万用表电路设计方案汇总（几款模拟设计电路原理图详解） - 全文

一、万用表电路设计方案汇总（一）

数字万用表，拥有测量电流、交流电压、直流电压、电阻、二极管、线路通断及温度测量等功能。是电工、技术人员、维修人员常用的工具。

整个电路图包含直流电压测量电路图（如图2）、交流电压测量电路图（如图3）、直流电流测量电路图（如图4）、电阻测量电路图（如图5）、电池测试电路图（如图6）、二极管测试电路（如图7）。

以下为数字万用表原理方框图：

图1  数字万用表原理方框图

1、单元电路1  直流电压测量电路

图2  直流电压测量电路图

直流电压的测量：将万用表的一个转换开关置于交、直流电压挡，另一个转换开关置于直流电压的合适量程上，且“+”表笔（红表笔）接到高电位处，“-”表笔（黑表笔）接到低电位处，即让电流从“+”表笔流入，从“-”表笔流出。若表笔接反，表头指针会反方向偏转，容易撞弯指针。

2、单元电路2  交流电压测量电路

图3  交流电压测量电路

在基准数字电压表头前面加一级分压电路（分压器），可以扩展直流电压测量的量程。如图，U0为电压表头的量程（如200mV），r为其内阻，r1、r2为分压电阻，U10为扩展后的量程。

由于r《《R，所以分压比为

U0/U10=r2/（r1+r2）

扩展后的量程为

U10=（r1+r2）U0/r2

3、单元电路3  直流电流测量电路

图4  直流电流测量电路

根据欧姆定理，用合适的取样电阻把待测电流转换为相应的电压，再进行测量。如图，由于r《《R，取样电阻R上的电压降为

Ui=IiR

即被测电流Ii=Ui/R

若数字表头的电压量程为U0，欲使电流档量程为I0，则该档的取样电阻（也称分流电阻）为R=U0/I0。

4、单元电路4  电阻测量电路

图5  电阻测量电路

由稳压管ZD提供测量基准电压，流过标准电阻R0和被测电阻Rx的电流基本相等（数字表头的输入阻抗很高，其取用的电流可忽略不计）。所以A/D转换器的参考电压URFE和输入电压UIN有如下关系：

URFE/UIN=R0/Rx

即

Rx=（UIN/URFE）/R0

5、单元电路5  电池测试电路

图6  电池测试电路

6、单元电路6  二极管测试电路

图7   二极管测试电路

数字万用表由以下几部分功能组成，复原电路、震荡电路、ADC输入、被测量显示、ADC使能控制。复位电路用来清零进行下一次的测量；震荡电路用来消除一些外来干扰，使电路工作更加稳定；ADC输入则是将输入量进行AD转换；测量显示就是显示测量的数值。

二、万用表电路设计方案汇总（二）

1、直流电流测量电路工作原理

指针式万用表的主要元件是一只磁电系电流表，通常称为表头。但一只表头只能测量小于它的灵敏度的电流。为了扩大被测电流的量程，就需要给它并上分流电阻，使流过表头的电流为被测电流的一部分从而扩大量程。为了在测量大小不同电流时得到一定的精确度，电流表都是设计成多档量程的。

应用最多的是闭路抽头式分流电路，其电路如图1所示。图中R1～R5统称为总分流电阻RS，实际产品中，为了便于调整和成批生产，总分流电阻RS大多采用较大的整数千欧的阻值，表头上再串联一只可变线绕电阻R0，当表头参数有变化时仍可以得到补偿并方便调整。

图1    直流电流测量电路

2、直流电压测量电路工作原理

根据欧姆定律U=IR，则一只灵敏度为I、内阻为R的电流表，本身就是一只量程为U的电压表，如一只100μA的电流表，它的内阻为1.5KΩ，能用来测量的电压量程为0.15V，显然是不实用的，但是我们可以给它串接一只电阻，来扩大它的量程范围。如串接一只8.5KΩ的电阻，量程就可扩展为1V，这时该电压表的内阻为10KΩ。这就引出直流电压灵敏度这一概念了；针对该例，这只电压表测量每伏直流电压时需要10KΩ内阻，即：10KΩ／V。有了电压灵敏度就个概念，就可以很方便的将电压表各档的内阻计算出来。同时，直流电压灵敏度越高，测量直流电压时分去的电流越小，测量结果越准确。

直流电压测量电路如图2所示。图中RS为直流电流档的分流电阻，R6～R10为各电压测量档的降压电阻。