推荐-一台正式产品数字万用表DT9205A部分零部件的焊接

实训项目()

题 目 数字万用表的分析与制作

学生姓名

专业班级

所在院系

指导教师

完成日期 20XX年6 月 10 日

一.万用表实训的目的和要求

1.1万用表实训的目的

通过对一台正式产品数字万用表DT9205A部分零部件的焊接、安装和调试，让我们更好的了解电子产品的生产工艺流程，掌握常用元器件的识别和测试及电子产品生产基本操作技能，培养学生的动手能力。

1.2万用表实训的要求

（1）能看懂数字万用表的原理框图、电原理图及装配图。 （2）了解焊接过程中的注意事项。

（3）熟练的掌握电阻、电容、二极管、三极管等元器件的识别和测量方法，掌握数字万用表的焊接、调试、装配工艺流程。

（4）完成一台数字万用表的焊接、调试和安装。 （5）分析、解决焊接和调试过程中所遇到的问题。

二.万用表的工作原理

DT9205A 仪表主要部分的方框图如下图。该仪表的心脏是一片大规模集成电路，该芯片（7106）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，它的工作原理框图见下图。

第一阶段，输入仪表的电压或电流信号经过一个开关选择器转换成一个0 到199.9mV 的直流电压。例如输入信号100VDC，就用1000：1 的分压器获得100.0mVDC；输入信号100VAC，首先整流为100VDC，然后再分压成100.0mVDC。电流测量则通过选择不同阻值的分流电阻获得。

入端与比较器输出端短接，此时反映到比较器的总失调电压对自动调零电容CAZ充电,以补偿缓冲器，积分器和比较器本身的失调电压，可保证输入失调电压小于10uV，第三，基准电压VREF 向基准电容CREF 充电，使之被充到VREF，为反向积分做准备。

第二阶段，正向积分（亦称信号积分或采样）INT（integral）：此时SINT 闭合，SAZ 和SDE 断开，切断自动调零电路并去掉短路线，IN+，IN-端分别被接通，积分器和比较器开始工作。被测电压VIN 经缓冲器和积分电阻后送至积分器。积分器在固定时间T1 内，以VIN /（RINT-CINT）的斜率对VIN 进行定时积分。令计数脉冲的频率为FCP，周期为TCP，则T1=1000 TCP。当计数器计满1000 个脉冲数时，积分器的输出电压为

V0kRINTCINTT10VindtKT1*VINRINTCINT (1.1)

式中，K 是缓冲放大器的电压放大系数，T1 也叫采样时间。在正向积分结束时，VIN 的极性即被判定。

第三阶段，反向积分，亦称解积分DE（Depose Integral）：在此阶段，SAZ，SINT 断开，SDE+，SDE-闭合。控制逻辑在对VIN 进行极性判断之后，接通相应极性的模拟开关，将CREF 上已充好的基准电压接相反极性代替VIN，进行反向积分，斜率变成VREF/（RINT-CINT）。经过时间T2，积分器的输出又回到零电平，参见示意图3，该图分别绘出对负极当反向积分结束时，有关系式

V0KRINTCINTT20VREFdtV0KVREF0RINTCINT (1.2)

将式（1.1）代入式（1.2）中整理后得到

T2T1*VINVREF (1.3)

假定在T2 时间内计数值（即仪表显示值，不考虑小数点）为N，则T2 为N TCP，代入式（1.3）中得

N到

T1*VINTCPVREF (1.4)

分析式（1.4）可知，因T1，TCP，VREF 均是固定不变的，故计数值N 仅与被测电压VIN成正比，由此实现了模拟量-数字量转换。在测量过程中，ICL7106 能自动完成下述循环

自动调零----正向积分----反向积分----自动调零----A/D 转换器的时序波形如图3 所示，每个阶段的时间分配如下：

自动调零时间：1000TCP-3000TCP

正向积分时间T1：3000TCP-4000TCP（T1=1000TCP） 反向积分时间T2：0-2000TCP

每个A/D 转换周期为4000TCP，折合16000T0 需作几点说明：

a) 自动调零时间是可变的，必须等上一次反向积分结束后才开始。举例说明，若在0-1850TCP 时间内完成反向积分（T2-1850Tcp），就从1851TCP-3000TCP 的时间内自动调零，此时调零时间为

3000TCP -1851TCP=1149TCP

b) T1 是固定不变的，T2 则随VIN 的大小而变化，因为T1/TCP=1000，选基准电压=VREF=100.0mV，所以由式（1.4）得到

N10001000*VIN*VIN10VIN （1.5） VREF100.0即 VIN=0.1N （1.6） 只要将小数点定在十位后边便可直读结果。

满量程时N=2000，VIN=VM，由式（1.4）可导出满量程电压VM与基准电压的关系式 VM=2VREF （1.7）

显然，当VREF=100.0mV 时，VM=200mV，

VERF=1000mV 时，VM=2V。式（1.7）对ICL 系列3 1/2 位A/D 转换器均适用。3 1/2 位DVM，DMM 的最大显示值为1999，满量程时将显示过载符号“1”。

c) 上述定时关系由7106 本身特性所决定，外界无法改变。

d) 为提高双积分数字仪表抑制工频干扰的能力，所选采样时间T1 应为工频周期的整倍数。利用正向积分阶段对输入电压取平无均的特点，即可消除外界引入的工频干扰。

我国采50Hz 交流电网，其周期为20ms，应选 T1=n·20ms （1.8）

式中n=1，2，3…。N 愈大，对串模干扰的抑制能力愈强，但A/D 转换时间延长，测量速率降低，例如可取时钟频率f0=40KHz，即T1=1000TCP=100ms，恰是20ms 的5 倍，欧美国家采用60Hz 交注电网，周期是16 2/3ms。为抑制60Hz 干扰，可选f0=33 1/3KHz，40KHz，48KHz，60KHz 等。实际上考虑到交流电网的频率也会有一定波动（例如在50±0.5Hz 范围内变化），一般情况下并不要求时钟频率严格等于规定值，允许有一定的偏差。但时钟频率的稳定性应尽量高，否则在T1，T2 两个时间内TCP 不等，会影响转换准确度。

数字电路

数字电路亦称逻辑电路，ICL7106 数字电路如图2 所示，数字电路如图2 所示，数字电路主要包括8 个单元电路（1）时钟振荡器，（2）分频器，（3）计数器，（4）锁存器，（5）译码器，（6）异或门相位驱动器，（7）控制逻辑，（8）3 1/2 位LCD 显示器，图中虚线框内表示7106 的数字电路，框外是外围电路。

1、双积分A/D 转换器

采用TSC7106 型CMOS 单片3 位双积分式A/D 转换器，基本量程按200mV 设计.在原理图中，由R10、C8 与7106内部的反相器F1、F2 构成两级反相式阻容振荡器.实取R10=100KΩ，C8=100pF，代fO≈0.45/RC 得到时钟频率f0≈45.5kHz.可近似取48kHz.进而计算出仪表的测量速率F0/16000≈48kHz/16000=3 次/秒基准电压由R12、VR1、R13 组成的分压器.仔细调整电位器VR1，可使

VREF=1000.0mV.因为基准电压源E.（V+-）的典型值为2.8V,当VR1 的滑动触头移至最下端a 点时Va=R13/（R12+VR1+R13）*E0=900/（30k+200+900）*2.8V=81.1mv

而RP1 调至最上端b 点时Vb=（VR1+R13)/（R12+VR1+R13）*E0=(200+900)/（30k+200+900）*2.8V=134.4mV所以VR1 的电压调节范围是81.1-134.4mV,从中可以调出VREF=100.0mV.

R08、C05 组成输入端的高频阻容滤波器，滤除高频干扰，R08 还起限流作用.C04 是自动调零电容，C03 为基准电容.R09、C07 分别是积分电阻和积分电容. 3 1/2 位液晶显示器的型号为FI0092，除数字显示外，还有负极性标志符显示.7106 的段驱动端（2-19 脚，22-25

脚）、负极性驱动端POL（20 脚）和背电极端BP（21 脚），经导电橡胶条依次接至LCD 的相应引脚.

2、自动关机及低电压指示电路

自动关机电路由电源开关K2、电解电容器C01、单运放TL2904（IC2）、NPN 型晶体管9014（Q2）、PNP 型晶体管9015（Q1）所组成.TL2904 接成电压比较器，Q1 起开关作用，Q2 是推动管.电路的工作原理分析如下：

当电源开关K2 拨至OFF 位置时，手动关机.9V 电池E 向C01 迅速充电，直到VC01=E.K2 拨于ON 时接通电源.此时IC2

同相输入端（脚3）的电压V3=VC01.反相输入端（脚2）的电压由下式决定： V2=R03/(R01+R03)*E=220k/(1M+220k)*E=E/6 (2.1) 随着C01 向R05 持续放电,VC01 逐渐降低,有公式 VC01)=Ee-t/R05C01 (2.2)

式中，t 为放电时间.令E=9V，代入式（2.1）中得到V2=1.5V，V2 即电压比较强的参考电压.显然，当VC01＞V2 时，IC4输出高电平，Q2 导通，进而使Q1 导通.电池E 经过Q1 的E-C 电极加至TSC7106 等的V+端，芯片正常工作.E 还经过D02给IC4 供电，D02 起隔离作用，避免VC01 与E 互相影响.

当VC01＜1.5V 时，IC4 翻转，输出低电平，令Q2 和Q1 截止，切断V+的供电线路，使仪表停止工作.由此可见，R05和C01 在电路中起“定时器”的作用：关机后C01 充电，开机后C01向R05 放电，放电时间常数t=R05C01 决定自动关机时间的长短.将VC01（t）=1.5V，E=9V，R05=10MΩ，C01=47uF 一并代入式（2.2），很容易计算出自动关机电路的供电时间.

因为1.5=9e-t/10M×47u

故 t=470ln6=842s≈14min

这表明，仪表大约工作14 分钟之后即可自动关机.若需重新测量，应先将K2 拨至OFF，再次对C01 充电，然后把K2拨回ON，就可以继续使用.分析式（2.2）可知，增大R60 的阻值，能增加工作时间；反之，减少R05 的阻值就缩短了工作时间.例如取R05=5.1MΩ时，经大约7 分钟就自动关机.

3、直流电压测量电路

利用电阻分压器可将基本量程为200mV 的表扩展成五量程直流数字电压表，五个电压量程分别是200mV、2V、20V、200V、1000V.图2.2 中R21-R26 为分压电阻，均采用误差为±0.5%的精密金属膜电阻.分压器的总阻值为1MΩ，各档的分压比由量程选择开关S2 来控制.

需要说明两点：

(1)为节省数字万用表中的元件，通常是借用多量程直流数字电压表的分压电阻作为数字欧姆表的标准电阻.对DT9205A 而言，直流电压为5 档，电阻却为6 档，因此至少需用6 只分压电阻.鉴于200mV 档分压电阻达9.0MΩ，选用配对电阻R21 和R22，二者串联可获得9.0MΩ的高阻.1000V 档分压电阻值应为1KΩ（R26），该档的分压比为1KΩ/10MΩ=1/10000,R65 还兼作200Ω档的标准电阻.

（2）各电压档的输入电阻均为10MΩ.这是考虑到TSC7106 的输入电阻rIN=1010Ω=10000MΩ（典型值），在设计多量程数字电压表时，一般选仪表的输入电阻RIN=0.001rIN=10MΩ，使rIN＞＞RIN，故可完全忽略rIN 对信号的分流作用.

4．直流电流测量电路

当被测电流IIN 流过分流电阻时可产生电压降，以此作为200mV 基本表的输入电压VIN，即可实现I/V 转换，利用数字电压表显示出被测电流的大小.再通过量程选择开关扩展成多量程直流数字电流表.DT9205A 的4 个DCA 量程依次是：2mA、20mA、200mA、和20A 档单独使用一个输入插孔，不经过选择开关.分流器由R60-R63 及RCU 组成，总阻值为1KΩ.其中，R61-R63 选用精密金属膜电阻（误差为±0.3%）.因20A 的工作电流很大，故分流电阻使用一根锰铜丝电阻，其冷态阻值用电桥校准为

0.01Ω.

在图2.2 中，FU 是0.5A/250V 的快速熔丝管，起过流保护作用.D13、D14 组成又向限幅二极管，作过压保护作用. 当输入电压低于硅二极管的正向导通电压时，二极管截止，对测量并无影响.一旦VIN＞0.6-0.7V，二极管迅速导通，从而了仪表的输入电压.应当指出的是20A 档未加保险装置，因此用该档测量最大输入电流（20A）的时间不得超过15S，以免损坏锰铜丝电阻及线路板上的印制线。

5、交流电压测量电路

该表采用平均值响应的AC/DC 转换电路，5 个交流电压量程依为200mV、2V、20V、200V、750V（有效值）.现将最高量程定为750V，是因为量程选择开关（转盘上的触片开关）S2 的耐压值为1000V，该档的最大峰值电压Vp= 2× 750=1060V，同1000V 已经很接近.测量交流电压时仍借用直流电压档的分压器.利用低漂移双运放TC2904 中的一组运放二极管D03，组成平均值响应的线性半波整流电路.这种电路可避免二极管在小信号整流时引起的非线性误差，使输入电压VIN（RMS）与输出电压V0（平均值）成线性关系，适于测量0-200mV 的弱交流电压.对半波整流而言，正弦波电压有效值与平均值的关系为VRMS=2.22V.这就要求电路的电压放大倍数必须大于2.22倍，才有调整的余量.电路中的R29、R30 是负反馈电阻，可将IC3 偏置在线性放大区，同时控制运放的增益.现取R29=R30=100KΩ，IC3 同相端的输入电阻R31=100KΩ，故电压放大倍数为

KV={1+(R29+R30)/R31}=1+(100k+100k)/100k=3>2.22(倍)

上式所得符合电路设计要求.需要注意的是IC3b 作同相放大器使用，目的在于提高其输入阻抗，减小对输入信号的衰减.尽管TC2904 属于低漂移运放，但考虑到AC/DC 转换器的输入电压很弱，即使漂移电压很小，也可能造成测量误差，因此，需通过C10 和C11 起隔直作用，不让直流成分（包括IC3 的漂移电压）进入整流滤波电路.在正半周时D03 导通，D04 截止，IC3 的输出电流途经C10→D03→R29→R40→VR2→地（ 端），并经过R28 对C09 进行充

电.负半周时D05 导通，D03 截止，电流途经地→VR2→R40→D04→C105→IC3.此时C09 缓慢地放电，放电时间常数T=rINC6.rIN是TSC7106 的输入电阻，其阻值极高，典型值达1010Ω，故可认为C09 两端电压仍维持不变.由R28 和C09 组成的平滑滤波器可滤掉交流纹波，高频干扰信号则由R37、C12 构成的高频滤波除，从而获得稳定的平均值电压V0.再由TSC7106 对V0 进行A/D 转换.VR2 是交流电压档的校准电位器，调整VR2 可使整个AC/DC 转换器的电压放大倍数为2.22 倍，令仪表直接显示出被测电压的有效值.R6 在电路中起保护作用.负半周时，D04 为反向电流提供通路，C13 是运放的频率补偿电容.R29和C13 还为D05 提供一个合适的偏置电压，以减小AC/DC 转换器对小信号进行放大时的波形失真.

6、交流电流测量电路

在直流电流档的基础上再增加AC/DC 转换电路，就构成6 量程交流数字电流表，其原理不赘述.

7、电阻测量电路

采用比例法测量电阻.此时需将原来的基准电压电路断开，TSC7106 内部的2.8V 基准电压源经过R、D15，提供测试电压VTEST=VD10≈0.7V.标准电阻R0（即电路中的R21-R26）正温度系数热敏电阻PTC，与被测电阻RX 构成串联电路.以R0 上的压降作为7106 的基准电压，RX 上的压降则作为7106 的输入电压.因为VRX/VR0=RX/R0

所以

RX=R0/VR0*VRX=R0/VR0*VIN (2.3)

式中，比值R0/VR0 为一定值，因此RX 仅与VRX（即VIN）成正比，这就是比例法测量电阻的原理.电阻档的保护电路由晶体管Q3（9013）和正温度系数热敏电阻PTC 以及限流电阻R08 所组成.这

里是将Q3 的集电结短接，利用其发射结反向电压约为5.8-78V 的特性，代替稳压管作过压保护.PTC 则是过流保护元件.当不慎误用电阻档测量220V 交流电压时，电压经PTC 加到Q3 上，使Q3 反向击穿（软击穿）.由于PTC 的初始电阻很低，常温下仅550Ω，所以它上面通过的电流很大，使PTC 迅速发热，电阻值急剧增大，对Q3 起到限流保护作用，使之不会转. 人硬击穿而烧毁，进而保护了TSC7106 不致损坏.具体讲，在交流电压的正半周，Q3 反向击穿，将VREF- 之间的电压箝位于6V 左右.在负半周，Q3 正向导通，又把VREF- 之间的电压箝制在0.6-0.7V 左右.需要说明的是，220V 电压虽可通过R08，加至IN+端，但由于R08 的阻值（IMΩ），能将输入电流在220uA 以内，加之TSC7106 的模拟输入端内部设有过压保护电路，可承受1000V 的瞬间电压，因此只要保护电路正常动作，就不会损坏芯片.综上所述，PTC 和Q3 的保护作用可归纳成两条，一是为220V 交流电源的电流提供一条通路，使之不流入ICL7106中；二是对VREF- 之间的电压进行箝位.IN+端主要由R08 作限流保护.为了抑制外界干扰信号，同时也降低Q3 在反向击穿时产生的器声电压。

8、二极管和蜂鸣器档

利用7106 内部的基准电压源E.向被测二极管提供2.8V 的测试电压，使正向接法的二极管导通，正向工作电流IF≈1mA.导通压降VF 经过R21、R22 构成的分压器再衷减10 倍之后，就作为7106 的输入电压.此时基准电压VREF 仍为100.0mA，但仪表量程已扩展为2V，故可显示出被测二极管的正向压降VF 值.该档还用来检查线路的能断，亦可称之为蜂鸣器档.9205A 的原理图中的IC3（ TC2904）作电压比较器使用，其同相输入端（脚3）加参考电压V3，容易求出 V3=R39/(R38+R39)*E=30k/(2M+30k)*28=0.0V

反相输入编（脚2）则施以比较电压V2，设二极管D3 的导通压降VD3=0.7V，未接RX 时

V2=(R34+R372)/(R14+R35+R34+R37)*(E0*VD3)=(900k+100k)/(100+2k+900k+100k)*(2.8-0.3)≈2.1V

由于V3＜＜V2，故比较器在常态下输出低电平.当V/Ω插口与 插口之间接被测线路电阻RX 时，若RX＜70Ω（例如设RX=60Ω）时，脚2 的电压变成（忽略R34 和R37 的并联影响）

V’2=RX/(R14+R35+RX)*(E0-VD3)=60/(100+2k+60)*(2.8-0.7)=0.058V

因为V’2＜V3，所以比较器翻转，IC3a 输出高电平.二极管档的保护电路由D7、D8和R35 组成，Q4、R14、R15、R16及陶瓷晶片组成的音频振荡电路，由IC3A 组成的电压比较器翻转输出大于2.6V 的电压时，陶瓷晶片发出声响以表示被测线路接通.当RX＞70Ω时，蜂鸣器不发声。

需要说明两点：

(1)采用电阻档检查线路通断时，既要注意被测线路和表笔，还必须观察LCD 显示出的电阻值来判断线路的通断，使用很不方便，况且受仪表测量速率所限，测量时费工费时.使作蜂鸣器档，眼睛可以关注被测线路及表笔，仅凭听觉就能迅速判断线路是否接通，使用非常方便.在对多根导线区分线号时尤为迅速、简捷.

(2）与基本测量档不同，蜂鸣器档属于附加功能测试档，因此该档不规定准确度指示，只给出通、断发声的大致范围.对DT9205A 而言，规定RX＜70Ω时蜂鸣器发声，也只是个大致范围，允许有一定的偏差.根据理论计算，仅当RX＜65Ω时，蜂鸣器才能发声.考虑到电阻元件值存在一定误差，并且VD3≈0.7V，故大致规定70Ω为发声界限 .

假定某块DT9205A 在RX＜65Ω时发声，也应该视为合格.

9、测量晶体管HFE 的电路利用该档的HFE 的插口，能够测量小功率PNP 或NPN 型晶体管的HFE，测量范围是0-1000 倍.以PNP 管为例，将被测管的E、B、C 电极按顺序插入E、B、C 插孔时，C 极接通V+，由7106 的E0 提供2.8V 的集电极电压.测试电路属于共发射接法.R42 和R43（均为220KΩ）为固定编置电阻，所提供的基极电流IB≈E0/R43≈2.8V/22KΩ≈10uA.发射极经R41（10Ω）接模拟地.R41 是取样电阻，由它实现I/V 转换，将发射极电流IE 转换成仪表输入电压VIN.因为

HFE≈IC/IB （2.4）

IE=IC+IB≈IC （2.5）

所以 VIN=IER41≈ICR27=HFEIBR41 （2.6）

将IB=10uA， R41=10Ω代入式（2.6）中整理后得到 HFE=10VIN （2.7）

显然，若选用200mV 档（去掉小数点）并将VIN 的单位取mV，即可直 读HFE 值.由于HFE 插口的输出电流有限，通常规定IC≤10mA，因此HFE 档的测量范围是0-1000 倍.HFE＞1000 时，E0 明显降低，测量误差会增大.当HFE≥2000时，仪表溢出.使用HFE 档时应注意下列事项：

(1)HFE 插口共有8 个插孔.以PNP 为例，整排的两个E 孔在内部连通，使用时可任选其中一个E 孔.设置两个E孔只是为了测量方便.

（2）晶体管的HFE 值与测试条件有关.鉴于被测管在低电压、小电流条件下工作，并且式（2.4）中未考虑穿透

电流ICEO 等因素的影响，因此测量结果仅供参考.HFE 档的优点在于测量简便、迅速、安全，特别适合于业余条件下挑选晶体管，进行晶体管配对.

（3）设计PNP 管测量电路时，需要改变电源电压E0 的极性，只需将R42 和R43 的位置进行互换，改变其在晶体管测量电路中的位置即可。

9、电容测量电路

早期数字万用表产品（例如DT9205A）采用脉宽调制（PWM）法测量电容量.其设计思想是利用被测电容器CX 的充放电过程来调制频率为一定的脉冲波形，使其占空比D 与CX 成正比.再经过滤波电路取出其直流电压VO，送至A/D转换器中.显然，其变化规律为：CX↑→D↑→VO↑，反之亦然.从而完成了C/DCV 的转换过程，将被测电容量变成直流电压，例如，DT0A 型数字万用表电容档的电路，即采用此种方案.脉宽调制法测电容的缺点是，每次测量之前必须手动调零，给操作人员带不不便.此外，测量准确度较低.

新型数字万用表普遍采用容抗法测量电容，实现了自动调零.其设计思想是，首先利用频率约为400HZ 的正弦波信号将CX 变成容抗XC，然后进行C/ACV 转换，反XC 量转换成交流信号电压，再经过AC/DC 转换器取出平均值电压VO，送至A/D 转换器.显然VO 与CX 成正比，只要合理设计并适当调节电路参数，即可直读电容量.容抗法测量电容的主要优点是电容档能自动调零，使测量过程大为简化，缩短了测量时间；测量准确度亦得到提高.因此，新设计定型的DT0C+、DT930F+、DT970、DT980、DT1000 型数字万用表均采用该设计方案.DT9205A 的电容测量电路由IC4 组成，采用双运放电路.其中，IC4b 和R51、C15、R56、C14 构成文氏桥振荡器.振荡频率由下式确定

f0=1/2πRC （3.6）

现取R1=R12=R=39.2KΩ，C8=C9=C=0.01uF，代入上式 f0=1/（2π*39.2K*0.01uF）=406HZ≈400HZ

文氏桥振荡器的输出波形为正弦波.IC4C 是一级反相输入的缓冲放大器.其电压增益为 A2b=-（R+VR3）/R55

式中，VR3 为电容档校准电位器，调节VR3 可以改变IC4C 的电压增益.

IC4a 是一级反相输入电压放大器.它与IC4C 的不同之处主要有两点：第一，其负反馈电阻Rf（亦即电路中的R48、

R44-R47）的阻值依电容量程而定；第二，这里是把被测电容的容抗XC 作为运放的输入电阻. 众所周知，电容器的容抗与频率、电容量之间存在下述关系式： XC=1/2πfCX （3.8）

这表明，当频率F 一定时，容抗XC 与电容量CX 成反比.下面以2uF 档为例，分析该档的电压增益.IC4d 的电压增益为

A4d=-（Rf/XC=-（R48+R47）/ πfCx=2πf（R48+R47）Cx （3.8）

因此，IC4C 和IC4d 总的电压增益为

A=A4C*A4D=2πf（R+VR3）（R48+R47）/R55*Cx （3.10） 若设IC4C、IC4D 的输出电压有效值分别为Vo4C 和Vo4D，则 Vo4D=2πf（R+VR3）（R48+R47）/R55*Cx （3.11）

令K=2πf（R+VR3）（R48+R47）/R55，上式可化简为Vo4D=KCx （3.12） 这表明VO4D 与CX 成正比，从而实现了C/ACV 的转换.

IC4C 为有源带通滤波器，它只允许400HZ 信号通过，可滤掉其他频率的杂波干扰，使IC4C 的输出电压VO4C 为400HZ 正弦波.VO4C 再经过IC2904完成AC/DC 转换，获得平均值电压V0，送给A/D 转换器，这就是容抗法测量电容的设计原理.综上所述，测量电容的过程可大致归纳成：

文氏桥振荡器→C/AC 转换器→AC/DC 转换器→A/D 转换器 最后需说明几点：

（1）R44-R48 均为IC4da 的负反馈电阻Rf.但在转换电容量程时，Rf 的阻值按照10 倍率的关系来改变.举例说明，

在2000PF/2nF 档，Rf=R48+R47+R45+R46+R44=1MΩ；而在20NF 档，

R′f=R48+R47+R46+R45=100KΩ，即Rf/ R′f=10.其余电容档依此类推.其原因是，当CX 从

2000PF 增加到20NF，容抗值XC 下降了10 倍.由式（3.2.11）可知，VO4a 乃至VO亦会相应地增大10 倍.可是A/D 转换器的基本量程业已确定为200MV，如果不降低20NF 档的电压增益，其最大输出电压将达2V，必然使仪表严重过载，无法测量.由式（3.9）还可推导出IC4d 电压增益的另一表达式：

A4da=-Rf/Xc=-2πfRfCx （3.13）

因此，在CX 增加到10 倍（由2000PF→20NF）的同时，只要将Rf 的阻值减小到原来的1/10（由1MΩ→100KΩ），就能保证A4d 不变，亦即电容档的总增益不变，使A/D 转换器始终工作在200MV 基本量程上（对应于2000PF 电容档）.这样既实现了量程扩展，又简化了电路设计.若设2000PF 档的负反馈电阻值为1，则20nF、200nF、2uF、20uF电容档的负反馈电阻就依次为1/10、1/100、1/1000 和1/10000，量程却以10、100、1000、10000 的倍率递增，使A4a 始终保持不变.

（2）由于IC4 均工作于交流状态，不存在零点漂移，而AC/DC 转换器的漂移电压可忽略不计（已加隔直电容），况且TSC7106 型A/D 转换器本身具有自动调零之功能，因此电容档不需要加手动调零电位器.电路中的RP1 电位器只是用以校准电容档的，一经调好就不再变动.

（3）D9-D12 分别为电容输入插孔两侧的过压保护二极管，其作用是将VO2c 的最大输出电压（峰值）以及VI4d 的最大输入电压（峰值）在0.7V 左右，保护运放不致损坏.此外，尽管电容档不允许测量带电的电容器，然而实际上却可能发生这种误操作，此时上述二极管可为被测电容器提供放电回路，在一定程度上能起到保护作用.

2.1数字万用表原理及框图

由功能、量程选择, 参数转换电路，ICL7106集成电路, 液晶显示器4个部分组成的。

2.1.1功能、量程选择

可进行直流（200mv、2v、20v、200v、1000v）、交流电压（200mv、2v、20v、200v、750v）、电流、电阻（200、2k、20k、）、电容、晶体管的测量。功能、量程选择由手动转换开关实现。

2.1.2参数转换电路

通常被测量参数除了直流电压无需转换，其他被测量都须经过转换电路转换成相应的直流电压，然后送人ICL7106，最后得到显示结果。数字万用表的各类转换电路一般由一些分压或分流电阻网络构成，而交直流转换电路由有元器件(二极管)等实现，数字表的功能和量程选择由转换开关实现。

2.1.3 ICL7106集成电路

ICL7106是把双积分式A／D转换，七段译码，LCD显示驱动，基准源和时钟等电路都集成在同一块芯片上的集成电路，它有40个引脚，采用双列直插式封装。

2.2直流电压档的计算机仿真及曲线

2.2.1 PSPICE仿真的方法

PSPICE的简介

电路仿真程序 PSPICE A/D

模拟计算程序是PSPICE A/D也叫做电路仿真程序，它是软件核心部分。在PSPICE 4.1版本以上，该仿真程序具有数字电路和模拟电路的混合仿真能力。它接收电路输入程序确定的电路拓扑结构和原器件参数信息，经过原器件模型处理形成电路方程，然后求解电路方程的数值解并给出计算结果。优越性如下：

一、在对模拟电路进行直流、交流和瞬态等基本电路特性分析的基础上，实现了蒙特卡罗分析、最坏情况分析以及优化设计等较为复杂的电路特性分析。

二、不但能够对模拟电路进行，而且能够对数字电路、数/模混合电路进行仿真。

三、集成度高，电路图绘制完成后可直接进行电路仿真，并且可以随时分析观察仿真结果 。 PSPICE软件具有强大的电路图绘制功能、电路模拟仿真功能、图形后处理功能和元器件符号制作功能，以图形方式输入，自动进行电路检查，生成图表，模拟和计算电路。它的用途非常广泛，不仅可以用于电路分析和优化设计，还可用于电子线路、电路和信号与系统等课程的计算机辅助教学。与印制版设计软件配合使用，还可实现电子设计自动化。被公认是通用电路模拟程序中最优秀的软件，具有广阔的应用前景。

2.2.2直流电压档的计算机仿真图形及曲线

2.

2.3直流电压档的计算机仿真图形及曲线

2.2.4直流电流档的计算机仿真图形及曲线

三.万用表的制作与体会

3.1制作的步骤，技巧

3.1.1元器件的识别

元件列表

电容值识别法

电容的常用单位为pF(皮法),nF(纳法),uF(微法)。大多数电容的电容值是直接打印在电容上的，部分电容的电容值是按下列方法打印在电容上，电容的最大耐压也打印在电容上。

3.1.2安装

下列所有的安装步骤，在没有特别指明的情况下，元件必须从线路板正面装入。线路板上的元件符号图指出了每个元件的位置和方向，根据本指导说明书只推荐使用63/37 铅锡合金松香心焊锡丝。1、转盘装触片：将触片装到触片横条上，注意安装顺序和位置（如下图所示）

2、转盘圈装螺母：直接把4 个M2的螺母套入装盘圈的相应位置。

3、装转盘（将转盘套入转盘圈中）：先将弹簧和粘上凡士林，安装到转盘圈凸起的小方块，将已装好触片的内转盘斜插入转盘圈中，在凸起的部分盖上压片。（小压片的作用是防止弹簧与线路板磨擦造成不良，防止弹簧弹出）注意在安装弹簧、和压片时一定要粘凡士林否则不易安装。装好的装盘应该是装盘上的倒扣位于装盘。

4、转盘安装到线路板上：触片朝下。然后将转盘扣入线路板，先拿好转盘，否则和弹簧会弹出。

5、锁转盘：将转盘与线路板对准后用4 个2*8 的机制螺丝锁上，在锁时最好对角先锁这样转盘比较容易固定。

6、安装液晶总成：先把2 个M2 的螺母套入厚片孔中，放到一旁，在将薄片放置在线路板上，从线路板下方反向穿入2*8 的螺丝然后再沟槽中放入导电胶，导电胶条的导电部分（黑色）和线路

板上的金手指接触。其次将液晶总成中的电缆纸碳条部分和导电胶条接触，面向下最后放大压框，然后锁紧螺丝即可。

7、将液晶总成套入前盖，锁上折叠弹片，摇动液晶，就可以选择观察液晶的角度了。

8、装旋钮，先把9V 电池扣上，打开开关，如果显示器上显示出“1”是电阻挡，那么旋钮箭头竖标向上拨到基本挡200MV，如果显示器显示出“0”是电容挡旋钮箭头竖标向下。

9、锁线路板：用1 个3*8 的自攻螺丝锁上，盖上后盖锁上3 个3*12 自攻螺丝即可。

原理图：

3.2焊接调试的个人体会

在焊接过程中，遇到了各种各样的问题。首先检查工具是否齐全。然后利用标准万能表测量每一个电阻，看电阻阻值是否与标准值相同。在焊接之前检查烙铁头是否松动，如果松动要将其扭紧，必须清理烙铁头上残留的焊锡，再对烙铁头进行加热。将电烙铁靠在元件脚和焊盘的结部。若烙铁头上带有少量焊料，可使烙铁头的热量较快传到焊点上。将焊接点加热到一定的温度后，用焊锡触到焊接件处，熔化适量的焊料；焊锡丝要从烙铁头的对称侧加入。焊锡丝适量熔化后迅速移开（向上提）焊锡丝；当焊接点上的焊料流散接近饱满（避免出现假焊），助焊剂尚未完全挥发，也就是焊接点上的温度适当、焊锡最光亮、流动性最强的时刻，迅速移开电烙铁。焊锡冷却后，剪掉多余的焊脚，就得到了一个理想的焊接了。在焊接插件的过程中注意不要把两个焊接点焊接连在一起。在焊接晶体管测试座的时候要注意晶体管测试座的塑料部分，不能让其融化（焊接的时候应该间隔两个焊接点焊接）。焊接电容和二极管的时候要小心，不要焊接反了。在插件完成后，先用一块软垫或海绵覆盖在插件的表面，反转线路板，用手指按住线路板在进行焊接，或者在每插一个零件后，将零件的两只脚掰开，这样在焊接线路板时，零件才不会从线路板上掉下来。开关、电容插座、电源线、输入插座的焊接，应当逐一进行。

3.3 质量检查的方法

3.3.1校准、测试：

A/D 转换器校准

将被测仪表的拨盘开关转到20V 档位，插好表笔；用另一块已校准仪表做监测表，监测一个小于20V 的直流电源（例如9V 电池），然后用该电源校准装配好的仪表，调整电位器VR1 直到被校准表与监测表的读数相同（注意不能用被校准表测量自身的电池）。当两个仪表读数一致时，套件安装表就被校准了。将表笔移开电源，拨盘转到关机位。

e) 如果校准错误：1、检查线路板是否有短路，焊接不良现象2、检查使用的电阻值和表头的电容值。3、检查分压电阻是否有插错，虚焊等现象。参考后面的故障维修。

直流10A 档校准

直流10A 档校准需要一个负载能力大约为5A、电压5V 左右的直流标准源。将被校准表的拨盘转到“10A”位置，表笔连接如说明书所示，如果仪表显示高于5A，在锰铜丝上增加焊锡使锰铜丝电阻在10A 和 输入端之间的截面积相对减小，直到仪表显示5A；如果仪表显示小于5A，将锰铜丝从线路板上焊起来一点点，使锰铜丝电阻在10A和 输入端之间的阻值增大，直到仪表显示5A。

直流电压测试

1) 如果你有一个直流可变电压源，只要将电源分别设置在DCV 量程各档的中值，然后对比被测表与监测表测量各档中值的误差，要求满足本指导说明书后面所列对DCV 精度要求。

2) 如果没有可变电源，可以采取以下两种测量方法： a) 将拨盘转到20V 量程，如说明书中测量直流电压得方法测量9V 的叠层电池，调节电位器VR1，使表头显示9.0V 为止。

b) 将拨盘转到2V 量程，如说明书中测量直流电压得方法测量1.5V 的通用的碱性电池，使表头显示1.5V 数值。

交流电压测试

交流电压测试，需要交流电压源，直接插入插排中测试。

电阻/二极管测试

1） 用每个电阻档满量程一半数值的电阻测试档，对比安装表与监测表各自测量同一个电阻的值。

2） 用一个好的硅二极管（如1N4004）测试二极管档，读数应约为650 左右，对于功率二极管显示数值要低一些，请与监测表对比使用。

电容测量

将转盘拨至200nF 量程，取一个标准的100nF 的金属电容，插在电容夹的两个输入端，注意不要短路，如有误差可调节VR3 电位器直到读数准确。

hFE 测量

将拨盘转到hFE 档位，用一个小的NPN（9014）和PNP（9015）晶体管，并将发射极、基极、集电极分别插入相应的插孔。

3.3.2常规的几种故障与维修

1、不显示：首先检查电源线是否存在开路现象，检查开关是否有损坏，检查Q1、Q2、D1、D2 是否焊反，检查IC2是否正常工作或虚焊、贴反等现象，检查R1-R6 电阻的数值和虚焊问题。检查电池电量是否充足，连接是否可靠。关机电路中是否存在问题，7106 集成是否正常工作，液晶总成和线路板是否正确连接。

2、笔画问题：检查对应的功能脚是否正常，检查液晶的装配情况是否存在不良，检查对应的笔画脚的走线是否存在短路和断路等现象。导电胶条是否放置正确。

3、直流电压误差：检查R13、R12 的数值是否有插错，检查对应的分压电阻是否存在插错、短路、虚焊等现象。

4、交流不输入：检查D3、D4 是否存在插反现象，检查IC3 是否功能失效、虚焊等现象。 5、蜂鸣器不叫：检查蜂鸣器在焊接部分是否存在短路，检查R15、R16、R14、Q4、R38、R39 的数值是否插错或焊接问题。再检查IC2b、IC3C 的功能及焊接问题。用手指压紧陶瓷晶片后，声音是否有所改变，蜂鸣器的连线是否焊接正确。

6、电容档不输入：首先检查交流电压是否正常，如果不正常应该从交流电路着手，倘若正常，那么就是电容档问题，首先要看四个10nF 电容是否存在虚焊、插错等现象。再检查各电阻的数值与焊接问题，最后判定324 的功能问题。

7、电阻档不输入：检查PTC、R、D15 的数值是否插错和焊接问题，检查Q3 是否存在短路等现象。

8、二极管不输入：检查PTC、R34、R36、R37 的数值是否插错和焊接问题。

参 考 文 献

1.数字万用表DT9205A套件