数字万用表

数字万用表的设计

摘要：

数字万用表又称数字多用表，它是一种将测量的模拟量转换为数字量，由液晶显示板或LED数码管显示测量值的数字化测量仪表, DT830B是一种常用的数字万用表，是一种将所测的模拟量转换为数字量，由LCD液晶显示板显示测量值的数字化测量仪表。该表使用7106型的A/D转换芯片，配3 1/2位的LCD液晶显示屏，表内使用一只电位器来调整精度，一节9V电池做电源，量程开关兼做电源开关。

关键词：

数字万用表 工作原理 焊接工艺

引言：

数字万用表根据内部结构不同可以分为普通数字万用表、单片机数字万用表和智能数字万用表。它的主要功能有测量直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、电阻、电容、二极管。它具有高准确度和高分辨力、测量功能强、输入阻抗高、功率低、可靠性高等特性，本文主要介绍了普通数字万用表的结构、功能、原理以及焊接方面的知识。

一、 系统整体设计

数字万用表的基本电路是一个表头电路，它所完成的基本功能是将输入的直流电压（模拟量）量化，并输出，其它的功能一般需要增加外部电路。

内部电路主要包括：直流数字电压表、交流-直流转换电路、电流-电压转换电路、电阻-电压转换电路、电源供电电路和显示电路。核心在于直流数字电压表，它由阻容滤波器、前置放大电路和模数转换电路组成。

基本工作原理是检测的信号经万用表的表笔接入万用表，信号进行阻容滤波和前置放大，然后万用表根据用户选择的相应档位进行相应的信号转换、再将模拟信号转换成数字信号，最后将数值经显示驱动电路输出在显示屏幕上。

万用表结构框图:

→ 转换 → R/V 显显A/D 示示 转 能程输入→ → 转换 → → → → → 器 V~/V换 → 逻选选辑 择 择 功 → 量 I/V → 转换 → 系统硬件设计

DT830B主要有三部分构成，输入电路部分，模数转换部分，显示部分。输入部分通过红黑表笔引入外部信号，选择所需测量的档位，内部电路进行交直流转换进行测量。模数转换部分把接收到的模拟信号转换成数字信号进行输出显示。模数部分主要由集成电路ICL7106完成，它是DT830B的核心元件，期内部包含双积分A/D转换器、显示锁存器、七段译码器和显示驱动器，它的实质是满量程200mV数字电压表。

无论测的是电压还是电流，都经过参数转换电路，分压或分流最终转换成最大值为200mV的电压信号输入7106，输入7106的直流信号被接入一个A/D转换器，转换成数字信号，然后送入译码器转换成驱动LCD的七段数码管，小数点由选择开关设定。A/D转换器的时钟是由OSC引脚外接的电容和电阻与芯片内部电路组成的。

测量交流与直流的区别就是用一个普通二极管代替了两个274Ω电阻，二极管做半波整流把交流电变成直流电，输出脉动直流电压，经过分压电阻后，有7106的A/D转换器的正向积分过程取出平均电流值最后由LCD显示测量结果。

1、 直流电压的测量

原理： 数字电压表的作用就是测量直流电压，但是它的量程有限，为了扩大量程可以在数字电压表表头前面加一个分压电路，这样就可以满足要求，电路如图2所示

图2

数字电压表的量程为200mV

5档量程的分压比分别为1、0.1、0.01、0.001和0.0001，对应的量程分别为200mV、2V、20V、200V和2000V。

例如：其中2V档的分压比为

(R2+R3+R4+R5)/(R1+R2+R3+R4+R5)=1000K/10M=0.1

其余各档的分压比可同样算出。

实际设计时是根据各档的分压比和总电阻来确定各分压电阻的。如先确定

R总＝R1R2R3R4R510M

再计算2000V档的电阻

R50.0001R总＝1K

再逐档计算R4、R5、R2、R1。 2、直流电流的测量

原理：因为数字电压表只能测电压，所以思路就是将直流电流转化为直流电压，用合适的电阻把待测电流转换为相应的电压，再进行测量，数字电压表的内

阻远远小于电阻R,所以其示数可以近似的等于R两端的电压。原理如图3

图3电流测量原理 实用数字万用表的直流电流档电路，如图4所示。

图4实用分流器电路

为了保护电路，加上熔断电流为2A的保险丝FUSE,D1 D2为硅管，起过压保护作用，使通过的电压在-0.7到+0.7之间

图4中各档分流电阻是这样计算的，先计算最大电流档（2A）的分流电阻R5（数

字电压表最大输入为200mV）

R5再计算200mA档的R4：R4U00.2V0.1()， Im52AU00.2R50.10.9() Im40.2依次可以计算出R3、R2和R1。 3、交流电压、电流的测量电路

原理：直接在直流电压、电流的基础上， 在分压器或分流器之后串入了一个交流—直流（AC--DC）变换器，如图5所示。

图5

变换器主要由集成运算放大器、整流二极管、RC滤波电容等组成，还包含一个能调整输出电压高低的电位器：AC—DC校准电位器，用来对交流电压档进行校准，调整该电位器可使数字电压表头的显示值等于被测交流电压的有效值。

4、电阻测量电路

原理：被测电阻和基准电阻串联后接在基准电压源上，被测电阻上的压降作为基本表的电压输入端，通过选择开关改变基准电阻的大小，就可以实现多量程电阻测量，其原理如图6所示。

图6实用电路

图7电阻测量电路

对200Ω档，取R05=100Ω，小数点定在十位上。当Rx=100Ω时，表头就会显示出100.0（Ω）。当Rx变化时，显示值相应变化，可以从0. 1Ω测到199.9Ω

数字万用表多量程电阻档电路如图7所示，由上分析可知，

R5=R05=100Ω

R4=R04-R05=1000-100=900Ω R3 =R03-R04=10K-1K=9K

过压保护电路由热敏电阻Rt与晶体管组成，当误测量高电压时，晶体管发射极将击穿从而限制了输入电压的升高。热敏电阻的阻值随着电流的增大迅速增加，限制电流的增加，使晶体管击穿电流不超过允许范围。 5、总电路图

二、 焊接工艺

焊接是一门艺术。焊接质量的好坏，直接影响电子电路及电子装置的工作性能。

1）焊接的基本知识

焊接前应该看元件是否有氧化层，因为元件经过长期存放，会在元件表面形成氧化层，不但使元件难以焊接，而且影响焊接质量，一般应首先清除元件表面的氧化层，但注意用力不能过猛，以免使元件引脚受伤或折断。在使用电烙铁前，应该在烙铁加热的过程中将焊锡丝送到烙铁头上，焊锡丝在一定温度时熔化，将烙铁头镀锡，保护烙铁头，镀锡后的烙铁头为白色。如果烙铁头上挂有很多的锡，不易焊接，可在烙铁架中带水的海棉上抹去多余的锡，但不可在工作台或者其他地方抹去。

焊接时先将电烙铁在线路板上加热，大约两秒钟后，送焊锡丝，观察焊锡量的多少，不能太多，造成堆焊；也不能太少，造成虚焊。当焊锡熔化，发出光泽时焊接温度最佳，应立即将焊锡丝移开，再将电烙铁移开。为了再加热中使加热面积最大，要将烙铁头的斜面靠在元件引脚上，烙铁头的顶尖抵在线路板的焊盘上。焊点高度一般在2毫米左右，直径应与焊盘相一致，引脚应高出焊点大约0.5mm。

焊接元件时，应对照图纸插放元器件，用万用表校验，检查每个元器件插放是否正确、整齐，二极管、电解电容极性是否正确，电阻读数的方向是否一致，全部合格后方可进行元器件的焊接。焊接完后的元器件，要求排列整齐，高度一致。为了保证焊接的整齐美观，焊接时应将线路板板架在焊接木架上焊接，两边架空的高度要一致，元件插好后，要调整位置，使它与桌面相接触，保证每个元件焊接高度一致。焊接时如果线路板未放水平，应重新加热调整。焊接时，电阻不能离开线路板太远，也不能紧贴线路板焊接，以免影响电阻的散热。

5、焊接方法 （二）手工焊接工艺 1、焊接方法

焊接时利用烙铁头对元件引线和焊盘预热，烙铁头与焊盘的平面最好成45°夹角，等待焊金属上升至焊接温度时，再加焊锡丝。被焊金属未经预热，而将焊锡直接加在烙铁头上，使焊锡直接滴在焊接部位，这种焊接方法常常会导致虚焊。

2、焊接的步骤：

1）预热：烙铁与元件引脚、焊盘接触，同时预热焊盘与元件引脚。而不是仅仅预热元件

2）加焊锡：焊锡加焊盘上（而不是仅仅加在元件引脚上），待焊盘温度上升到使焊锡丝熔化的温度，焊锡就自动熔化。不能将焊锡直接加在烙铁上使其熔化，这样会造成冷焊。

3）加适量的焊锡，然后先拿开焊锡丝。

4）焊后加热：拿开焊锡丝后，不要立即拿走烙铁，继续加热使焊锡完成润湿和扩散两个过程，直到是焊点最明亮时再拿开烙铁。

5）冷却：在冷却过程中不要移动 3、焊接前的准备工作

清除元件表面的氧化层 元件引脚的弯制成形 4、注意

焊接前一定要注意，烙铁的插头必须插在右手的插座上，不能插在靠左手的插座上；如果是左撇子就插在左手。烙铁通电前应将烙铁的电线拉直并检查电线的绝缘层是否有损坏，不能使电线缠在手上。通电后应将电烙铁插在烙铁架中，并检查烙铁头是否会碰到电线、书包或其他易燃物品。

烙铁加热过程中及加热后都不能用手触摸烙铁的发热金属部分，以免烫伤。 当元件焊错时，要将错焊元件的拔除。先检查焊错的元件应该焊在什么位置，正确位置的引脚长度是多少，如果引脚较短，为了便于拔出，应先将引脚剪短。在烙铁架上清除烙铁头上的焊锡，将线路板绿色的焊接面朝下，用烙铁将元件脚上的锡尽量刮除。

三、结论

通过这次工艺电子实习，我对数字万用表有了更加深刻的认识和了解，从理论到实践，我学到很多很多的东西，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到

过的知识。 努力不一定成功，但放弃一定失败，在实习的过程遇到了很多问题，但是最终都得到了解决。不断发现错误，不断改正，不放弃，最终定会成功。“纸上学来终觉浅”通过这次工艺实习使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，要学会把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，并且创新精神也是很重要的。

此次实习也让我深刻的明白了要选好正确的方向，遇到问题要想办法解决。 四、参考文献

1）韩国栋.电子工艺技术基础与实训.北京：国防工业出版社，2011.5

2）杜虎林.数字万用表使用测量技法与故障检修.北京：人民教育出版社，2003.7 3）沙占友.新型万用表的使用技巧.北京：机械工业出版社，2002.4 4) 华成英.模拟电子技术基础简明教程.北京：清华大学出版社，2006