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。本篇重点分析电阻测量电路。

关键词: 万用表;安装;调试;实习;原理分析

Abstract: In order to explore the multicenter installation practice and theory analysis for the higher institutions in the electrical and electronic practice teaching, as the multicenter design principle books reference, I analyze the design concepts and circuit features of the MF47-6 multicenter as the Ohm's law basic principle in the practice teaching. I analyze one by one the first circuit, DC current, voltage, AC voltage, resistance circuits, in order to facilitate students to better understand and master the multicenter installation practice and debug design principle. This article focuses on the analysis of the circuit and DC current meter.

Key words: multicenter; installation; commissioning; practice; principle analysis

中图分类号：TN108.7 文献标识码： A 文章编号：2095-2104(2012)

1.电阻测量部分，如图6所示：
万用表电阻档的工作原理

1.1WH1调在最右边的时候，根据前面计算流过表头的总电流为I表并右=46.2uA+3.85uA=50.05uA等效电阻为R表并右=2.31KΩ。

1.2 当WH1调到最左边的时候，表头电阻变为2.5KΩ+WH1=12.5KΩ。它又和R21=20K并联，等效电阻为：R表并左=12.5KΩ乘20KΩ/(12.5KΩ+20KΩ)=7.69KΩ

这时从R20分流的电流为：IR20=12.5KΩ乘 46.2uA/20KΩ=28.875uA。这时表头等效的总电流为：I表并左28.875uA+46.2Ua=75.075uA。

1.3由我们可以知道当WH1在校零时表头的电流在50.05uA到75.075uA之间变化。

1.4下面我对电阻各挡位进行分析：(设WH1调在最右边的时候。下同)

当量程开关在Rx1档时，我们看一下R14与表头串联，，其电阻为17.3K+2.31K=19.61K，且R18=15.34Ω并与19.61K并联分流。其并联等效电阻为(19.61K乘15.32Ω)/(19.61K+15.3Ω)=15.288Ω约等于15.3Ω。

由全电路欧姆定律可以知道，I=E/(R内+R外)，当电阻档在较零时把正负表笔短路后R外=0Ω，电流可调到最大值，Im=E/R内=E/15.3Ω。当两表笔外接电阻15.3Ω时，R内=R外总电阻为30.6欧姆，这时I=E/(R内+R外)=15.3Ω乘2=Im/2，电流正好减少了一半，表针指在表面的正中间。这个中间的电流数值就定义为电阻的中心阻值(15.3Ω)。知道了这个电阻的中心阻值的道理，就知道了万用表不同档位的内部电阻有多少了。

当外接电路断开时电阻为无穷大，由欧姆定律可以知道I=E/(R内+R外)= E/(R内+无穷大)，电流I为0，所以面板0电流时表示外电阻为无穷大的刻度;我们看到电流最大Im时(就是2个表笔短路外面的电阻为零时)，面板就应该表示外电阻为0Ω的刻度;面板中间为电阻挡位内电阻的值——中心阻值(15.3Ω)，而面板左边电流为零时电阻为无穷大，所以电阻挡的面板刻度也是不等分的。

我再仔细的看了该万用表的电阻的面板刻度和技术指标。从等分的直流电流挡中间对上去看，中心阻值应该是16.5Ω，可不知道万用表的设计者在最基本的Rx1档的设计时(虽然电阻阻值是国家有标称值的规定的限制)，为什么不把并联电阻R18采用接近16.5Ω的电阻，(设中心阻值为16.5Ω经过确度计算可以知道R18为16.5139Ω)这样计算出来更加接近中心阻值16.5Ω。这个值得大家探讨?也可能是该表电阻档的设计误差精确度是在百分之十的缘故吧?但是做为设计的理念，本人认为应该尽量做到精益求精;误差大是因为电压波动大。

完成了Rx1档刻度分析我们再来看Rx10档，它是 R17=165Ω和19.61K并联分流。等效电阻为19.65Kx165Ω/(19.65K+165Ω)=163.6Ω。当电路中外接163.6Ω的电阻时，电流正好减小到一半;这时的中心电阻为163.6Ω，接近面板中心阻值读数165Ω，可以说是和面板的读数16.5Ω乘10倍。所以这个档是Rx10档。

同样道理当Rx100档时，R16=1.78K与19.61K并联分流，等效电阻为19.61K乘1.78Ω(19.61K+1.78K)=1631.87Ω，即中心电阻阻值为1631.87Ω。和面板中心阻值读数1650接近、也就是16. 5Ω乘100。

当Rx1000档时，R15=55.4K和19.61K并联分流，等效电阻为19.61K乘55.4K/(19.61K+55.4K)=14. 483K，中心电阻阻值为14.48K。这个档位和面板中心阻值16.5Ωx1000相差也比较大，所以R15的选择可以比55.4K大的多。设计中心阻值电阻为16.5K，则R15可以由下面来公式来决定：19.61K乘R15/(19.61K+ R15)=16.5K，解这个公式可得R15=104040Ω约等于104K。所以Rx1000档时，R15=55.4K测量误差较大。

当Rx10K档时R23=141K和19.61K串联，总电阻为160.61K，中心阻值电阻为160.61K。(笔者认为R23可以选择在145.39K左右，使串联的总电阻更加接近为165K)。

这时由于没有并联分流电阻，电流全部流进为50uA的表头，此时电源为E1+E2串联，总电源为10.5V。计算此时的电流为10.5V/160.61K=65.38uA,符合电阻校零时的电流变化范围在50~70uA之间。(详细见上面分析)。

YMI压敏电阻在这里的作用是当电压高于27V时起保护作用的。原理如下：压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值时，流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，当电压超过UN时，流过它的电流激增，相当于阀门打开。利用这一功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害。通常压敏电阻在低电压下是高阻的，而超过一定电压后就会变成低阻态。它主要用于作过压保护和吸收浪涌电流。如过压漏电保护开关里就是用压敏电阻做敏感元件。

接着我们再来看一看Rx1000档以下时，要使.WH1调在最左边的时候，(根据前面计算表头满度电流为75uA，表头等效电阻为12.5K20KΩ/(2.5KΩ+20KΩ)=7.69KΩ。)，要使校零时的电流到达满度，这时电池电压要多少才好?U=IR=75uA乘(17.3 KΩ+7.69KΩ)=1.874V(一般1.5V新电池电压在1.6V左右不会超出1.874V。)

同样道理我们再来看一看要使.WH1调在最右边的时候，使校零时的电流到达满度，这时电池电压要需要多少?同样U=IR=50uA乘(17.3 KΩ+2.31KΩ)=0.98V

经过上面计算我们知道当小电池在0.98V以上到1.87V以下时，把正负表棒短路、通过调节WH1都可以使Ω的电流到达满度值即电阻为零的刻度值，这个就叫Ω表的电阻挡的正常调零原理。

一般小电池在新和旧的情况下电压变化范围比较大，当新电池时电压高于1.5V，WH1要向左旁边调整，使表头的分流电流(R21上)增大; 当电池用旧时电压要低于1.5V，WH1要向右旁边调整，使表头的分流电流(R21上)减小;只有当设计值——电压刚好为1.5V时，测量电阻才正确(误差最小)，否则就会随着电压的偏离测量误差就加大。所以说万用表Ω档来测量电阻只能是粗测一下，要准确测量电阻值还得使用电桥等精密仪器。

2、结语

同理我们可以计算一下Rx10K档时E1+E2电池电压的适用范围：当WH1调在最右边的时候,电阻为141K+17.3K+2.31K=160.61K，这时的电流为50.05uA，需要的最低电压为160.61K乘50uA=8.039V,即8.04V; 当.WH1调在最左边的时候电阻为7.69K+17.3K+141K=165.99K,这时的电流为75.075uA，则可承受的电压为75.075uA乘165.99K=12.46V。电压过高或过低会使电阻Rx10K档无法正常调零。

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，2007.5 ISBN 978-7-121-03993-5

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) ISBN 978-7-121-12195-1

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