U_X的关系如下：

当U_X=15V时，

显示值为

因此当U_X=15V时，显示1500，20V档的小数点设置在百位与十位之间。

（2）直流电流（DCA）测量电路

数字万用表直流电流测量电路如图1-12所示。其中，R₁₇、R₂₈、R₈、R₁₀、R₃₄分别为各档的取样电阻，它们共同组成了电流-电压（I-U）转换器，即测量时被测电流I在取样电阻上产生电压，该电压输入至IN HI、IN LO两端，从而得到了被测电流的值。若合理地选配各电流量程的取样电阻，就能使基本表直接显示被测电流量的大小。把基本量程为200μA的量程扩展为四量程（200μA、2mA、20mA、200mA）的直流电流档。

图中，“mA”插孔为电流插孔，测量时万用表串联在电路中。ICL7106完成A-D转换并显示结果。

以2mA档为例，0<I_X<1.999mA

U_IN=（R₂₈+R₈+R₁₀）I_X=100I_X（V）

显示值为

当I_X=1.5mA时，显示1500，把小数点设置在千位与百位之间。

（3）交流电压（ACV）测量电路

数字万用表交流电压测量电路如图1-13所示。该电路由分压电阻、万用表转换开关和ICL7106组成。图中，“V/R”插孔接被测量值U_X，“COM”插孔接地。被测电压U_X（频率在45～500Hz范围内的正弦电压有效值），经D₁半波整流和分压电阻分压后成为U_IN，U_IN（平均值）=0.45U_X（有效值），由ICL7106完成A-D转换并显示结果。

以200V档为例，0＜U_IN＜199.9V，U_REF=100mV，U_X和U_IN的关系如下：

显示值为

当U_X=150V时，显示1494，把小数点设置在十位与个位之间。

（4）电阻测量电路

数字万用表电阻测量电路如图1-14所示。该电路由分压电阻、万用表转换开关和ICL7106组成。“V/R”插孔和“COM”插孔之间接被测电阻R_X，由ICL7106完成A-D转换并显示结果。为防止用电阻档误测电压造成电表损坏，增加了热敏电阻（PTC）以保护元件。热敏电阻的阻值随电流的增大而增大，用于限流，电压作用于PTC使其发热后阻值增大，起到一定的保护作用。

电阻测量采用“比例测量法”：

以20kΩ为例，0＜R_X＜19.99kΩ，显示值为

当R_X=12.5kΩ时，显示值为，把小数点设置在百位与十位之间。

（5）二极管测量电路

数字万用表二极管测量电路如图1-15所示。该电路由电阻、蜂鸣器电路（用于判断是否短路）和ICL7106组成。“V/R”插孔接二极管正极，二极管负极接“COM”插孔，R₃₂为热敏电阻PTC，电阻R₂₀和R₂₉两者的电阻之和为1kΩ，ICL7106的IN HI端接蜂鸣器电路和“V/R”插孔，ICL7106的IN LO接“COM”插孔，ICL7106的VR+接VCC，U_REF近似1V，ICL7106完成A/D转换并显示结果。

V_CC至COM的电压差为3V，显示值为1000×。

V_CC到COM之间电压差U=3V，U_REF=1kΩ×1mA=1V，U_IN=U_D（U_D为被测二极管两端电压）。

当U_D=0.65V时，显示值为。

不设置小数点，显示单位为mV。当U_D＜0.07V时，蜂鸣器鸣叫，视为短路。二极管反接时，显示“1”，表示超出量程。

4.VC9801A+面板介绍

VC9801A+型数字万用表面板如图1-16所示。对其中各部分分别介绍如下：按下电源开关为开启状态；液晶显示屏显示仪表测量的数值；量程选择开关可选择的量程有6个，直流电压量程范围为200mV～1000V，交流电压量程范围为200mV～700V，直流电流量程范围为200μA～20A，交流电流量程范围为200μA～20A，电阻量程范围为200Ω～200MΩ，电容量程范围为200μF；电压/电阻插孔（V/Ω）用于电压或电阻测试时接红表笔；公共地插孔（COM）用于接黑表笔；电流插孔（mA）用于测试电流时接红表笔；20A电流插孔（20A）用于测试大于20A电流时接红表笔；按下保持开关（HOLD），仪表当前所测数值被保持，显示屏上出现“H”符号，若再次按下保持开关，“H”符号消失，退出保持状态；按下背景光按钮（H/L），背景灯亮。

5.数字万用表的使用注意事项

1）使用前，应根据待测电量及其大小选择合适的量程，连接测试表笔。

2）若显示始终为最高位显示数字“1”，则说明该量程不满足被测量的量程，此时应选择更高的量程。如果用小量程去测量大电压，则会有烧坏万用表的危险。如果无法预先估计被测电量的大小，原则上应先用最高量程档测量一次，再视情况逐渐减小量程，尽量使被测值接近于量程。

3）禁止在测量高电压（220V以上）或大电流（0.5A以上）时换量程，以防产生电弧，烧毁开关触点。

4）在测电流、电压时，不能带电换量程。

5）测电阻时，不能带电测量。因为测量电阻时，万用表由内部电池供电，带电测量相当于接入一个额外的电源，可能会损坏仪表。

6）使用完毕，应将转换开关放置在交流电压最大档位上，然后关闭背景灯开关、电源开关。

1.2.3 用数字式万用表测试常用电子元器件

1.打开电源

将电源开关置于“ON”位置。

2.二极管的测试及带蜂鸣器的连续性测试

1）测量二极管时表笔接法与电压测量时表笔的接法一样，将转换开关旋到档。

2）用红表笔接二极管的正极，黑表笔接负极，这时会显示二极管的正向压降。肖特基二极管的压降是0.2V左右，普通硅整流管（1N4000、1N5400系列等）的压降约为0.7V，发光二极管的压降为1.8～2.3V。调换表笔，若显示屏显示“1”则为正常，因为二极管的反向电阻很大，否则此管已被击穿。

3）将表笔连接到待测线路的两点，如果两点之间电阻低于70Ω，内置蜂鸣器发声。

3.晶体管的测量

1）测量晶体管时表笔连接方法同上，其原理同二极管测量。先假定A引脚为基极，用黑表笔与该引脚相接，红表笔与其他两引脚分别接触。若两次读数均为0.7V左右，然后再用红表笔接触A引脚，黑表笔接触其他两引脚，若均显示“1”，则A引脚为基极，且此管为PNP管，否则需要重新测量。那么集电极和发射极如何判断呢？数字万用表不能像指针万用表那样利用指针摆幅来判断，那怎么办呢？

2）可以利用hFE档来判断：先将转换开关旋到hFE档，可以看到档位旁有一排小插孔，分别用于PNP和NPN管的测量。前面已经判断出管型，将基极插入对应管型“b”孔，其余两引脚分别插入“c”和“e”孔，此时读取的数值即β值；再固定基极，其余两引脚对调；比较两次读数，读数较大的引脚位置与表面“c”“e”相对应。

小技巧：上法只能用于对9000系列小型管的测量，若要测量大管，可以采用接线法，即用小导线将3个引脚引出。

4.MOS场效应管的测量

N沟道的MOS场效应管有国产的3D01、4D01，日产的3SK系列。

1）G极（栅极）的确定：利用万用表的二极管档测量，若某引脚与其他两引脚间的正反压降均大于2V，即均显示“1”，此引脚即为栅极G。

2）交换表笔测量其余两引脚，压降小的那次测量中，黑表笔接的是D极（漏极），红表笔接的是S极（源极）。