模拟万用表交流电压测量能力的内部电路及工作原理

模拟万用表是当今广泛使用的一种测试仪器，尽管数字万用表的使用范围要广泛得多。

为了能够像任何测试仪器一样充分利用模拟测试仪表，了解其工作原理会有所帮助。

这些模拟测试仪表基于动圈仪表的使用。为了提供测试仪器所需的各种测试范围，根据测量电流电压的要求，增加了额外的精密值电阻器，或者串联并联。测量电阻需要略有不同的配置。

动圈仪表

动圈表是模拟万用表的核心，也是模拟测试设备的各种其他项目。

有几种类型的电表可供选择，但最适合测试仪表和许多其他类型的测试设备的类型是动圈表。

电表利用在电线或线圈中流动的电流产生磁场这一事实。该磁场可用于偏转仪表指针，使电流的大小由偏转程度指示。

动圈仪表的概念

顾名思义，动圈表使用轻质线圈，该线圈旋转并连接到仪表针上。它保持在固定磁铁提供的磁场内。当电流流过线圈时，就会形成磁场，并与来自固定磁铁的磁场相互作用，并对线圈施加力，使其转动并移动连接到线圈的仪表针。

游丝还连接到动圈上，以限制挠度，因此挠度与线圈提供的力成正比，因此与流动的电流成正比。

这样可以看出，动圈表测量的是电路中流动的电流水平。改变线圈的匝数、磁强度和其他参数可以改变其范围。它们也只能测量直流电。

从概念上讲，这个想法很简单，但仪表实际上是一个相对精密的项目，尽管由于它们是为许多测试仪器以及许多其他电子产品和设备批量生产的，因此动圈仪表可以相对容易和便宜地制造。

值得注意的是，大多数动圈表的弹簧上都装有一个小的调节螺钉，以便在没有电流流动时仪表可以归零。仪表姿态的变化会改变系统的平衡，这意味着当没有电流流动时，它可能无法正确地处于零位。调节器与螺旋弹簧相互作用以正确设置位置。

动圈表通常根据提供满量程偏转、FSD 和线圈电阻所需的电流来指定。

用于电流测量的仪表扩展范围

虽然动圈表很好，但它本身只能测量电流，而且电流范围也就一个范围。

为了在测量多个电流范围、电压、电阻甚至交流电和电压方面发挥作用，需要额外的组件。

电路中通常使用高精度电阻器，使仪表能够提供各种测量。

串联电阻和分流电阻用于电压和电流，而电阻则需要另一种电路配置。为了了解模拟表的工作原理，本文解释了电压和电流范围，并详细介绍了附加电阻器的概念。

模拟万用表中的电流表量程

为了扩展基本模拟表的电流范围，电阻器与表并联放置一个电阻器。通过这种方式，分流电阻器接受电流，对于流过仪表的相同总电流，可以有更多的电流流过整个电路。

分流电阻器接受的电流与电阻成正比。这意味着，对于流经仪表和分流器组合的给定电流水平，仪表的读数将减少。例如，如果一个 1 mA 的仪表具有分流电阻器，其电阻为仪表电阻的九分之一，则一部分将流过该仪表，九分流过分流器。这意味着当仪表读数为1 mA时，整个电路将消耗10 mA电流。

这构成了模拟万用表中分流器工作方式的基础。

与动圈表一起使用的电流分流器

举一个更具体的例子，一个动圈表，其满量程偏转为50 μA，电阻为2 kΩ。对于1mA FSD，需要0.95 mA的电流流过分流电阻器，以在分流电阻器和仪表本身上获得相同的电压。因此，分流电阻的电阻需要为：5 / 95 x 2 kΩ = 105.3 Ω。

通过切换具有不同值的不同分流电阻器，可以使仪表读取各种不同的范围。

模拟万用表电流能力的内部电路

在下图所示电路中，分流电阻被描述为Rs1 - Rs4，每个电阻的计算都是为了提供不同范围所需的分流电阻。电阻R已包含在电路中，因为它在制造阶段提供了一定程度的调整，以确保所需的仪表电阻。由于仪表电阻可能因动圈仪表而异，因此如果需要，该电子元件会增加少量调整。

交流电流

鉴于需要对电流进行整流才能使仪表能够响应，因此通常不包括交流电流范围，尤其是在预算端模拟万用表上。

一些高端万用表（如AVO）使用电流互感器对电流进行采样，然后对该信号进行整流。

更现代的模拟万用表可以使用其他电子电路来整流波形，然后驱动仪表，但这需要为用于此测量的电路供电。

电压测量：

可以采用类似的方法将动圈表变成测量电压的测试仪器。

这个想法围绕着欧姆定律展开。通过了解总电阻并使用动圈表中流动的电流，可以计算出该电流流动所需的电压，从而根据电压校准仪表。

动圈表本身具有一定的电阻，虽然这种表可以单独使用，但实际上由于表的灵敏度，它可以测量的电压非常低。通常，外部电阻器与动圈表串联使用，以提供可用范围。

使用动圈表测量电压

很容易计算电阻的值。知道动圈表的电阻及其满量程偏转，就可以使用欧姆定律来计算所需的值。

例如，以FSD为50 μA、线圈电阻为2kΩ的动圈表为例。对于 10 伏电压以使 50μA 流动，总电阻必须为 V/I = R 或 10 / （50 x 1-6） = 200 kΩ。因此，所需的串联电阻为200 kΩ - 2 kΩ，即198 kΩ。

对于电压测量，通常使用几个量程。通常还会串联放置附加电阻，以便在多个电阻上建立整体电压能力，如图所示。

模拟万用表电压测量功能的内部电路

测量交流电压tage

虽然许多直流电压测量将使用测试万用表进行，但测量能力的一个关键领域是测量交流电压值。

为了实现这一点，通过添加整流器来修改基本的直流电压测量功能。

模拟万用表交流电压测量能力的内部电路

选择电阻R5时，它使仪表能够显示交流波形电压的平均值，但针对RMS进行了校准。这为正弦波形提供了很好的近似值，但对于其他波形，可能会有很大的误差。真有效值电压测量需要相当复杂的电路，而这在模拟万用表中不太可能实现。一些高端数字万用表具有此功能。

还可以发现，低交流电压范围有一个单独的刻度。这是由于二极管所需的正向“导通”电压，这使得刻度的低端是非线性的。对于更高的电压范围，通常满量程偏转高于10V，标准刻度适用。

电阻能力

模拟万用表测量电阻的方式与电流和电压略有不同，因为需要电池和一些额外的电阻器。

为了提供电阻测量功能，需要电池来驱动电流通过被测外部电阻器。流过的电流量提供了电阻的指示。

当使用模拟万用表进行电阻测量时，发现高电阻指示位于仪表的左侧部分，即当流过较少的电流时，而低电阻值显示在仪表刻度的右端，因为流过的电流较高。一开始这可能有点令人困惑，但很快就会习惯这一点。

模拟万用表中的电阻测量工作原理

在模拟万用表或模拟 VOA 表上使用电阻测量时，首先需要将仪表“归零”。这是校准电池电压的任何变化所必需的。只需将两个模拟万用表探头整理出来，并将通常标记为“零”的控制调整为零欧姆即可实现。一旦实现了这一点，仪表就可以准确地使用。

需要注意的另一点是，模拟万用表的负极端子与正极端子正极端子相反，即端子上的极性与通常预期的极性相反。对于大多数测量来说，这没有任何后果，尽管对于半导体的某些测量，它会有一个方位。

可以看出，通过添加分流电阻器和串联电阻器以及电阻器网络和电池，对于电阻，可以为基本的模拟动圈表提供相当多的附加功能。

模拟万用表元件公差

对于模拟万用表中使用的串联电阻器和分流电阻器，使用具有紧密公差的电阻器非常重要。这些电阻值的任何误差都会反映在测量精度上。

有鉴于此，模拟万用表中使用的大多数电阻器都是 1% 或更高。有些甚至可能比这更准确。还值得记住的是，仪表本身的电阻必须非常准确地知道，因为这也会对读数产生影响。

在许多低成本模拟万用表中，整体精度可能只有&plumns;1%，为此，电阻容差水平可能仅为 ±0.5% 甚至 ±1%。在更高质量的测试仪器中，精度水平要严格得多，因此在某些情况下，电阻容差可能接近 ±0.1%。

通常，电阻器可以绕线以提供更高的稳定性，尤其是在测试设备的工作温度范围内。这些电阻器还能够适应更高电流范围所需的更高电流水平。

可以看出，通过添加分流电阻器和串联电阻器以及电阻器网络和电池，对于电阻，可以为基本的模拟动圈表提供相当多的附加功能。

充分了解模拟万用表的工作原理有助于充分利用测试仪器。了解它的工作原理可以在一定程度上避免它的缺点，也可以发挥它的优点。

审核编辑：黄飞