(一)原理

 多用电表(通常叫万用表)能够测量直流电流、直流电压、电阻、交流电压等,并且每种测量都有几个量程.多用电表具有用途多、量程广、使用方便等优点,因而有广泛的应用.

 多用电表由一只灵敏的直流电流表(表头)与若干元件组成测量电路,每进行一种测量时,只使用其中一部分电路,其他部分不起作用.下面通过一个具体实例说明它的原理.

 问题

 现有一表头,满偏电流Ig=500微安,内阻Rg=200欧.用它作多用电表的表头,要求多用电表具有下列各项量程:

 (1)0-1毫安的直流电流挡.

 (2)0-10毫安的直流电流挡.

 (3)0-50伏的直流电压挡.

(4)0-500伏的直流电压挡.

(5)内阻为1.5千欧的电阻挡.

 应该怎样设计这个简易多用电表的整个电路呢?

 直流电流挡

 直流电流挡的电路如图2-48所示.当公共端与1mA端接入被测电路中时,量程为I1=1毫安.当公共端与10mA端接入被测电路中时,量程为I2=10毫安.

 当公共端与1mA端接入被测电路时,电阻R1和R2串联.再与表头内阻Rg并联.由并联电路中的电流分配关系可以求出

 当公共端与10mA端接入被测电路时,电阻R1与表头支路的电阻Rg+R2并联.由并联电路的特点可知

Ig(Rg+R2)=(I2-Ig)R1.

 代入Ig=500×10-6安,I2=10×10-3安,Rg=200欧,可得

R2+200欧=19R1. (2)

 由(1)(2)两式可解得

R1=20欧

R2=180欧.

 直流电压挡

 直流电压挡的电路如图2-49所示.当公共端与50V端接入被测电路时,量程为U1=50伏.当公共端与500V端接入被测电路时,量程为U2=500伏.虚线框内相当于表头.表头的内阻R′g为Rg=200欧与R1+R2=200欧并联的总电阻,R′g=100欧.表头的满偏电压Ug=IgRg=500×10-6×200伏=0.1伏.

 当公共端与50V端接入被测电路时,由串联电路的电压分配关系可得

 当公共端与500V端接入被测电路时,由串联电路的电压分配关系可得

多用电表作直流伏特表和直流安培表用时,其红黑表笔应分别接待测电路的正负极。那么,当它作欧姆表用时,为什么要将红表笔连其内部电池E的负极(或黑表笔连E的正极)呢?这是教学中的疑难问题。

请看图1所示的示教板,当多用电表作直流伏特表或直流安培表用时,表内的电池E均被搁置不用。此时红表笔直接(或间接)连入表头(电流表G)的正端,而黑表笔则连入表头的负端。这样,在测试中,将红黑表笔分别接入待测电路的正负极时,电流将从红表笔流入,依次流经表头的正负端,均可使表针正常偏转,即向右偏转

当多用电表作欧姆表用于测电阻时,因有内部电池E而形成闭合电路。由于红表笔另一端与其内部电池E的负极相连,这样电流仍然从红表笔流入,依次流经表G的正负端并使表针正常偏转。

 可见,多用电表不管是作直流电压表、直流电流表用,还是作欧姆表用,在其测试过程中有一个共同点,就是电流方向总是从红表笔流入的。这就决定了它作欧姆表用时,红表笔的另一端必须连在内部电池的负极。这一点需在理解的基础上牢牢记住。

 可能要问:因待测电阻并无正负极性,那么,当多用电表作欧姆表用时为什么要记住红黑表笔的极性呢?诚然,对于无极性的一般电阻的测试来说,红黑表笔的极性是无实际意义的。但是,我们还可能遇到一些有极性电阻的测试,有如晶体二极管和晶体三极管的PN结的电阻是有极性的,其正向电阻甚小而反向电阻却很大。为粗测晶体管的好坏就必须注意欧姆表两表笔的正负极性。

 也可能问:多用电表作欧姆表用时,若其内部电池的极性位置不动,而将红黑表笔互换一下位置,不就轻易地变成了红表笔接电池的正极了吗?要注意,多用电表除表头公用之外,两根表笔也是公用的。若测电阻时两表笔互换了位置,那么改测直流电压或电流时又要将两表笔互换回来。如此将两表笔换来换去,不仅使用不便,还可能因疏忽一时忘记交换表笔而造成误测以至损坏电表。

 还可能问:多用电表作欧姆表用时,若红黑表笔位置不动,而将内部电池的正负极位置交换一下,或者干脆将电池取出与待测电阻Rx直接串联,如图2所示。不是也可满足红表笔接电池正极的要求吗?如果将其内部电池正负极交换位置,在测电阻时,闭合电路的电流将从红表笔流出,恰与表G的正负端反向,表针将向左偏,在表盘上将无法指示读数;如果像图2那样将电池取出进行测试,虽然具有测试的等效性,且满足了红表笔接电池正极的要求,但多了一个外加电池这个包袱,给测试增加不少麻烦,岂不“削足适履”!

可知,现有多用电表内部电池的正负极性与红黑表笔的连接是合理的,属最佳选择。

主要教学过程

多用电表的原理和使用

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