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2.1 万用表的使用

手机中的电压和电阻值检测及扬声器和话筒的故障判断都离不开万用表。万用表有很多种,但通常可分为两类,分别为模拟式万用表和数字式万用表两种,下面以典型的机型分别介绍它们的功能和用法。

2.1.1 模拟式万用表的使用

1. 模拟式万用表的功能

万用表的使用范围很广,可以测量电阻、电流和电压等项参数,在电子、电气产品的维修中是不可缺少的测量工具。它的结构简单,使用方便,常见的万用表有模拟式万用表和数字式万用表。如图2-1(a)所示为模拟式万用表的外形结构,它的最大显示特点就是由表头指针指示测量的数值。由于手机的元器件都是微型贴片元件,万用表在检测手机电路时,要制作专门的测试探头,如图2-1(b)所示,可将缝衣针固定在表笔上。

图2-1 模拟式万用表的外形结构

万用表一般可测量从几百毫伏至几百伏,甚至几千伏的直流和交流电压,在手机中主要用的是其低压测试部分,一般在0.1~6 V之间。

2. 模拟式万用表的性能

通常以万用表的最大刻度值和万用表的误差来表示万用表的性能。万用表的最大刻度值如表2-1所示,万用表的误差如表2-2所示。

表2-1 万用表的最大刻度值

表2-2 万用表的误差

3. 模拟式万用表的结构

(1) 万用表的刻度盘

模拟式万用表是一种最普通的万用表,模拟式万用表的正面及刻度盘如图2-2所示。

图2-2 模拟式万用表的刻度盘

模拟式万用表用来指示测量值的是一个动圈型直流电流表,电阻值、电压值等项的测量也都通过电路转换成电流而驱动电流表的,其电流表的指针摆动量为等效电阻值或电压的测量值。此外,在万用表中还设有分流器(用以扩大电流的测量范围)、倍率器(用以扩大电压的测量范围)、整流器(将交流变成直流)、电池(为测量电阻值时提供电源)及切换开关等部分。除了能进行直流的电流和电压、交流的电压和电阻值测量以外,还能测量低频交流信号的电压(以dB表示)。

(2) 模拟式万用表的内部电路结构和测量原理

直流电压的测量状态如图2-3所示,交流电压的测量状态如图2-4所示,电阻值的测量状态如图2-5所示,电流的测量状态如图2-6所示。在进行测量时,被测元器件或被测电路实际上是和万用表的内部电路构成一个电路单元。

图2-3 直流电压的测量状态

图2-4 交流电压的测量状态

图2-5 电阻器的测量状态

图2-6 电流测量状态

4. 模拟式万用表的使用方法

(1) 模拟式万用表使用前的准备

① 测量用端子。万用表有两支表笔,分别用红色和黑色标识,测量时将其中红色的表笔插到“+”端,黑色的表笔插到“-”端。具体操作如图2-7所示。

② 表头较正。模拟式万用表的表笔开路时,表的指针应指在0的位置(可用螺丝刀微调使指针处于0位)。这就是使用万用表测量前进行的表头校正,此调整又称零位调整,图2-8所示为表头校正的零位调整。

图2-7 插入端子

图2-8 零位调整

③ 测量模式和范围的切换。测量模式的切换开关和量程调整旋钮如图2-9所示。无论测量电流、电压,还是电阻值,都可以通过模式切换开关轻松切换。扳动模式切换开关,就可以将万用表调整到相应测量状态。而对于不同的测量范围,在选择了正确的测量模式后,再进一步将量程调整旋钮拨到适当量程挡位上,就可以选择好测量范围。

图2-9 测量模式调节钮

④ 零欧调整。测量电阻值时,首先将两支表笔互相短路,这时表针应指向0 Ω(电阻值刻度的0值),如果不在0 Ω处,可微调表头的0 Ω校正旋钮,使表针指零。通过零欧调整后所测得的电阻值才是准确的。

(2) 常用电气量的测量方法

模拟式万用表使用时分别将两支测量表笔的一端,按红接正(+)黑接负(-)的要求插到测量端,然后确认一下表指针是否在0位,指针应与刻度盘左侧的端线一致,如果不一致则要进行0位调整。这是对表的机械调整。万用表在进行电流和电压测量之前要先估计一下电流值和电压值的范围,先设在较大的挡位(最大量程),然后再调到合适的挡位,以避免过大的电流将万用表烧坏。

万用表在进行电压测量时,要考虑到万用表内阻的影响,例如,图2-3、2-4所示的测量状态,都有内阻串联在测量电路中。图2-5、2-6所示都有电阻器并、串接在电路中。例如,为了测量电压要将表笔接到被测电路上,万用表内阻上也有电流流过,这会对测量值有一定影响。即使测量同一点的电压值,使用不同的挡位,万用表的内阻不同,影响程度也不同。

在测量晶体管电子电路时,以直流挡选20 kΩ/V的内阻比较好,这个数值通常在万用表刻度盘上有标记。另外,晶体管电路往往还需要测量低值电压,如0.1 V,所选用的万用表要具有1 V挡的测量范围。

① 直流电压的测量。在调试或检修电子产品时,常常需要测量电路中的直流电压;在判断晶体管放大器工作是否正常,也需要测量晶体管放大器中偏置电阻器上的直流电压。这时,要先将测量范围切换开关置于直流电压挡,并选择适当的测量范围。直流电压的测量实例如图2-10所示。此实例为测量晶体管集电极负载电阻器上的压降。将万用表的正端(红色表笔)接到电压高的一端,负端(黑色表笔)接到电压低的一端。如果极性接反,表针会向反方向偏摆,有可能引起万用表故障,这是需要注意的。

图2-10 直流电压的测量实例

② 直流电流的测量。电压测量时,不用切断电路,而测量电路的直流电流则需要切断被测部位的电路,将万用表串接在电路之中,直流电流的测量实例如图2-11所示。

图2-11 直流电流的测量实例

测量时,将测量范围旋钮拨至“DC mA”的位置,根据测量值再进一步选择测量范围。测量时,表笔的极性与测量直流电压时相同。

另外,电流的测量也可以不切断电路,通过测量电阻器上的电压然后根据欧姆定律进行计算求出电流值:

I=U/R

③ 交流电压的测量。交流220 V电压的检查,变压器、整流电路的检查,都属于交流电压的测量范围。这种情况将测量范围旋钮拨至“AC V”的位置,再进一步选择量程。表笔的极性可任意选取。

如果测量叠加在直流电压上的交流分量,可在表笔上串接一只0.1 µF的电容器,以便隔离直流分量。有些万用表中设有内置电容器。一般不能测50 kHz以上的交流信号。

④ 电阻值的测量。测量电阻值时,先将切换开关拨至“Ω”的位置,再根据电阻值选择测量范围。测量电阻值时先将两表笔短路使表针指在0 Ω处,再对实际电阻器测量,表笔极性任意,电阻值的测量实例如图2-12所示。

图2-12 二极管阻抗的测量实例

当测量具有大电容电路中的电阻值时,必须先将电容器上的充电电荷释放后再测量。

⑤ 低频电压输出的测量。低频输出电压的测量实例如图2-13所示。将万用表测量范围开关旋至交流电压位置(AC V),表刻度上的AC 10 V对应的是+22 dB,AC 1.5 V对应的是+5 dB,AC 0.775 V对应的是0 dB。

如果测量范围超过+22 dB,表针会超过满刻度,此时与测量交流电压值的操作一样,先调大测量范围,再根据加算表求出 dB值。

在测量中万用表与放大器阻抗应匹配,使用阻抗600 Ω,其输出1mW为0 dB。对于阻抗不统一的放大器,分别测得输入dB与输出dB值,根据加减法算出增益(或衰减量)。例如,放大器的输入幅度为5 dB,测得输出幅度为20 dB,放大器的增益可直接算出为20-5=15 dB。

图2-13 低频输出电压的测量实例

⑥ 二极管的测量。二极管的判别主要通过对其正向电阻值和反向电阻值的测量进行比较后来判断。正常时二极管反向电阻值很高,通常高于100 kΩ,正向电阻值很低,小于1 kΩ。二极管的检测示意图如图2-14所示。

图2-14 二极管的检测示意图

(3) 使用模拟式万用表的注意事项

① 被测电路的电压值和电流值的大小不能估算大致范围时,必须将万用表调到最大量程,先测大约的值,然后再切换到相应的测量范围进行准确的测量。这样既能避免损坏万用表,又可减小测量误差。

② 万用表的表头是动圈式电流表,表针摆动是由线圈的磁场驱动的,因而测量时要避开强磁场环境,以免造成测量误差。

③ 万用表的频率响应范围比较窄,正常测量的信号频率超过3000 Hz以上误差会渐渐变大,使用时要注意这一点。

④ 如果测量的电压或电流的波形不是正弦波或是失真较大又有直流分量时测量误差往往比较大。如果要测量脉冲信号、锯齿波信号、数字信号则要使用示波器。

⑤ 为了使万用表测量准确,应定期使用精密仪器进行校正。使万用表的读数与基准值相同,误差在允许的范围之内。

⑥ 万用表内的电池是在测量电阻值时起作用的,电池的电量消耗以后,要重新进行0Ω调整,测量才能正确。更换新电池后也要重新进行0 Ω调整。

⑦ 在晶体管电路的检测工作中,必须注意到万用表内阻的影响,因为测量范围在低量程,如果内阻小就会对被测电路产生影响。例如,测量晶体管的基极电压时,万用表内阻的影响如图2-15所示,万用表的内阻较小,相当于一个电阻器并联到基极电阻上,就不能测得准确的值。

图2-15 万用表内阻的影响

为了避免测量误差,可以先测基极和地之间的电压值,然后再测量发射极与地之间的电压值,再由两者的差求出基极和发射极之间的电压值。这样可以减小测量误差。

⑧ 测量晶体管的电阻值时要注意万用表检测端的电压极性,如图2-16所示,万用表内设有电池,万用表的端子正极(红色表笔)实际上与内部电池的负极相连,负极(黑色表笔)与电池的正极相连。

图2-16 万用表检测端的电压极性

例如,当测量NPN晶体管基极与发射极之间的正向电阻值时,要使万用表负端(黑笔)接基极(B),正端(红笔)接发射极(E)。测量基极与集电极之间的反向电阻值时,红笔接基极(B),黑笔接集电极(C)。测量PNP晶体管时则相反。晶体管内阻的测量方法如图2-17所示。

图2-17 晶体管内阻的测量方法

2.1.2 数字式万用表的使用

数字式万用表也称数字多用表(DMM),它是将所测量的电压值、电流值、电阻值等测量结果直接用数字形式显示出来的测试仪表,具有测量速度快、显示清晰、准确度高、分辨率强、测试范围大等特点。许多数字式万用表除了基本的测量功能外,还能测量电容值、电感值、晶体管放大倍数等,是一种多功能测试仪表。

数字式万用表的使用方法及使用中的注意事项和模拟式万用表的相关事项大同小异,在此简单介绍典型数字式万用表的键钮分布和各部分的功能。

下面我们以VC9805A + 为例,介绍一下数字式万用表,如图2-18所示。

图2-18 数字式万用表的键钮功能及分布

① 液晶显示屏:用来显示当前测量状态和最终测量数值,例如,当前选择的量程为“200mV”,那么在其右上角显示“AC”字符,表示的是待测电路为交流电路,液晶屏下部(小数点的下方)显示的“200”和显示屏的右部显示的“mV”表示的是当前的量程为“200mV”,中间较大的数字即为测量的最终读数。

位于液晶显示屏下方的是3个并排的按钮,从左到右依次为电源开关、锁定开关、直流/交流切换开关。

② 电源开关:在其上方标识有“POWER”字符,打开或关闭数字式万用表。

③ 锁定开关:在其上方标识有“HOLD”字符,按下此按钮,仪表当前所测数值就会保持在液晶屏上,并出现“ ”符号,直到再次按下,“ ”符号消失,退出保持状态。

④ 交流/直流切换开关(AC/DC):在其上方标识有“DC/AC”字符,当此按钮为按下状态时,在液晶屏左上角会显示“AC”字符,这时可以用于交流电路的测量。当按钮为弹起状态时,液晶屏左上角“AC”消失,此时表示仪表进入直流测量状态,可以用于直流电路的测量。

⑤ 功能开关:功能开关位于操作面板的主体位置,与指针式万用表的功能开关一样,它也是由功能旋钮和刻度盘两大部分构成的,它的测量功能包括电压、电流、电阻值、电容量、电感量、二极管、三极管、温度及频率等。具体的功能量程和挡位标识如图2-19所示。测量时,仅需要旋动中间的功能旋钮,使其指示到相应的挡位及量程刻度,即可进入相应的状态,当前状态在液晶屏上也会有显示。例如,要测量物体的温度,就需要把功能开关置于“TEMP”处(根据自己的需要选择“℃”或者“℉”),即可进入温度测量状态。在液晶屏右侧会显示当前测量状态“℃”或者“℉”,中间较大的数字则为当前测量的温度。

图2-19 数字式万用表的功能面板

⑥ 电容量/电感量测量输入端:在操作面板的左侧有两个长条形的插孔,其旁边标识有“C X L X ”字符,这表示它是用来测量电容量和电感量的,有些电容器是有极性的,所以在条形孔的旁边标有“+”“-”,检测时,仅需把待测有极性的电子元件引线端插入相应的插孔即可。

⑦ 三极管测量输入端:在图2-19所示的功能面板上,操作面板的右上方有一小圆略低于面板,有8个小孔围成一个圆形分布于其中,每个孔旁都标有一个字符,它们分为2组,左半圆由左边4个小孔组成,这4个小孔旁边分别标识有“E”、“B”、“C”、“E”,表示的是发射极、基极、集电极、发射极。可以发现有两个发射极插孔,在测量时,根据方便,选择其中一个与其他两个孔一起测量三极管的三根引线,在其下标识有“PNP”,表示测量的为PNP型三极管;与其相对的右半圆是由另外4个小孔组成的,与上面4个的标识用法一样,所不同的是在其下方标识有“NPN”,表示这4个小孔是用来测量NPN型三极管。

⑧ 表笔插孔:通常在数字式万用表的操作面板下面有4个插孔,分别标识为“20A”、“mA”、“COM”、“VΩHz”,它们是用来与万用表表笔相连的表笔插孔。具体的用法和插接方法与指针式万用表的基本上相同,此处不再赘述。

⑨ 表笔:万用表有两只表笔,分别用红色和黑色标识,它们用于待测电路或元器件与万用表之间的连接。

⑩ 热电偶传感器:可以用来测量物体的温度,热电偶传感器一端为一黑一红的两个插头,黑色插头接的是万用表的“mA”插孔,红色插头接万用表的“V/Ω/Hz”插孔;另一端为测量端,可以放入待测量物体表面或者内部。 1C6TPwxjAWDVEBcOWZYFMGTxDsWWkOPUZH/qjvuaPgtQEdnZy76Xytnx+lfacO+k

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