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標題: 萬用表的基本工作原理和使用方法圖解 [打印本頁]

作者: 山海致遠 時間: 2014-12-25 10:34
標題: 萬用表的基本工作原理和使用方法圖解
一、萬用表的基本工作原理
“萬用表”是萬用電表的簡稱，它是我們電子制作中一個必不可少的工具。萬用表能測量電流、電壓、電阻、有的還可以測量三極管的放大倍數，頻率、電容容量大小、邏輯電位、分貝值等。萬用表有很多種，現在最流行的有機械指針式的和數字式的萬用表。它們各有其優缺點;對于電子初學者，建議使用指針式萬用表，因為它對我們熟悉一些電子知識原理很有幫助。下面主要介紹一下機械指針式萬用表的測量原理。
此類萬用表的基本原理是利用一只靈敏的磁電式直流電流表（微安表）做表頭。當微小電流通過表頭，就會有電流指示。但表頭不能通過大電流，所以，必須在表頭上并聯與串聯一些電阻進行分流或降壓，從而測出電路中的電流、電壓和電阻。下面分別給予介紹。
1. 測直流電流原理。
如圖1a所示，在表頭上并聯一個適當的電阻（叫分流電阻）進行分流，就可以擴展電流量程。改變分流電阻的阻值，就能改變電流測量范圍。
2. 測直流電壓原理。
如圖1b所示，在表頭上串聯一個適當的電阻（叫倍增電阻）進行降壓，就可以擴展電壓量程。改變倍增電阻的阻值，就能改變電壓的測量范圍。

3. 測交流電壓原理。
如圖1c所示，因為表頭是直流表，所以測量交流時，需加裝一個并、串式半波整流電路，將交流進行整流變成直流后再通過表頭，這樣就可以根據直流電的大小來測量交流電壓。擴展交流電壓量程的方法與直流電壓量程相似。
4. 測電阻原理。
如圖1d所示，在表頭上并聯和串聯適當的電阻，同時串接一節電池，使電流通過被測電阻，根據電流的大小，就可測量出電阻值。改變分流電阻的阻值，就能改變電阻的量程。
二、萬用表的使用
萬用表（以105型為例）的表盤如右圖所示。通過轉換開關的旋鈕來改變測量項目和測量量程。機械調零旋鈕用來保持指針在靜止處在左零位。“Ω”調零旋鈕是用來測量電阻時使指針對準右零位，以保證測量數值準確。

萬用表的測量范圍如下：
直流電壓：分5檔—0-6V；0-30V；0-150V；0-300V；0-600V。
交流電壓：分5檔—0-6V；0-30V；0-150V；0-300V；0-600V
直流電流：分3檔—0-3mA；0-30mA；0-300mA。
 電阻：分5檔—R*1；R*10；R*100；R*1K；R*10K

測量電阻：--先將表棒搭在一起短路，使指針向右偏轉，隨即調整“Ω”調零旋鈕，使指針恰好指到0。然后將兩根表棒分別接觸被測電阻（或電路）兩端，讀出指針在歐姆刻度線（第一條線）上的讀數，再乘以該檔標的數字，就是所測電阻的阻值。例如用R*100擋測量電阻，指針指在80，則所測得的電阻值為80*100=8K。由于“Ω”刻度線左部讀數較密，難于看準，所以測量時應選擇適當的歐姆檔。使指針在刻度線的中部或右部，這樣讀數比較清楚準確。每次換檔，都應重新將兩根表棒短接，重新調整指針到零位，才能測準。
測量直流電壓：--首先估計一下被測電壓的大小，然后將轉換開關撥至適當的V量程，將正表棒接被測電壓“+”端，負表棒接被測量電壓“-”端。然后根據該檔量程數字與標直流符號“DC-”刻度線（第二條線）上的指針所指數字，來讀出被測電壓的大小。如用V300伏檔測量，可以直接讀0-300的指示數值。如用V30伏檔測量，只須將刻度線上300這個數字去掉一個“0”，看成是30，再依次把200、100等數字看成是20、10既可直接讀出指針指示數值。例如用V6伏檔測量直流電壓，指針指在15，則所測得電壓為1.5伏。

測量直流電流：--先估計一下被測電流的大小，然后將轉換開關撥至合適的mA量程，再把萬用表串接在電路中，如圖所示。同時觀察標有直流符號“DC”的刻度線，如電流量程選在3mA檔，這時，應把表面刻度線上300的數字，去掉兩個“0”，看成3，又依次把200、100看成是2、1，這樣就可以讀出被測電流數值。例如用直流3mA檔測量直流電流，指針在100，則電流為1mA。

   測量交流電壓：--測交流電壓的方法與測量直流電壓相似，所不同的是因交流電沒有正、負之分，所以測量交流時，表棒也就不需分正、負。讀數方法與上述的測量直流電壓的讀法一樣，只是數字應看標有交流符號“AC”的刻度線上的指針位置。
三、使用萬用表注意事項
萬用表是比較精密的儀器，如果使用不當，不僅造成測量不準確且極易損壞。但是，只要我們掌握萬用表的使用方法和注意事項，謹慎從事，那么萬用表就能經久耐用。使用萬用表是應注意如下事項：
1)    測量電流與電壓不能旋錯檔位。如果誤將電阻檔或電流檔去測電壓，就極易燒壞電表。萬用表不用時，最好將檔位旋至交流電壓最高檔，避免因使用不當而損壞。
2)    測量直流電壓和直流電流時，注意“+”“-”極性，不要接錯。如發現指針開反轉，既應立即調換表棒，以免損壞指針及表頭。
3)    如果不知道被測電壓或電流的大小，應先用最高檔，而后再選用合適的檔位來測試，以免表針偏轉過度而損壞表頭。所選用的檔位愈靠近被測值，測量的數值就愈準確。
4)    測量電阻時，不要用手觸及元件的裸體的兩端（或兩支表棒的金屬部分），以免人體電阻與被測電阻并聯，使測量結果不準確。
5)    測量電阻時，如將兩支表棒短接，調“零歐姆”旋鈕至最大，指針仍然達不到0點，這種現象通常是由于表內電池電壓不足造成的，應換上新電池方能準確測量。
6)    萬用表不用時，不要旋在電阻檔，因為內有電池，如不小心易使兩根表棒相碰短路，不僅耗費電池，嚴重時甚至會損壞表頭。
四、萬用表的使用技巧
1、指針表和數字表的選用：
　　 1、指針表讀取精度較差，但指針擺動的過程比較直觀，其擺動速度幅度有時也能比較客觀地反映了被測量的大小（比如測電視機數據總線（SDL）在傳送數據時的輕微抖動）；數字表讀數直觀，但數字變化的過程看起來很雜亂，不太容易觀看。
2、指針表內一般有兩塊電池，一塊低電壓的1.5V，一塊是高電壓的9V或15V，其黑表筆相對紅表筆來說是正端。數字表則常用一塊6V或9V的電池。在電阻檔，指針表的表筆輸出電流相對數字表來說要大很多，用R×1Ω檔可以使揚聲器發出響亮的“噠”聲，用R×10kΩ檔甚至可以點亮發光二極管（LED）。
3、在電壓檔，指針表內阻相對數字表來說比較小，測量精度相對較差。某些高電壓微電流的場合甚至無法測準，因為其內阻會對被測電路造成影響（比如在測電視機顯像管的加速級電壓時測量值會比實際值低很多）。數字表電壓檔的內阻很大，至少在兆歐級，對被測電路影響很小。但極高的輸出阻抗使其易受感應電壓的影響，在一些電磁干擾比較強的場合測出的數據可能是虛的。
4、總之，在相對來說大電流高電壓的模擬電路測量中適用指針表，比如電視機、音響功放。在低電壓小電流的數字電路測量中適用數字表，比如BP機、手機等。不是絕對的，可根據情況選用指針表和數字表。
2、測量技巧（如不作說明，則指用的是指針表）：
1、測喇叭、耳機、動圈式話筒：用R×1Ω檔，任一表筆接一端，另一表筆點觸另一端，正常時會發出清脆響量的“噠”聲。如果不響，則是線圈斷了，如果響聲小而尖，則是有擦圈問題，也不能用。
2、測電容：用電阻檔，根據電容容量選擇適當的量程，并注意測量時對于電解電容黑表筆要接電容正極。①、估測微波法級電容容量的大小：可憑經驗或參照相同容量的標準電容，根據指針擺動的最大幅度來判定。所參照的電容不必耐壓值也一樣，只要容量相同即可，例如估測一個100μF/250V的電容可用一個100μF/25V的電容來參照，只要它們指針擺動最大幅度一樣，即可斷定容量一樣。②、估測皮法級電容容量大小：要用R×10kΩ檔，但只能測到1000pF以上的電容。對1000pF或稍大一點的電容，只要表針稍有擺動，即可認為容量夠了。③、測電容是否漏電：對一千微法以上的電容，可先用R×10Ω檔將其快速充電，并初步估測電容容量，然后改到R×1kΩ檔繼續測一會兒，這時指針不應回返，而應停在或十分接近∞處，否則就是有漏電現象。對一些幾十微法以下的定時或振蕩電容（比如彩電開關電源的振蕩電容），對其漏電特性要求非常高，只要稍有漏電就不能用，這時可在R×1kΩ檔充完電后再改用R×10kΩ檔繼續測量，同樣表針應停在∞處而不應回返。
　　3、在線檢測二極管、三極管、穩壓管好壞：因為在實際電路中，三極管的偏置電阻或二極管、穩壓管的周邊電阻一般都比較大，大都在幾百幾千歐姆以上，這樣，我們就可以用萬用表的R×10Ω或R×1Ω檔來在路測量PN結的好壞。在路測量時，用R×10Ω檔測PN結應有較明顯的正反向特性（如果正反向電阻相差不太明顯，可改用R×1Ω檔來測），一般正向電阻在R×10Ω檔測時表針應指示在200Ω左右，在R×1Ω檔測時表針應指示在30Ω左右（根據不同表型可能略有出入）。如果測量結果正向阻值太大或反向阻值太小，都說明這個PN結有問題，這個管子也就有問題了。這種方法對于維修時特別有效，可以非常快速地找出壞管，甚至可以測出尚未完全壞掉但特性變壞的管子。比如當你用小阻值檔測量某個PN結正向電阻過大，如果你把它焊下來用常用的R×1kΩ檔再測，可能還是正常的，其實這個管子的特性已經變壞了，不能正常工作或不穩定了。
4、測電阻：重要的是要選好量程，當指針指示于1/3～2/3滿量程時測量精度最高，讀數最準確。要注意的是，在用R×10k電阻檔測兆歐級的大阻值電阻時，不可將手指捏在電阻兩端，這樣人體電阻會使測量結果偏小。
5、測穩壓二極管：我們通常所用到的穩壓管的穩壓值一般都大于1.5V，而指針表的R×1k以下的電阻檔是用表內的1.5V電池供電的，這樣，用R×1k以下的電阻檔測量穩壓管就如同測二極管一樣，具有完全的單向導電性。但指針表的R×10k檔是用9V或15V電池供電的，在用R×10k測穩壓值小于9V或15V的穩壓管時，反向阻值就不會是∞，而是有一定阻值，但這個阻值還是要大大高于穩壓管的正向阻值的。如此，我們就可以初步估測出穩壓管的好壞。但是，好的穩壓管還要有個準確的穩壓值，業余條件下怎么估測出這個穩壓值呢？不難，再去找一塊指針表來就可以了。方法是：先將一塊表置于R×10k檔，其黑、紅表筆分別接在穩壓管的陰極和陽極，這時就模擬出穩壓管的實際工作狀態，再取另一塊表置于電壓檔V×10V或V×50V（根據穩壓值）上，將紅、黑表筆分別搭接到剛才那塊表的的黑、紅表筆上，這時測出的電壓值就基本上是這個穩壓管的穩壓值。說“基本上”，是因為第一塊表對穩壓管的偏置電流相對正常使用時的偏置電流稍小些，所以測出的穩壓值會稍偏大一點，但基本相差不大。這個方法只可估測穩壓值小于指針表高壓電池電壓的穩壓管。如果穩壓管的穩壓值太高，就只能用外加電源的方法來測量了（這樣看來，我們在選用指針表時，選用高壓電池電壓為15V的要比9V的更適用些）。
6、測三極管：通常我們要用R×1kΩ檔，不管是NPN管還是PNP管，不管是小功率、中功率、大功率管，測其be結cb結都應呈現與二極管完全相同的單向導電性，反向電阻無窮大，其正向電阻大約在10K左右。為進一步估測管子特性的好壞，必要時還應變換電阻檔位進行多次測量，方法是：置R×10Ω檔測PN結正向導通電阻都在大約200Ω左右；置R×1Ω檔測PN結正向導通電阻都在大約30Ω左右，（以上為47型表測得數據，其它型號表大概略有不同，可多試測幾個好管總結一下，做到心中有數）如果讀數偏大太多，可以斷定管子的特性不好。還可將表置于R×10kΩ再測，耐壓再低的管子（基本上三極管的耐壓都在30V以上），其cb結反向電阻也應在∞，但其be結的反向電阻可能會有些，表針會稍有偏轉（一般不會超過滿量程的1/3，根據管子的耐壓不同而不同）。同樣，在用R×10kΩ檔測ec間(對NPN管）或ce間（對PNP管）的電阻時，表針可能略有偏轉，但這不表示管子是壞的。但在用R×1kΩ以下檔測ce或ec間電阻時，表頭指示應為無窮大，否則管子就是有問題。應該說明一點的是，以上測量是針對硅管而言的，對鍺管不適用。不過現在鍺管也很少見了。另外，所說的“反向”是針對PN結而言，對NPN管和PNP管方向實際上是不同的。
現在常見的三極管大部分是塑封的，如何準確判斷三極管的三只引腳哪個是b、c、e？三極管的b極很容易測出來，但怎么斷定哪個是c哪個是e？這里推薦三種方法：
第一種方法：對于有測三極管hFE插孔的指針表，先測出b極后，將三極管隨意插到插孔中去（當然b極是可以插準確的），測一下hFE值，然后再將管子倒過來再測一遍，測得hFE值比較大的一次，各管腳插入的位置是正確的。
第二種方法：對無hFE測量插孔的表，或管子太大不方便插入插孔的，可以用這種方法：對NPN管，先測出b極（管子是NPN還是PNP以及其b腳都很容易測出，是吧？），將表置于R×1kΩ檔，將紅表筆接假設的e極（注意拿紅表筆的手不要碰到表筆尖或管腳），黑表筆接假設的c極，同時用手指捏住表筆尖及這個管腳，將管子拿起來，用你的舌尖舔一下b極，看表頭指針應有一定的偏轉，如果你各表筆接得正確，指針偏轉會大些，如果接得不對，指針偏轉會小些，差別是很明顯的。由此就可判定管子的c、e極。對PNP管，要將黑表筆接假設的e極（手不要碰到筆尖或管腳），紅表筆接假設的c極，同時用手指捏住表筆尖及這個管腳，然后用舌尖舔一下b極，如果各表筆接得正確，表頭指針會偏轉得比較大。當然測量時表筆要交換一下測兩次，比較讀數后才能最后判定。這個方法適用于所有外形的三極管，方便實用。根據表針的偏轉幅度，還可以估計出管子的放大能力，當然這是憑經驗的。
第三種方法：先判定管子的NPN或PNP類型及其b極后，將表置于R×10kΩ檔，對NPN管，黑表筆接e極，紅表筆接c極時，表針可能會有一定偏轉，對PNP管，黑表筆接c極，紅表筆接e極時，表針可能會有一定的偏轉，反過來都不會有偏轉。由此也可以判定三極管的c、e極。不過對于高耐壓的管子，這個方法就不適用了。
對于常見的進口型號的大功率塑封管，其c極基本都是在中間。中、小功率管有的b極可能在中間。比如常用的9014三極管及其系列的其它型號三極管、2SC1815、2N5401、2N5551等三極管，其b極有的在就中間。當然它們也有c極在中間的。所以在維修更換三極管時，尤其是這些小功率三極管，不可拿來就按原樣直接安上，一定要先測一下。

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