微型万用表

我们用小表头制作的微型万用表体积很小（约为50×30×32毫米\(^{3}\)），和普通的火柴盒差不多，重量只有60克左右，特别适合外出检修时使用。微型万用表具有中等灵敏度（4KΩ／V）。测试档位有直流电压三档（10、50、500伏），交流电压三档（25、100、500伏），直流电流三档（2.5、25、250毫安），电阻两档（KΩ、MΩ）和晶体管参数测试档（I\(_{ceo}\)、β，β测试范围为0～250）。微型万用表线路见图1。

我们用的表头灵敏度I\(_{m}\)=100微安，其内阻r=3143Ω。为计算方便，设表头支路的总电阻Rm＝3.5KΩ，那么，表头支路需加一电阻R＇=3.5-3.143＝0.357 KΩ。

1．直流电流档的计算：直流电流档电路见图2。各电流档分流电阻可按下式求出：

同理，

移项得

为计算方便，设

依次求得

W为欧姆表调零电位器，选用标称值为1千欧的半可调碳膜电阻，用电桥测得的实际值为1145欧，故R\(_{0}\)=R1-W=2097－1145=952Ω。

2.直流电压档的计算：按I\(_{1}\)=0.25mA灵敏度计算，即每伏4千欧。10伏档的降压电阻为R5，且

50伏档的降压电阻为R\(_{6}\),

500伏档的降压电阻为R\(_{7}\)，且

3．交流电压档的设计：因为采用半波整流，所以交流电压档的灵敏度为直流电压档的0.45倍，即为4×0.45=1.8KΩ／V。25伏档的降压电阻为R\(_{8}\)，

式中0.6KΩ为整流二极管的正向电阻。100伏档的降压电阻为R\(_{9}\)，

500伏档的降压电阻为R\(_{1}\)0，

R\(_{1}\)0=1.8×（500-100）＝720KΩ。在这里交流电压档的最小量限不能选得太小，我们取它为25伏，否则由于二极管的非线性会导致表盘刻度的非线性。由于小表头的表盘面积很小，为避免出现过多的刻度线，交、直流电压档共用一条均匀刻度的刻度线。

4．电阻档的设计：电阻档的电池电压为1.3伏（镍隔电池的电压为1.25～1.3伏）。选取R×1K档的中值电阻为3.8KΩ（当被测电阻等于3.8KΩ时，表针应正好指到表面中间）。按这个中值电阻计算，当正、负端子短路时（即0Ω），电路电流I\(_{分}\)为1.3V／3.8K=0.342mA。因表头灵敏度为100微安，所以要设计该电阻档的分流器。根据前面公式可知，分流器电阻R分为K／0.342=0.583／0.342=1.71KΩ。从直流电流档计算方法可知，R分·（I\(_{分}\)-Im）=（R\(_{A}\)－R分+R\(_{m}\)）·Im，此时表头支路的等效电阻R\(_{支}\)=RA-R\(_{分}\)+Rm。由于分流器电阻与表头支路电阻是并联的，并联后的电阻为：

由于在KΩ档时，电表电路的内阻应为3.8KΩ，所以还需要有一个电阻和电阻R\(_{并}\)相串联，串联后阻值应为3.8KΩ，取这个电阻为R13=3.8-1.21≈2.6KΩ。

MΩ档的测试原理见图3。当表笔把A、B短路时，改变基极电阻R\(_{11}\)的阻值，使表针满度偏转（0Ω位置），在A、B间接入被测电阻，基极电流减小，集电极电流减小，随着电流减小，指针偏转的角度减小。把这个电流换算成相应的电阻刻度，那么，就可以测量MΩ级电阻。晶体管的β值越大，测试灵敏度越高。由于晶体管的非线性影响，所以MΩ档的刻度线是非线性刻度的。

5．测量晶体管参数：测试原理同图3，只是把R\(_{11}\)换为R12了。校准刻度时，先选择一个测试好的β为250的NPN型硅管，插入图1中的NPN型管子的管脚插孔，并用导线把R\(_{12}\)右端接线插孔与“－”端短接起来，然后调整R12的阻值，使表针满刻度偏转，相当于β=250（此时调零电位器的位置不变，而管子的集电极电流仍定为0.342毫安），此时通过基极的电流应该为I\(_{b}\)=Ic／β=0.342／250=1.37微安，但实际上由于V\(_{c}\)、Ic均较小，所以β与I\(_{c}\)的关系将不是线性的，故R11、R\(_{12}\)的值不能根据Vc、I\(_{c}\)来计算，必须根据表针满刻度偏转为标准来实验决定R11、R\(_{12}\)的数值。这样在Vc=1.3V、I\(_{c}\)=0.342mA的条件下，β测试档的上限定为250。虽然不同类型的三极管的非线性程度是不一样的，但为了简化表盘刻度，β的刻度线仍利用表头电压五等分线性刻度线，每大格为50。因此，所测得的管子的β值将是一个近似值。校准后，拿掉校准用的管子。测试时，将NPN型管子的管脚插入图6面板左面的三个插孔里，从上面向下排列为c、b、e脚。把右面12插孔中的左数第一排中间插孔与“地”端插孔短接，表针在β刻度线上所指的刻度即为所测管的β值。测PNP型管子时，由于它的Iceo较大，β的零点应从I\(_{ceo}\)指示点算起。

微型万用表的结构见图4、图5、图6。表头用的是WXC5型内磁式表头，尺寸为30×30×28毫米\(^{3}\)。为缩小体积，利用一只小型JRX继电器的插座，配用插头来变换测量项目和量程。从面板图6可以看出，面板上有15个插座，插座的结构形状如图4（a）中的虚线所示，插座中的两个接触片最好重新加工，使其弹性较好。下面焊接部分铜片不宜过长，约2～3毫米即可，以免多占地方，并将它扭弯90°，防止接触片脱出。电阻R＇、R\(_{2}\)、R3、R\(_{4}\)用漆包电阻丝在电桥上测定阻值后绕在1／16瓦的高阻值（＞100千欧）的碳膜电阻上。其余的电阻全部使用1／16瓦的碳膜电阻，各阻值可在与标称值相接近的电阻内用电桥挑选，例如，W可采用标称值为1千欧的半可调电位器在电桥上测得其精确值，然后再配R0。

由于考虑到尽量缩小万用表的体积，整个表的结构很紧凑。从图5、图6（背面）可以看出，电阻R\(_{5}\)～R10直立地焊接在插座下面，而电阻R＇、D\(_{1}\)、D2、三极管和氖管均安置在表头四周。其余的几只电阻是平放在电池下面的，焊接它们时要注意不要碰擦、短路。最好用快速烙铁，因为它的烙铁头小而且可以任意弯曲，能伸入窄缝内焊接。若没有快速烙铁，可用25瓦以下的电烙铁，在烙铁头上缠几圈粗铜丝（φ2），用粗铜丝代替烙铁头使用。

调零电位器W与电池的安装见图4。先在W的动触片上焊上一个M\(_{3}\)的铜螺帽（见图4（b）中下面的铜螺帽），焊接时注意焊接端正，对准中心。然后在电表的正面装上调零电位器的轴，以便于调整。调节轮可以用圆柱形电源插头的一支腿改装。固定电池时，也是在W的动触头引出片上焊接一个M3铜螺帽（见图4（b）中的上面一个铜螺帽），在电池的正极中心处焊上一个螺柱，该螺柱正好能旋入M\(_{3}\)的铜螺帽中，这样电位器就与电池正极连接上了。焊接电池正极上的螺柱时，要动作准确、迅速，否则会损坏电池。电池的负极直接用导线焊接引出到相应的焊接点上。测试时的“- ”端接线柱可用一般接线柱改制。电表中用的氖管的直径应在6毫米以内，它的地线接触点利用表壳前端的固定螺丝钉引出。电表的外壳（后罩）用厚度为1.2毫米的有机玻璃粘合的，为了便于机壳与机心的固定，在印刷板的边缘焊上三个螺帽（见图4、图5），在机壳相对位置上钻孔，然后用螺丝钉把它们固定。表笔用圆珠笔心代替。

画刻度盘时，交、直流电压、直流电流以及β的读数，均采用原表头上的五等分刻度线。电阻档可用标准电阻箱或准确度较高的碳膜电阻作为标准，然后把数值直接描绘在表盘上，在图6正面图上，“KΩ”刻度线在上端，MΩ刻度线在下端。

测试时，先把负表笔的接触片接在图6（正面）中的“－”端处（即面板中间下面的接线柱）。正表笔的接触片插在相应的测试项目的插座上，表笔的另两端接测试点即可。测试晶体管的β时，将晶体管按其极性插在表面左边的三个插座中。表面中间上面的接线柱是调零电位器的调节轴。

用氖管试电时，将一只表笔的一端插入交流500伏插座，另一端去触220交流的插孔，用一只手握住万用表并与表壳前端的固定螺栓接触（地线接触点），当表笔接触的是220伏交流电源的火线时，氖管会亮。

万用表中用的小型钮扣式镍镉电池用后可以充电，充电时不必把它从表上取下，而把充电电源引线直接接到该电池在印刷板的两极引线处，充电时注意，充电电流不应大于10毫安，当电池电压低于1.2伏时，充电时间约为2～4小时为好。(金德初)