万用表

“万用表”是万用电表的简称，它是我们电子制作中一个必不可少的工具。万用表能测量电流、电压、电阻、有的还可以测量三极管的放大倍数，频率、电容值、逻辑电位、分贝值等。万用表有很多种，现在最流行的有机械指针式的和数字式的万用表。它们各有优点。对于电子初学者，建议使用指针式万用表，因为它对我们熟悉一些电子知识原理很有帮助。

自动化1401（卓越）

马铭优

1 万用表原理

万用表的基本原理是利用一只灵敏的磁电式直流电流表（微安表）做表头。当微小电流通过表头，就会有电流指示。但表头不能通过大电流，所以，必须在表头上并联与串联一些电阻进行分流或降压，从而测出电路中的电流、电压和电阻。下面分别介绍。

1.1 测直流电流原理

如图1a所示，在表头上并联一个适当的电阻（叫分流电阻）进行分流，就可以扩展电流量程。改变分流电阻的阻值，就能改变电流测量范围。

1.2 测直流电压原理

如图1b所示，在表头上串联一个适当的电阻（叫倍增电阻）进行降压，就可以扩展电压量程。改变倍增电阻的阻值，就能改变电压的测量范围。

1.3 测交流电压原理

如图1c所示，因为表头是直流表，所以测量交流时，需加装一个并、串式半波整流电路，将交流进行整流变成直流后再通过表头，这样就可以根据直流电的大小来测量交流电压。扩展交流电压量程的方法与直流电压量程相似。

1.4 测电阻原理

如图1d所示，在表头上并联和串联适当的电阻，同时串接一节电池，使电流通过被测电阻，根据电流的大小，就可测量出电阻值。改变分流电阻的阻值，就能改变电阻的量程。

2 万用表结构

万用表种类很多，外形各异，但基本结构和使用方法是相同的。万用表主要由三部分组成：表头、测量电路和转换装置。

2.1表头

表头是一只直流微安表，它是万用表的核心，万用表的很多重要性能，如灵敏度、准确度等级、阻尼及指针回零等大都取决于表头的性能。表头的灵敏度是以满刻度时的测量电流来衡量的，此电流又称满偏电流，表头的满偏电流越小，灵敏度就越高。一般万用表表头的灵敏度大多在10～100μA范围内。MF50型万用表表头的灵敏度是83.3μA。

2.2测量电路

测量电路的作用是把被测的电量转化为适合于表头要求的满偏电流以内。对MF50型万用表来说，在通过测量电路转化之后，应该使通过表头的电流限定在83.3μA以内。测量电路一般包括分流电路、分压电路和整流电路等。分流电路的作用是把被测量的大电流通过分流电阻变成表头所需的微小电流；分压电路是将被测高电压通过分压电阻分压变换成表头所需的低压；整流电路将被测的交流通过二极管整流变成表头所需的直流。

2.3转换装置

万用表的各种测量种类及量程的选择是靠转换装置来实现的，其主要部件是转换开关。转换开关的好坏直接影响万用表的使用效果，好的转换开关应转动灵活、手感好、旋转定位准确、触点接触可靠等，这也是选购万用表时应重点检查的一个项目。

3 万用表应用

3.1指针表和数字表的选用

（1）指针表读取精度较差，但指针摆动的过程比较直观，其摆动速度幅度有时也能比较客观地反映了被测量的大小（比如测电视机数据总线（SDL）在传送数据时的轻微抖动）；数字表读数直观，但数字变化的过程看起来很杂乱，不太容易观看。

（2）指针表内一般有两块电池，一块低电压的1.5V，一块是高电压的9V或15V，其黑表笔相对红表笔来说是正端。数字表则常用一块6V或9V的电池。在电阻档，指针表的表笔输出电流相对数字表来说要大很多，用R×1Ω档可以使扬声器发出响亮的“哒”声，用R×10kΩ档甚至可以点亮发光二极管（LED）。 （3）在电压档，指针表内阻相对数字表来说比较小，测量精度相比较差。某些高电压微电流的场合甚至无法测准，因为其内阻会对被测电路造成影响（比如在测电视机显像管的加速级电压时测量值会比实际值低很多）。数字表电压档的内阻很大，至少在兆欧级，对被测电路影响很小。但极高的输出阻抗使其易受感应电压的影响，在一些电磁干扰比较强的场合测出的数据可能是虚的。 （4）总之，在相对来说大电流高电压的模拟电路测量中适用指针表，比如电视机、音响功放。在低电压小电流的数字电路测量中适用数字表，比如BP机、手机等。不是绝对的，可根据情况选用指针表和数字表。

3.2测量技巧

（1）测喇叭、耳机、动圈式话筒：用R×1Ω档，任一表笔接一端，另一表笔点触另一端，正常时会发出清脆响量的“哒”声。如果不响，则是线圈断了，如果响声小而尖，则是有擦圈问题，也不能用。

（2）测电容：用电阻档，根据电容容量选择适当的量程，并注意测量时对于电解电容黑表笔要接电容正极。①、估测微波法级电容容量的大小：可凭经验或参照相同容量的标准电容，根据指针摆动的最大幅度来判定。所参照的电容不必

耐压值也一样，只要容量相同即可，例如估测一个100μF/250V的电容可用一个100μF/25V的电容来参照，只要它们指针摆动最大幅度一样，即可断定容量一样。②、估测皮法级电容容量大小：要用R×10kΩ档，但只能测到1000pF以上的电容。对1000pF或稍大一点的电容，只要表针稍有摆动，即可认为容量够了。③、测电容是否漏电：对一千微法以上的电容，可先用R×10Ω档将其快速充电，并初步估测电容容量，然后改到R×1kΩ档继续测一会儿，这时指针不应回返，而应停在或十分接近∞处，否则就是有漏电现象。对一些几十微法以下的定时或振荡电容（比如彩电开关电源的振荡电容），对其漏电特性要求非常高，只要稍有漏电就不能用，这时可在R×1kΩ档充完电后再改用R×10kΩ档继续测量，同样表针应停在∞处而不应回返。

（3）在路测二极管、三极管、稳压管好坏：因为在实际电路中，三极管的偏置电阻或二极管、稳压管的周边电阻一般都比较大，大都在几百几千欧姆以上，这样，我们就可以用万用表的R×10Ω或R×1Ω档来在路测量PN结的好坏。在路测量时，用R×10Ω档测PN结应有较明显的正反向特性（如果正反向电阻相差不太明显，可改用R×1Ω档来测），一般正向电阻在R×10Ω档测时表针应指示在200Ω左右，在R×1Ω档测时表针应指示在30Ω左右（根据不同表型可能略有出入）。如果测量结果正向阻值太大或反向阻值太小，都说明这个PN结有问题，这个管子也就有问题了。这种方法对于维修时特别有效，可以非常快速地找出坏管，甚至可以测出尚未完全坏掉但特性变坏的管子。比如当你用小阻值档测量某个PN结正向电阻过大，如果你把它焊下来用常用的R×1kΩ档再测，可能还是正常的，其实这个管子的特性已经变坏了，不能正常工作或不稳定了。 （4）测电阻：重要的是要选好量程，当指针指示于1/3～2/3满量程时测量精度最高，读数最准确。要注意的是，在用R×10k电阻档测兆欧级的大阻值电阻时，不可将手指捏在电阻两端，这样人体电阻会使测量结果偏小。

（5）测稳压二极管：我们通常所用到的稳压管的稳压值一般都大于1.5V，而指针表的R×1k以下的电阻档是用表内的1.5V电池供电的，这样，用R×1k以下的电阻档测量稳压管就如同测二极管一样，具有完全的单向导电性。但指针表的R×10k档是用9V或15V电池供电的，在用R×10k测稳压值小于9V或15V的稳压管时，反向阻值就不会是∞，而是有一定阻值，但这个阻值还是要大大高于稳压管的正向阻值的。如此，我们就可以初步估测出稳压管的好坏。但是，好的稳压管还要有个准确的稳压值，业余条件下怎么估测出这个稳压值呢？不难，再去找一块指针表来就可以了。方法是：先将一块表置于R×10k档，其黑、红表笔分别接在稳压管的阴极和阳极，这时就模拟出稳压管的实际工作状态，再取另一块表置于电压档V×10V或V×50V（根据稳压值）上，将红、黑表笔分别搭接到刚才那块表的的黑、红表笔上，这时测出的电压值就基本上是这个稳压管的稳压值。说“基本上”，是因为第一块表对稳压管的偏置电流相对正常使用时的偏置电流稍小些，所以测出的稳压值会稍偏大一点，但基本相差不大。这个方法只可估测稳压值小于指针表高压电池电压的稳压管。如果稳压管的稳压值太高，就只能用外加电源的方法来测量了（这样看来，我们在选用指针表时，选用高压电池电压为15V的要比9V的更适用些）。

（6）测三极管：通常我们要用R×1kΩ档，不管是NPN管还是PNP管，不管是小功率、中功率、大功率管，测其be结cb结都应呈现与二极管完全相同的单向导电性，反向电阻无穷大，其正向电阻大约在10K左右。为进一步估测管子特性的好坏，必要时还应变换电阻档位进行多次测量，方法是：置R×10Ω档测PN结正向导通电阻都在大约200Ω左右；置R×1Ω档测PN结正向导通电阻都在大约30Ω左右，（以上为47型表测得数据，其它型号表大概略有不同，可多试测几个好管总结一下，做到心中有数）如果读数偏大太多，可以断定管子的特性不好。还可将表置于R×10kΩ再测，耐压再低的管子（基本上三极管的耐压都在30V以上），其cb结反向电阻也应在∞，但其be结的反向电阻可能会有些，

表针会稍有偏转（一般不会超过满量程的1/3，根据管子的耐压不同而不同）。同样，在用R×10kΩ档测ec间(对NPN管）或ce间（对PNP管）的电阻时，表针可能略有偏转，但这不表示管子是坏的。但在用R×1kΩ以下档测ce或ec间电阻时，表头指示应为无穷大，否则管子就是有问题。应该说明一点的是，以上测量是针对硅管而言的，对锗管不适用。不过现在锗管也很少见了。另外，所说的“反向”是针对PN结而言，对NPN管和PNP管方向实际上是不同的。 现在常见的三极管大部分是塑封的，如何准确判断三极管的三只引脚哪个是b、c、e？三极管的b极很容易测出来，但怎么断定哪个是c哪个是e？这里推荐三种方法：第一种方法：对于有测三极管hFE插孔的指针表，先测出b极后，将三极管随意插到插孔中去（当然b极是可以插准确的），测一下hFE值，然后再将管子倒过来再测一遍，测得hFE值比较大的一次，各管脚插入的位置是正确的。第二种方法：对无hFE测量插孔的表，或管子太大不方便插入插孔的，可以用这种方法：对NPN管，先测出b极（管子是NPN还是PNP以及其b脚都很容易测出，是吧？），将表置于R×1kΩ档，将红表笔接假设的e极（注意拿红表笔的手不要碰到表笔尖或管脚），黑表笔接假设的c极，同时用手指捏住表笔尖及这个管脚，将管子拿起来，用你的舌尖舔一下b极，看表头指针应有一定的偏转，如果你各表笔接得正确，指针偏转会大些，如果接得不对，指针偏转会小些，差别是很明显的。由此就可判定管子的c、e极。对PNP管，要将黑表笔接假设的e极（手不要碰到笔尖或管脚），红表笔接假设的c极，同时用手指捏住表笔尖及这个管脚，然后用舌尖舔一下b极，如果各表笔接得正确，表头指针会偏转得比较大。当然测量时表笔要交换一下测两次，比较读数后才能最后判定。这个方法适用于所有外形的三极管，方便实用。根据表针的偏转幅度，还可以估计出管子的放大能力，当然这是凭经验的。第三种方法：先判定管子的NPN或PNP类型及其b极后，将表置于R×10kΩ档，对NPN管，黑表笔接e极，红表笔接c极时，表针可能会有一定偏转，对PNP管，黑表笔接c极，红表笔接e极时，表

针可能会有一定的偏转，反过来都不会有偏转。由此也可以判定三极管的c、e极。不过对于高耐压的管子，这个方法就不适用了。 对于常见的进口型号的大功率塑封管，其c极基本都是在中间（我还没见过b在中间的）。中、小功率管有的b极可能在中间。比如常用的9014三极管及其系列的其它型号三极管、2SC1815、2N5401、2N5551等三极管，其b极有的在就中间。当然它们也有c极在中间的。所以在维修更换三极管时，尤其是这些小功率三极管，不可拿来就按原样直接安上，一定要先测一下。

4 万用表前景

万用表是一种电子测量中最为常用的测量设备，万用表的功能全面，因此在各个科研生产领域以及日常生活中被广泛的应用。

随着科技的不断进步，万用表其实也在不断地发展着，最早的万用表是指针式万用表，其功能简单，操作方便，虽然适合初学者使用，但是由于无法直观的看见测量结果，需读取指针读数，不免存在着读取误差。而随着如今电子技术的发展，电子产品日新月异，过去的指针式万用表已无法满足现在的需要了，如今企业生产不仅分秒必争还要求快捷方便，因此对万用表的要求也越来越高，于是便诞生了数字式万用表。数字式万用表相较于指针式万用表来说，不仅功能更加全面，操作和读取数据也更加便捷的方便，通过一块液晶显示屏，测量人员能够清楚直观的读取测量数据，无疑更加准确、更加便捷。

而随着科技的发展，人们也开始对数字式万用表提出了更高的要求，就是让数字式万用表变的更加多功能，操作更加人性化。于是，数字式万用表也在不断改进。如今，市面上出现了很多更具特色功能的数字式万用表，是针对某些工作领域的特殊性而设计的。譬如：温度及微安电流万用表，这是一种针对供暖、通风和空调检修的专业万用表，由于这些设备的相关检测均与温度有关，因此针对这种情况将万用表改进成可测温及微安电流，这一改变大大加快了相关设备的检修维护速度，在工具简化的同时使得工作更有效率；远程式万用表，这种万用表最大的特点就是可以将万用表的屏幕拆卸下来，远距离观察，这一改变看似无关紧要，但是却改善了测量操作的人性化，方便了测量人员读取数据。众所周知，在一些狭小空间内检修设备时，万用表很难摆放，即使摆放好了也很难进行读数，但是使用远程式万用表进行检测时，只需将屏幕拆下，放置在容易观察的位置上，而万用表本身只需能够接触测量便可以了，这样大大便捷了检测人员测量，同时也提高了测量工作的安全性与效率。