模擬萬用表是當今廣泛使用的一種測試儀器，盡管數(shù)字萬用表的使用范圍要廣泛得多。

為了能夠像任何測試儀器一樣充分利用模擬測試儀表，了解其工作原理會有所幫助。

這些模擬測試儀表基于動圈儀表的使用。為了提供測試儀器所需的各種測試范圍，根據(jù)測量電流電壓的要求，增加了額外的精密值電阻器，或者串聯(lián)并聯(lián)。測量電阻需要略有不同的配置。

動圈儀表

動圈表是模擬萬用表的核心，也是模擬測試設備的各種其他項目。

有幾種類型的電表可供選擇，但最適合測試儀表和許多其他類型的測試設備的類型是動圈表。

電表利用在電線或線圈中流動的電流產生磁場這一事實。該磁場可用于偏轉儀表指針，使電流的大小由偏轉程度指示。

動圈儀表的概念

顧名思義，動圈表使用輕質線圈，該線圈旋轉并連接到儀表針上。它保持在固定磁鐵提供的磁場內。當電流流過線圈時，就會形成磁場，并與來自固定磁鐵的磁場相互作用，并對線圈施加力，使其轉動并移動連接到線圈的儀表針。

游絲還連接到動圈上，以限制撓度，因此撓度與線圈提供的力成正比，因此與流動的電流成正比。

這樣可以看出，動圈表測量的是電路中流動的電流水平。改變線圈的匝數(shù)、磁強度和其他參數(shù)可以改變其范圍。它們也只能測量直流電。

從概念上講，這個想法很簡單，但儀表實際上是一個相對精密的項目，盡管由于它們是為許多測試儀器以及許多其他電子產品和設備批量生產的，因此動圈儀表可以相對容易和便宜地制造。

值得注意的是，大多數(shù)動圈表的彈簧上都裝有一個小的調節(jié)螺釘，以便在沒有電流流動時儀表可以歸零。儀表姿態(tài)的變化會改變系統(tǒng)的平衡，這意味著當沒有電流流動時，它可能無法正確地處于零位。調節(jié)器與螺旋彈簧相互作用以正確設置位置。

動圈表通常根據(jù)提供滿量程偏轉、FSD 和線圈電阻所需的電流來指定。

用于電流測量的儀表擴展范圍

雖然動圈表很好，但它本身只能測量電流，而且電流范圍也就一個范圍。

為了在測量多個電流范圍、電壓、電阻甚至交流電和電壓方面發(fā)揮作用，需要額外的組件。

電路中通常使用高精度電阻器，使儀表能夠提供各種測量。

串聯(lián)電阻和分流電阻用于電壓和電流，而電阻則需要另一種電路配置。為了了解模擬表的工作原理，本文解釋了電壓和電流范圍，并詳細介紹了附加電阻器的概念。

模擬萬用表中的電流表量程

為了擴展基本模擬表的電流范圍，電阻器與表并聯(lián)放置一個電阻器。通過這種方式，分流電阻器接受電流，對于流過儀表的相同總電流，可以有更多的電流流過整個電路。

分流電阻器接受的電流與電阻成正比。這意味著，對于流經儀表和分流器組合的給定電流水平，儀表的讀數(shù)將減少。例如，如果一個 1 mA 的儀表具有分流電阻器，其電阻為儀表電阻的九分之一，則一部分將流過該儀表，九分流過分流器。這意味著當儀表讀數(shù)為1 mA時，整個電路將消耗10 mA電流。

這構成了模擬萬用表中分流器工作方式的基礎。

與動圈表一起使用的電流分流器

舉一個更具體的例子，一個動圈表，其滿量程偏轉為50 μA，電阻為2 kΩ。對于1mA FSD，需要0.95 mA的電流流過分流電阻器，以在分流電阻器和儀表本身上獲得相同的電壓。因此，分流電阻的電阻需要為：5 / 95 x 2 kΩ = 105.3 Ω。

通過切換具有不同值的不同分流電阻器，可以使儀表讀取各種不同的范圍。

模擬萬用表電流能力的內部電路

在下圖所示電路中，分流電阻被描述為Rs1 - Rs4，每個電阻的計算都是為了提供不同范圍所需的分流電阻。電阻R已包含在電路中，因為它在制造階段提供了一定程度的調整，以確保所需的儀表電阻。由于儀表電阻可能因動圈儀表而異，因此如果需要，該電子元件會增加少量調整。

交流電流

鑒于需要對電流進行整流才能使儀表能夠響應，因此通常不包括交流電流范圍，尤其是在預算端模擬萬用表上。

一些高端萬用表（如AVO）使用電流互感器對電流進行采樣，然后對該信號進行整流。

更現(xiàn)代的模擬萬用表可以使用其他電子電路來整流波形，然后驅動儀表，但這需要為用于此測量的電路供電。

電壓測量：

可以采用類似的方法將動圈表變成測量電壓的測試儀器。

這個想法圍繞著歐姆定律展開。通過了解總電阻并使用動圈表中流動的電流，可以計算出該電流流動所需的電壓，從而根據(jù)電壓校準儀表。

動圈表本身具有一定的電阻，雖然這種表可以單獨使用，但實際上由于表的靈敏度，它可以測量的電壓非常低。通常，外部電阻器與動圈表串聯(lián)使用，以提供可用范圍。

使用動圈表測量電壓

很容易計算電阻的值。知道動圈表的電阻及其滿量程偏轉，就可以使用歐姆定律來計算所需的值。

例如，以FSD為50 μA、線圈電阻為2kΩ的動圈表為例。對于 10 伏電壓以使 50μA 流動，總電阻必須為 V/I = R 或 10 / （50 x 1-6） = 200 kΩ。因此，所需的串聯(lián)電阻為200 kΩ - 2 kΩ，即198 kΩ。

對于電壓測量，通常使用幾個量程。通常還會串聯(lián)放置附加電阻，以便在多個電阻上建立整體電壓能力，如圖所示。

模擬萬用表電壓測量功能的內部電路

測量交流電壓tage

雖然許多直流電壓測量將使用測試萬用表進行，但測量能力的一個關鍵領域是測量交流電壓值。

為了實現(xiàn)這一點，通過添加整流器來修改基本的直流電壓測量功能。

模擬萬用表交流電壓測量能力的內部電路

選擇電阻R5時，它使儀表能夠顯示交流波形電壓的平均值，但針對RMS進行了校準。這為正弦波形提供了很好的近似值，但對于其他波形，可能會有很大的誤差。真有效值電壓測量需要相當復雜的電路，而這在模擬萬用表中不太可能實現(xiàn)。一些高端數(shù)字萬用表具有此功能。

還可以發(fā)現(xiàn)，低交流電壓范圍有一個單獨的刻度。這是由于二極管所需的正向“導通”電壓，這使得刻度的低端是非線性的。對于更高的電壓范圍，通常滿量程偏轉高于10V，標準刻度適用。

電阻能力

模擬萬用表測量電阻的方式與電流和電壓略有不同，因為需要電池和一些額外的電阻器。

為了提供電阻測量功能，需要電池來驅動電流通過被測外部電阻器。流過的電流量提供了電阻的指示。

當使用模擬萬用表進行電阻測量時，發(fā)現(xiàn)高電阻指示位于儀表的左側部分，即當流過較少的電流時，而低電阻值顯示在儀表刻度的右端，因為流過的電流較高。一開始這可能有點令人困惑，但很快就會習慣這一點。

模擬萬用表中的電阻測量工作原理

在模擬萬用表或模擬 VOA 表上使用電阻測量時，首先需要將儀表“歸零”。這是校準電池電壓的任何變化所必需的。只需將兩個模擬萬用表探頭整理出來，并將通常標記為“零”的控制調整為零歐姆即可實現(xiàn)。一旦實現(xiàn)了這一點，儀表就可以準確地使用。

需要注意的另一點是，模擬萬用表的負極端子與正極端子正極端子相反，即端子上的極性與通常預期的極性相反。對于大多數(shù)測量來說，這沒有任何后果，盡管對于半導體的某些測量，它會有一個方位。

可以看出，通過添加分流電阻器和串聯(lián)電阻器以及電阻器網(wǎng)絡和電池，對于電阻，可以為基本的模擬動圈表提供相當多的附加功能。

模擬萬用表元件公差

對于模擬萬用表中使用的串聯(lián)電阻器和分流電阻器，使用具有緊密公差的電阻器非常重要。這些電阻值的任何誤差都會反映在測量精度上。

有鑒于此，模擬萬用表中使用的大多數(shù)電阻器都是 1% 或更高。有些甚至可能比這更準確。還值得記住的是，儀表本身的電阻必須非常準確地知道，因為這也會對讀數(shù)產生影響。

在許多低成本模擬萬用表中，整體精度可能只有&plumns;1%，為此，電阻容差水平可能僅為 ±0.5% 甚至 ±1%。在更高質量的測試儀器中，精度水平要嚴格得多，因此在某些情況下，電阻容差可能接近 ±0.1%。

通常，電阻器可以繞線以提供更高的穩(wěn)定性，尤其是在測試設備的工作溫度范圍內。這些電阻器還能夠適應更高電流范圍所需的更高電流水平。

可以看出，通過添加分流電阻器和串聯(lián)電阻器以及電阻器網(wǎng)絡和電池，對于電阻，可以為基本的模擬動圈表提供相當多的附加功能。

充分了解模擬萬用表的工作原理有助于充分利用測試儀器。了解它的工作原理可以在一定程度上避免它的缺點，也可以發(fā)揮它的優(yōu)點。

審核編輯：黃飛