对MF47-6型万用表电路设计原理的分析与探讨

　　摘要:为探索高等院校在电工电子实习教学中对万用表的安装实习和原理分析，本人参考了有关万用表的设计原理书籍，在实习教学中以欧姆定律为基本原理深入浅出地分析了MF47-6型万用表的设计理念和电路特点。对表头电路、直流电流、电压、交流电压、电阻电路进行了逐个剖析，以便于学生更好地理解和掌握万用表的安装实习与调试设计原理。本篇重点分析表头电路、直流电流电路。
　　关键词:万用表，安装，调试，实习，原理分析
　　
　　
　　如图1是MF47-6万用表的电路图，它是由六个部分组成：表头显示部分、直流电压部分、直流电流部分、交流电压部分、电阻部分和晶体管测试部分。现将各部分剖析如下：
　　首先我们看图2、指针式万用表的基本测量原理图。
　　指针式万用表的基本原理，如图所示，它有表头、电阻测量档、直流电压测量档、直流电流测量档、交流电压测量档几个部分组成。图中SA为量程转换开关“一”为黑表棒，“+”为红标棒。测量直流电流时，外部电流从“+”表棒流进，“一”表棒流出，当测量直流电压时线路中用R2限流降压，当测量交流电压时线路中用VD二极管半波整流，经过电阻R3限流降压，再由表头显示出来。当测量电阻时在“+”“一”两表棒短路连接时校零，有内部小电池提供电流，使表头指针偏转到校零点。
　　具体电路分析如下：
　　一、表头演示部分
　　如图3所示表头为I表=46.2uA,(约2.3KΩ的表头动圈导线电阻)和WH2（500Ω）的可调电阻组成R表=2.5KΩ的表头内阻(该表在调试时就是把表头的2.5KΩ调准确)。二极管D3、D4和C1（10uF）并联在2.5KΩ表头的两端。电容C1（10uF）起到平稳电流吸收脉冲的作用，二极管起到电压过高电流过大时的正反双向保护作用。R21和WH1组成表头的分流电路。
　　根据并联电路电压相等的原理由计算得出R21和WH1上的分流电流I分为：46.2uA乘2.5K=30K乘I分，由此可以得出I分的电流为3.85uA。此时表头电流的总电流为I表并=46.2+3.85=50.05uA，取50.uA。同时可以算出此时的并联电阻为R表并=（2.5K乘30K）÷（30K+2.5K）=2.31K。故等效表头并联电阻为R表并=2.31K，表头等效并联电流I表并=50.uA，如图3所示。
　　
　　我们再看图3正常满度电流时，表头两端的电压U表是多少？U表=U并=I表乘R表=I并表乘电阻R并表=50uA乘2.31K=115.5mV=0.1155V。此电压降远远小于硅二极管的正向导通电压0.6—0.7V的值，所以D3、D4不导通，如图4所示；图4是二极管导通特性曲线。当万一电路接错使表头电压大于等于二极管的正向导通电压0.6—0.7V时，二极管D3、D4导通泄流，因此起到双向保护表头的作用。
　　
　　
　　二、直流电流档电路的分析
　　如图5所示，此时表头为50uA，内阻为2.31K再和R22=2.69K串联，组成刚好为5K的电阻，我们把它叫做R表串=5KΩ，这时表头电流还是I表并=I表串=50uA，这时表头电压降取名为U表串；U表串=R表串乘I表串=5K乘50uA=250mV=0.25V。所以当：
　　2.1三层电刷的量程开关转到直流电流DCmA0.05mA（50uA）档时，（电流全部流进表头50uA）既能测量直流电流0.05mA（50uA），又能测0.25V的电压降。
　　2.2电流表是根据并联电阻扩大分流电流达到扩大电流表的量程的原理设计的（下同），当量程开关转到DCmA0.5档时：电阻R4与表头R表串=5KΩ并联分流。同时我们知道此时
　　
　　流过表头的电流刚好设计为50uA，内阻为5kΩ，分流电流应该为：500uA—50uA=450uA，根据并联分流电压相等的原理（下同）；则450uA乘R4=50uA乘5K。由此可以计算得出R4=555Ω。我们的分析和电路图上电阻一致。
　　2.3同理：当量程开关转到DCmA5mA档时：R3与表头R表串=5KΩ分流，分流电流是：5000uA—50uA=4950uA，则4950uA乘R3=50uA乘5K，所以R3=50.5Ω。分析也和实际一样。
　　2.4当量程开关转到DCmA50mA档时：R2与表头R表串=5KΩ分流，分流电流是：50000uA—50uA=49950uA，则49950uA乘R2=50uA乘5K，所以R2=5Ω，功率取1/2瓦。
　　2.5当量程开关转到DCmA500mA档时：用R1+R29二个电阻串联起来看做是一个电阻与表头R表串=5KΩ分流，分流电流是：500000uA—50uA=499950uA，则499950uA乘（R1+R29）=50uA乘5K，因此500mA档的分流电阻理论计算为0.5005Ω，实际R1+R29=0.44Ω+0.05Ω=0.49Ω。其中缺少了0.0105Ω；（要是把R1做成0.45Ω的话R1+R29=0.45Ω+0.05Ω=0.50Ω比理论计算0.5005Ω只有少了0.0005Ω这样误差为很小；但是电阻阻值是国家有标称值的规定，不是生产厂家、使用单位、设计者自己可以任意决定的，为了优先保证后面5A档时用0.05Ω的电阻，所以这里只能选择用R1=0.44Ω的电阻、可能就是这个原因吧？）少去的0.0105Ω我们估且把它看作是接触电阻存在的缘故吧。
　　该表的设计误差精确度直流电流0.05mA—500mA档为2.5，5A档时为5。我们知道分流电阻减小分流电流增加电流测量值偏小、为负误差，我们可以来看一下误差为：0.0105Ω/0.5005Ω=0.020979=0.021，小于百分之二点一即误差为2.1；符合设计要求小于2.5。
　　2.65A档时（5000000—50）乘R29=50uA乘（5K+0.44Ω），所以R29=0.05Ω，这里电阻刚刚好。设计者的高明之处在于把500mA档的分流电阻0.5005分为的R1+R2=0.44+0.05=0.49Ω。其R29=0.05Ω正好为测量5A档分流所用；而5A档测量时要把档位放在500mA档，负表棒不变，正表棒从R29右边5A插空直接，用R29直接分流大电流，避免了量程开关的接触电阻对大电流测量的影响。
　　三、调试说明
　　该表在没有校试设备的情况下，可用数字万用表校准，方法如下：
　　焊好表头引线正端，数字万用表拨至20K档，红表棒接A点，（把表头引线负端从线路板上断开），黑表棒接表头引线负端，调可调电阻WH2，使电阻显示值刚好为理论设计值2.5KΩ，（温度为20℃），调好后焊好表头引线负端。调试就完成了。只要装配没有错误，通过上述方法，本表基本能校准，但是有条件者最好用数字校验台校试。
　　
　　参考文献：万用表检测应用实例/韩广兴等编著。—北京：电子工业出版社，2007.5ISBN978-7-121-03993-5
　　看图识用万用表/门宏编著。—北京：电子工业出版社，2011.1（看图识电子系列丛书）ISBN978-7-121-12195-1
　　晶体管收音机（电子技术讲座三）.（上海业余工业大学）编写。科学出版社1971年统一书号：15031.14出版社书号：51。15-7