2.1 数字式万用表简介
要点
数字式万用表采用大规模集成电路，具有准确度高、分辨率高、显示直观、功能齐全、输入阻抗高、测量速度快、过载能力强、耗电省、体积小、易携带等优点，是电子技术爱好者常用的检测仪表。读者必须要了解数字式万用表的主要特点，熟悉其内部结构。
2.1.1 数字式万用表的主要特点
数字式万用表与指针式万用表相比，具有以下特点。
1.数字显示，读数准确
指针式万用表采用电磁偏转原理，借助指针和刻度线进行读数。而数字式万用表采用A/D转换器和先进的数显技术（LCD液晶显示器），使测量结果显示清晰、读数准确。显示4～5位数字的液晶显示屏如图2-1所示。
图2-1 液晶显示屏
2.准确度高，分辨率高
数字式万用表的准确度反映测量结果与真实值一致的程度。其准确度可以达到相当高，这是指针式万用表所达不到的。数字式万用表基本量程（通常为最低直流电压挡）精度最高，随着量程的扩展或经各种转换器后精度指标会下降。一般
位的数字式万用表基本量程精度可达±0.5%～±0.1%，
位的数字式万用表可达±0.05%～±0.07%，
位的数字式万用表可达±0.01%～±0.005%，
位的数字式万用表则高达±0.0001%。
数字式万用表的分辨率是指最低量程上末位数字所对应的电压值，是仪表对下限被测量值的反应能力。它反映仪表灵敏度的高低，位的数字式万用表的分辨率可达0.1mV，即100μV；位的数字式万用表的分辨率可达10μV；
位的数字式万用表的分辨率则高达10nV（1μV=1000nV）。
数字式万用表的准确度和分辨率是两个不同的概念。分辨率表示万用表的“灵敏性”，即对微小电压的识别能力，而准确度是反映测量的“准确性”，即测量结果与真值的一致程度。
在实用上，并不是准确度和灵敏度越高越好，这要根据被测的具体对象来决定，否则也是一种浪费。对于电子爱好者一般选用位或位数字式万用表就能满足电子元件及其他测量的需要。
3.输入阻抗高，功耗小
测量电压时，数字式万用表输入阻抗很高，一般的表都在10MΩ以上，最高可达10000MΩ。阻抗越高，越能减少测量误差，其测量准确度越高。
数字式万用表采用单片A/D转换器，外围电路比较简单，只需少量辅助芯片和元件，有的采用9V叠层电池供电，功耗小。
4.测量参数多，速度快
普及型数字式万用表不仅可以测量直流电压（DCV）、交流电压（ACV）、直流电流（DCA）、交流电流（ACA）、电阻（Ω）、二极管正向压降（VF）、晶体管发射极电流放大系数（hFE），还能测电容量（C）、检查线路通断的蜂鸣器挡（BZ）等，如图2-2所示。
有的数字式万用表还具有电感挡、温度（T）、频率（f）挡、信号挡、AC/DC自动转换功能等。
图2-2 数字式万用表的测量范围
数字式万用表的测量速率是指每秒钟内对被测电压的测量次数，单位是“次/s”。位和位数字式万用表的测量速率一般为2～5次/s，位数字式万用表的测量速率可达10万次/s。
5.自动化和智慧化程度高，并具有完善的保护电路
数字式万用表采用CMOS集成电路，双积分原理A/D转换，自动校零、自动极性选择、自动量程转换。当量程太大时，显示“0.00”；当量程过小即超量程时，在最高位显示“1”。
数字式万用表具有比较完善的过流、过压保护电路，过载能力强。一般的数字式万用表，只要不超过规定的极限值，表内电路和元件不会损坏。
知识要诀
使用数字式万用表，主要特点应知晓，
数字显示读数准，分辨率与精度高，
测量参数有很多，高阻输入功耗小，
功能自动智慧化，保护完善更可靠。
2.1.2 数字式万用表的类型
数字式万用表的种类繁多，也有多种分类方法。
1.按量程转换方式分类
数字式万用表按量程转换方式不同，可分为手动量程、自动量程与自动/手动量程。其中，手动量程转换数字式万用表内部电路结构较为简单，价格相对较低。常用的位、位、位数字式万用表等均属于手动量程转换数字式万用表，其外形如图2-3所示。
图2-3 手动量程转换数字式万用表外形
2.按工作原理分类
数字式万用表按工作原理不同，可分为比较型、积分型、V/T型和复合型。目前使用较多的是积分型数字式万用表，其中位数字式万用表的应用最普遍，如图2-3（a）、（b）所示。
3.按功能分类
数字式万用表按功能不同，可分为位普及型数字式万用表、多功能及精密型数字式万用表、语音数字式万用表和智能数字式万用表，其中智能数字式万用表采用微处理器或单片机，带串行接口。
4.按显示位数分类
数字式万用表按显示位数不同，可分为位、位、位、
位、位和位数字式万用表。其有效读数为3～8位，最大值分别为1999、19999、199999、1 999999、19999999和199999999。近年来，市场上又推出了
位数字式万用表，其最大显示值为3999或2999对应的数字显示。
另外，还有数字电容表、数字电感电容表、数字钳形表、数字温度计、数字功率表等多种专用数字式万用表。
知识要诀
数字电表种类多，分类方法要掌握，
量程转换有不同，手动、自动、两结合，
工作原理有不同，比较、积分和复合，
功能、显示位不同，三位普及用得多。
2.1.3 数字式万用表的基本结构
数字式万用表主要由直流数字电压表（DVM）和功能转换器构成，数字电压表是数字式万用表的核心。数字电压表的结构如图2-4所示。从图2-4中可以看出数字电压表由数字部分及模拟部分构成，主要包括A/D（模拟/数字）转换器、显示器（LCD）、逻辑控制电路等。
图2-4 数字电压表的结构框图
数字式万用表的结构框图如图2-5所示，从图2-5中可以看出，被测量经功能转换器（电阻/电压、电压/电压、电流/电压）后都变成直流电压量，再由A/D转换器转换成数字量，最后以数字形式显示出来。
A/D转换器是数字式万用表的核心，它采用单片大规模集成电路。大规模集成电路采用内部异或门输出，可驱动LCD显示器，耗电小。它的主要特点是单电源供电且电压范围较宽；使用9V叠层电池，以实现数字式万用表的小型化；输入阻抗高；利用内部的模拟开关实现自动调零与极性转换。缺点是A/D转换速度较慢，但能满足常规电测量的需要。
图2-5 数字式万用表的结构框图
位数字式万用表大多采用ICL7106（或TSC7106、TC7106）型CMOS单片A/D转换器，使用时需知道该类集成电路的引脚及特性，详细介绍见第6章。
DT—830B型数字式万用表面板如图2-6所示，它由LCD液晶显示屏、电源开关、测量选择开关、表笔插孔和晶体管插孔等部分构成，各部分的作用如下。
（1）LCD液晶显示屏。DT—830B型数字式万用表的LCD液晶显示屏有位数字，可以直接显示位数字字符，小数点根据需要自动移动，负号“-”根据测量结果自动显示，最大可显示“1999”或“-1999”。
（2）测量选择开关。测量选择开关的功能是选择不同的测量挡位，转动此开关可分别测量电阻、直流电压、交流电压、直流电流、交流电流、二极管的好坏、电容、晶体管的hFE等。
（3）表笔插孔。DT—830B型数字式万用表的面板上有3个插孔，标有“COM”字样的为黑（负极）表笔插孔，即公共端插孔；标有“VΩmA”字样的是电压、电阻、电流测量插孔，即红（正极）表笔插孔；标有“10ADC”字样的是安培级大电流测量插孔，在测量200mA～10A范围内的直流电流时，红表笔插入该插孔。
（4）晶体管插孔。控制面板的左下角是晶体管插孔，插孔左边标注为“NPN”，检测NPN型晶体管时插入此孔；插孔右边标注为“PNP”，检测PNP型晶体管时插入此孔。将转换开关置于hFE挡，根据管是PNP型或NPN型，将其引脚插入对应的插孔中，即可读出该管的hFE值。
图2-6 DT—830B型数字式万用表面板图
知识要诀
构成数字式万用表，两大部分应知道，
A/D转换是核心，集成电路更可靠，
转换结果送电表，数字显示与符号，
表面开关与插孔，选择插入测量好。
2.1.4 DT9205A+型数字式万用表
1.主要特点
DT9205A+型数字式万用表是一种性能稳定、功能齐全的数字多用表。该表采用CMOS集成电路和双积分型A/D转器，具有全量程过载保护功能，可用来测量直流电压/电流、交流电压/电流、电阻、电容、二极管、三极管和电路通断等，其主要特点如下。
（1）测量功能选择具有32个量程。
（2）采用LCD显示，字高25mm，按观察位置需要可自由改变角度70°。
（3）具有全量程过载保护功能。
（4）最大显示值为“1999”。
（5）过量程显示“1”，其余消失。
（6）电池不足时会在LCD显示屏左上方显示电池图案。
（7）温度范围：工作温度0～40℃，储存温度-10～50℃。
2.技术性能指标
DT9205A+型数字式万用表的技术性能指标见表2-1。
3.外部结构
DT9205A+型数字式万用表的外部结构如图2-7所示，它由LCD液晶显示屏、电源开关、测量选择开关、表笔插孔、电容器插孔和晶体管插孔等部分构成，各部分的作用如下。
表2-1 DT9205A+型数字式万用表的技术性能指标
（1）LCD液晶显示屏。DT9205A+型数字式万用表的LCD液晶显示屏有位数字，可以直接显示位数字字符，小数点根据需要自动移动，负号“-”根据测量结果自动显示，最大可显示“1999”或“-1999”。
图2-7 DT9205A+型数字式万用表面板图
（2）电源开关。按下接通电源，万用表处于准备状态；弹出则切断电源，万用表不工作。
（3）晶体管插孔。控制面板的右下角是晶体管插孔，插孔左边标注为“PNP”，检测PNP型晶体管时插入此孔；插孔右边标注为“NPN”，检测NPN型晶体管时插入此孔，如图2-7所示。将转换开关置于hFE挡，根据管是PNP型或NPN型，将其引脚插入对应的插孔中，按下电源开关，即可读出该管的hFE值。
（4）测量选择开关。按下电源开关，转动此开关可分别测量二极管的好坏，以及电阻、直流电压、交流电压、直流电流、交流电流、电容、晶体管的hFE及环境温度。
（5）表笔插孔。从左到右，4个表笔插孔依次为20A、mA、COM、VΩ。“COM”是负表笔插孔，即公共端插孔。“VΩ”是电压、电阻测量插孔，“mA”是毫安级电流测量插孔，“20A”是安培级电流测量插孔，如图2-7所示。使用时，通常将黑表笔插入“COM”插孔，红表笔根据测量需要插入相应的正表笔插孔。
（6）电容器插孔。控制面板的左下角是电容器插孔，插孔上边标注为“CX”，检测电容器时插入此孔，根据电容器的容量将转换开关置于相对应的挡位，如图2-7所示。按下电源开关，即可读出该电容器的容量值。
4.测量电路
为了适应各种不同测量项目和测量量程（或倍率），DT9205A+型数字式万用表内部设置了一套比较完善的测量电路，如图2-8所示。当转换开关处于不同的挡位时，可构成不同的测量电路。这些电路包括直流电流测量电路、直流电压测量电路、交流电压测量电路、晶体管测量电路等。
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数字式万用表的显示位数是指该表能够显示完整数字的多少。显示位数确定的方法：能显示0～9所有数字的位为整数位；分数位的数值是以最大显示值中最高位数字为分子，用满量程时最高位数字为分母。例如，某数字式万用表的最大显示值为±1999，满量程计数值为2000，表明该数字式万用表有3个整数位，其分数位的分子是1，分母是2，因此称为位，读做“三位半”。
2.1.5 DT830B型数字式万用表
1.主要特点
DT830B型数字式万用表是DT830系列数字式万用表中的一种，除DT830B型外，还有DT830D、DT831、DT832型等。该表的主电路采用典型数字式万用表专用集成电路ICL7106，性能稳定可靠。由于技术成熟、应用广泛，因而性价比高，使价格低到初学者均可接受。此外，还具有精度高、输入电阻大、读数直观、功能齐全、体积小巧等优点。
图2-8 DT9205A型数字式万用表的电路图
2.技术性能指标
DT830B型数字式万用表的技术性能指标见表2-2。
表2-2 DT830B型数字式万用表的技术性能指标
注：三位半LCD显示；测量直流/交流电压时的输入阻抗为10MΩ；自动显示极性，短路自动调零；超量程显示“1”；供电电源为9V叠层电池，功耗约为200mW；电池不足显示“LOBAT”；内置快速熔丝2A/250V，如图2-9所示。
图2-9 DT830B型数字式万用表的内部结构
3.外部结构
DT830B型数字式万用表的外部结构如图2-6、图2-10所示，它由LCD液晶显示屏、测量选择开关、表笔插孔和晶体管插孔等部分构成。
图2-10 DT830B型数字式万用表的外部结构
4.测量电路
为了适应各种不同测量项目和测量量程（或倍率），DT830B型数字式万用表的电路图如图2-11所示。当转换开关处于不同的挡位时，可构成不同的测量电路。这些电路包括直流电流测量电路、直流电压测量电路、交流电压测量电路、晶体管测量电路等。
图2-11 DT830B型数字式万用表的电路图
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数字式万用表的准确度是指万用表的测量误差限度，它表示在规定的条件下，万用表的测量误差不会超过它给定的误差范围，准确度越高，测量误差就越小。
数字式万用表的误差主要由相对误差和固有误差两部分组成，相对误差包括A/D转换器中的基准电压误差、输入放大器误差、不同量之间的转换误差、分压器误差。固有误差包括零点漂移引起的误差、数字化处理引起的误差、A/D转换器中量化误差及内部噪声引起的误差。相对误差与被测量有关，而固有误差与被测量无关。