1、数字万用表的设计与焊接通信电子工艺实习报告 数字万用表的设计和焊接 学院：班级：姓名： 学号： 数字万用表通信电子工艺实习报告摘要：本文将介绍数字万用表，数字万用表是常用的数字式检测仪表。主要特点：1.技术成熟 主电路采用数字表集成电路，久经考验、性能稳定可靠。2.性价比高 由于技术成熟、应用广泛而产生的规模效益使产品价格低到需要者皆可拥有。且具有精度高、输入电阻大、读数直观、功能齐全、体积小巧等优点。3.结构合理 采用单板结构。数字万用表就是在电气测量中要用到的电子仪器。它可以有很多特殊功能，但主要功能就是对电压、电阻和电流进行测量。数字万用表，作为现代化的多用途电子测量仪器，主要用于物理、
2、电气、电子等测量领域。关键词：数字万用表 A/D转换器 原理 引言： 数字万用表是由数字电压表配上相应的功能转换电路构成的，它可对交、直流电压交、直流电流、电阻、电容以及频率等多种参数进行直接测量。数字电压表通常使用一块集成电路芯片,它将A/D转换器和能够直接驱动显示器的显示逻辑控制器集成在一起，在其周围配上相关的电阻器、电容器和显示器,组成数字万用表表头。它只测量直流电压，其它参数必须转换成和其自身大小成一定比例关系的直流电压后才能被测量。数字万用表的整体性能主要由这一数字表头的性能决定。数字电压表是数字万用表的核心，A/D转换器是数字电压表的核心，不同的A/D转换器构成不同原理的数字万用表
3、。功能转换电路是数字万用表实现多参数测量的必备电路。电压、电流的测量电路一般由无源的分压、分流电阻网络组成；交、直流转换电路和电阻、电容等电参数测量的转换电路，一般采用有源器件组成的网络来实现。功能选择可通过机械式开关的切换来实现，量程选择可通过转换开关切换，也可以通过自动量程切换电路来实现。数字多用表不仅要看基本规格，还要看特点、功能和全部设计生产指标。 可靠性，尤其是在恶劣条件下，可靠性比以往任何时候重要。数字万用表的组成包括显示器、电源开关、晶体管插孔、转换开关、输入插座等。可用以直流电压、交流电压、直流电流、交流电压测量，也可用以检查半导体二极管的导电性能，并能测量晶体管的电流放大系数
4、等。只要输入被测量，通过电阻、电流、电压参数转换电路即可测出被测量。系统整体设计：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，必须在表头上并联和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。万用表原理框图如下图所示：万用表的总体电路图如下图图（1）所示。图（1）万用表电路图系统硬件设计：1、直流电压测量电路在数字电压表头前面加一级分压电路，可以扩展直流电压测量的量程。数字万用表的直流电压档分压电路如图（2）所示，它能在不降低输入阻抗的情况下，达到准确的分压效果。其余各档的分压比分别为：档位20
5、0mV2V20V200V2000V分压比10.10.010.0010.0001实际设计时是根据各档的分压比和总电阻来确定各分压电阻的，如先确定再计算200V档的电阻：，依次可计算出、等各档的分压电阻值。更换量程是需要调整小数点的显示，使用者可方便地读出测量结果。2、直流电流的测量测量电流是根据欧姆定律，用合适的取样电阻把待测电流转换为相应的电压，再进行测量。如图（3） 图（3）电流测量原理 实用数字万用表的直流电流档电路，如图（4）所示。 图（4）实用分流器电路图（4）中各档分流电阻是这样计算的，先计算最大电流档（2A）的分流电阻，图中的FUSE是2A的保险丝，电流很大时会快速熔断，起过流保护
6、作用。两只反向连接且和分流电阻并联的二极管为塑封硅整流二极管，正常测量时，输入电压小于硅整流二极管的正向导通压降，二极管截止，对测量毫无影响。一旦输入电压大于0.7V，二极管立即导通，双向限幅，电压嵌位在0.7V，起过压保护作用。保护仪表不被损坏。用2A测量时，若发现电流大于0.5A时，应使测量时间小于20秒，仪器在面板上提供了待测电流接口，测量时可直接在本接口串入电流表进行测量。3、交流电压、电流的测量电路 数字万用表中交流电压、电流测量电路是在分压器或分流器之后串入了一级交流直流（AC-DC）变换器，如图（5）所示。图（5） 该ACDC变换器主要由集成运算放大器、整流二极管、RC滤波电容等
7、组成，还包含一个能调整输出电压高低的电位器：ACDC校准电位器，用来对交流电压档进行校准之用，调整该电位器可使数字电压表头的显示值等于被测交流电压的有效值。 4、电阻测量电路 数字万用表中的电阻档采用的是比例测量方法，其原理电路见图（6）， 图（6） 电阻测量原理由稳压管DZ提供测量基准电压，流过标准电阻R0和被测电阻Rx的电流基本相等（数字表头的输入阻抗很高，其取用的电流可忽略不计）。 所以A/D转换器的参考电压UREF和输入电压UIN有如下关系： 即 根据所用A/D转换器的特性可知，数字表显示的是UIN和UREF的比值，当UIN=URE时显示“1000”，UIN=0.5UREF时显示“50
8、0”，依次类推。所以，当Rx=R0时，表头将显示“1000”，当Rx=0.5R0时显示“500”，这称为比例读数特性。因此，我们只需要选取不同的标准电阻并适当对小数点进行定位，就能得到不同的电阻测量档。5.电容测量（1）用电容档直接检测某些数字万用表具有测量电容的功能，其量程分为2000p、20n、200n、2和20五档。测量时可将已放电的电容两引脚直接插入表板上的Cx插孔，选取适当的量程后就可读取显示数据。2000p档，宜于测量小于2000pF的电容；20n档，宜于测量2000pF至20nF之间的电容；200n档，宜于测量20nF至200nF之间的电容；2档，宜于测量200nF至2F之间的电
9、容；20档，宜于测量2F至20F之间的电容。经验证明，有些型号的数字万用表（例如DT890B）在测量50pF以下的小容量电容器时误差较大，测量20pF以下电容几乎没有参考价值。此时可采用串联法测量小值电容。方法是：先找一只220pF左右的电容，用数字万用表测出其实际容量C1,然后把待测小电容和之并联测出其总容量C2，则两者之差（C1C2）即是待测小电容的容量。用此法测量120pF的小容量电容很准确。（2）用电阻档检测实践证明，利用数字万用表也可观察电容器的充电过程，这实际上是以离散的数字量反映充电电压的变化情况。设数字万用表的测量速率为n次/秒，则在观察电容器的充电过程中，每秒钟即可看到n个彼
10、此独立且依次增大的读数。根据数字万用表的这一显示特点，可以检测电容器的好坏和估测电容量的大小。下面介绍的是使用数字万用表电阻档检测电容器的方法，对于未设置电容档的仪表很有实用价值。此方法适用于测量0.1F几千微法的大容量电容器。数字万用表的功能：1.数字万用表的一个最基本的功能就是测量电压。典型的直流电压源就是电池，交流电压通常由发电机产生。一些装置将交流转变为直流。例如，象电视、音响、录像机、计算机等电子设备，通过插在墙上的插座上的整流器，来把交流转变为直流。直流电压是这些电子设备所需的电源。 测试电压，通常是解决电路问题时第一步要做的工作。如果没有电压或电压过低、过高，在进一步检查之前，首
11、先要解决电源问题。交流电压的波形可能是正弦或非正弦。许多数字万用表可以显示交流电压的“rms”。有效值就是交流电压等效于直流电压的值。许多的表有“平均值”的功能，当输入一个纯正弦波时它可以 给出有效值。这种表不能准确的测量非正弦波的有效值。具有真有效值功能的数字多用表可以精确的测量非正弦波的真有效值。波峰因数是信号的峰值和有效值的比值。数字万用表测量交流电压的能力由被测信号的频率限制。大多数数字多用表可以精确测量50赫兹到500赫兹的交流电压。但数字多用表的交流测量带宽可到几百千赫兹。2.电流测量和用数字万用表测量其它量不同。直接电流测量法就是将数字多用表直接串到被测电路上，让被测电路电流直接
12、流过多用表内部电路。间接测量法不需要将电路打开并将多用表串到被测电路上。间接法要用到电流钳。 3.在电阻挡测量电阻。电阻值变化很大，从几毫欧的接触电阻几十亿欧姆的的绝缘电阻。许多数字多用表测量电阻小至0.1欧姆，某些测量值可高至300兆欧。极大的电阻，福禄克多用表会显示“OL”，表示被测电阻大的超过了量程。测量开路时，会显示“OL”。必须在关掉电路电源的情况下测量电阻，否则对表或电路板会有损坏。某些数字多用表提供了在电阻方式下误接入电压信号时进行保护的功能。不同型号的数字多用表有不同的保护能力。在进行低电阻的精确测量时，必须从测量值中减去测量导线的电阻。典型的测试导线的阻值在0.2到0.5之间
13、。如果测试导线的阻值大于1，测试导线就要更换了。如果数字万用表为测量电阻提供小于0.6V的直流电压，就可以测量电路板上由二极管或半导体隔离的电阻值。从而不用将电阻拆下来就可以测试。 3.二极管就像一个电子开关。如果电压高于一个特定的值时，二极管就会导通。通常硅二极管导通电压为0.6V。并且二极管只允许电流单向流动。 当检查二极管或晶结时，多用表不仅会给出一个很宽的读数范围而且还会给出大于50mA的驱动电流。 在测量含有二极管的电路的电阻时，数字多用表的测试电压会低于0.6V，防止晶结导通。 在选择二极管测试时，测试电压升高，以便检查二极管或半导体晶结的功能。某些数字多用表有二极管测试功能。此功
14、能测量并显示二极管两端的实际压降。硅结点在正向测试时的压降应该是低于0.7V，在反向测试时电路开路。 数字万用表的使用方法： 一.电压的测量： 1、直流电压的测量，如电池、随身听电源等。首先将黑表笔插进“com”孔，红表笔插进“V ”。把旋钮选到比估计值大的量程，接着把表笔接电源或电池两端；保持接触稳定。数值可以直接从显示屏上读取，若显示为“1.”，则表明量程太小，那么就要加大量程后再测量工业电器。 如果在数值左边出现“-”，则表明表笔极性和实际电源极性相反，此时红表笔接的是负极。 2、交流电压的测量。表笔插孔和直流电压的测量一样，不过应该将旋钮打到交流档“V”处所需的量程即可。交流电压无正负
15、之分，测量方法跟前面相同。 无论测交流还是直流电压，都要注意人身安全，不要随便用手触摸表笔的金属部分。 二、电流的测量 1、直流电流的测量。先将黑表笔插入“COM”孔。若测量大于200mA的电流，则要将红表笔插入“10A”插孔并将旋钮打到直流 “10A”档；若测量小于200mA的电流，则将红表笔插入 “200mA”插孔，将旋钮打到直流200mA以内的合适量程。调整好后，就可以测量了。将 万用表串进电路中，保持稳定，即可读数。若显示为“1.”，那么就要加大量程；如果在数值左边出现“-”，则表明电流从黑表笔流进万用表。 交流电流的测量。测量方法和1相同，不过档位应该打到交流档位，电流测量完毕后应将
16、红笔插回“V”孔，若忘记这一步而直接测电压，哈哈！你的表或电 源会在“一缕青烟中上云霄”报废！ 三、电阻的测量 将表笔插进“COM”和“V”孔中，把旋钮打旋到“”中所需的量程，用表笔接在电阻两端金属部位，测量中可以用手接触电阻，但 不要把手同时接触电阻两端，这样会影响测量精确度的人体是电阻很大但是有限大的导体。读数时，要保持表笔和电阻有良好的接触；注意单位：在“200” 档时单位是“”，在“2K”到“200K“档时单位为 “K ”，“2M”以上的单位是“M”。 四、二极管的测量 数字万用表可以测量发光二极管，整流二极管测量时，表笔位置和电压测量一样，将旋钮旋到“ ”档；用红表笔接二极管的正极，
17、黑表笔接负极，这时会 显示二极管的正向压降。肖特基二极管的压降是0.2V左右，普通硅整流管（1N4000、1N5400系列等）约为0.7V，发光二极管约为 1.82.3V。调换表笔，显示屏显示“1.”则为正常，因为二极管的反向电阻很大，否则此管已被击穿。 焊接工艺：1.手工焊接工艺要求（1）焊前准备：熟悉所焊印制板的板图，并按板图检查元器件型号、规格及数量是否符合图纸上的要求，发现问题应及时反映。检查各种元件的引脚或引线是否氧化过重、元件标识是否不清，如有以上情况，必须将其挑选出来以作其它处理。检查印制板是否有变形和挠曲。（2）装焊顺序 元器件装焊顺序依据的原则是：先低后高，先小后大。一般情况
18、下，应按电阻、电容、二极管、三极管、集成电路、大功率管顺序焊接。（3）对元器件焊接的要求电阻的焊接：按图将电阻准确装入规定位置，型号标记要易见且方向也尽量一致。要求焊接一种规格后再焊接另一种规格。电容的焊接：按图将电容准确装入规定位置，并注意有极性电容的极性方向不能错。电容上的型号标记要易见见且方向也尽量一致。电解电容要紧靠PCB板，不可悬浮。二极管的焊接：正确辨认正负极性后按要求装入规定位置，型号标记要易见，焊接时间尽量可能短。三极管的焊接：正确辨认各引脚后按要求装入规定位置，型号标记要易见，焊接时间尽可能短。场效应管的焊接：正确辨认各引脚后按要求装入规定位置，焊接时间尽可能短。需要加散热片
19、的，将接触面打磨光滑并加硅脂后再紧固。集成电路（芯片）的焊接：集成电路（芯片）焊接时，要注意按图纸要求检查型号、焊接位置是否符合要求，焊接时先焊芯片边沿的两只引脚，以便使其定位，然后再从左到右或从上到下进行逐点焊接。焊接时间尽可能短，禁止拉焊。（4）焊接时焊锡用量适当，偏少不易焊牢，偏多焊点不美观且容易短路。焊接时间的长短应根据实际情况而定。（5）焊接完毕后，检查是否有漏焊、碰焊、虚焊之处，并清理焊点处的焊料。2.、焊接质量检查（1）元器件不得有错装、漏装、错联和歪斜松动等。（2）焊点应吃锡饱满，无毛刺、无针孔、无气泡、裂纹、挂锡、拉点、漏焊、碰焊、虚焊等缺陷。（3）焊接后电路板上的金属件表面
20、应无锈蚀和其它杂质。（4）焊接完成的电路板不得有斑点、裂纹、气泡、发白等现象，铜箔及敷形涂覆层不得脱落、不起翘、不分层。（5）元器件的引脚或引线表面应渗锡均匀。设计心得体会：作为理工科的学生，认知和理解电路图的能力是我们必须掌握的，经过此次查阅相关资料，设计数字万用表电路图，对基本的电路设计方式、方法有所了解。掌握了基本的设计技巧和绘制电路图的能力。通过这次的电子工艺实习，让我对万用表有了更进一步的了解和认识。以前使用过数字万用表，那时只是对它有一点浅浅的认识，并不知道其中所含的真正的电路设计图。通过这一个星期的设计，自己确实学到了不少东西，能将课本知识运用到实践中，真正做到学以致用，受益匪浅
21、。另外，在实习过程中，更加学会了对学习资源的利用。例如在图书馆和网上查阅相关资料，自己动手解决不懂得难题，自学能力也得到相应提高。在这次的实习中，我也学到了新的知识和受到了新的启发，我非常高兴有这样的一次机会进行这样的实习。从中我了解到必须认真对待才会有结果的。电子工艺实习课程虽然有难度，但我觉得我们还是有必要去尝试一下，其实也挺有意思的，也挺有价值意义的。这也是对我们另一种能力的考验，应该对我们今后有一定的帮助的。最后还要特别感谢老师的指导，请允许我们对您表示崇高的敬意。总体来说，这次的通信电子工艺实习使我对数字万用表有了进一步的了解，也让我受益匪浅。参考文献：1 秦曾煌 电工学简明教程（第二版） 高等教育出版社 20072 沙占友 数字万用表电路图集 人民教育出版社 20013 裴季生 数字万用表的设计 机械工业出版社 20074 翁飞兵 电子技术实践教程 国防科技大学出版社 20035 沙占友 新型数字万用表原理和应用 机械工业出版社 20066 杨志忠 电子技术课程设计 机械工业出版社 2004
