简单实用易做的一组小仪器（1） ——自制万用表

（莫恩）编者按 今年，我们收到不少读者的来信，希望能介绍一些简单、实用、易学、易做的小仪器，以解决学生实验，家电维修等方面的需要。为此，我们组写了一批文章，通过简述工作原理、介绍元器件的选择及如何组装，使大家从中不仅学到一些电子基础知识、装配技巧及制作经验，提高电子技术水平。而且也解决一些实际需要。

万用表是最常用的无线电测量仪器。本文介绍一种适合业余爱好者自制的万用表，其电路设计具有表头选择范围宽、测量档位多、各档位电路无需调试、表面刻度无需校准的特点，易于制作，成本低廉。

一、技术参数

1．灵敏度：直流5kΩ／V；交流2.25kΩ／V。

2．测量范围（共有20档量程）：

直流电阻1、5、10、50、100、500mA共6档；

直流电压2.5、10、50、250、500、1000V共6档；

交流电压10、50、250、1000V共4档；

电阻×1、×10、×100、×1kΩ共4档，中心值分别为6Ω、60Ω、600Ω、6kΩ，适用电池电压范围1.2～1.6V。

二、电路原理

万用表电路如图1所示，由表头电路（表头PA及整定电阻Ra、Rb）、分流器（RP、R1～R7）、降压器（R12～R17或R8～R11）、整流器（VD1、VD2）、电阻测量电路（R18～R21、RP、电池）、转换开关（S1、S2）等部分组成。根据不同的测量对象，通过转换开关可以方便地组成直流电流表、直流电压表、交流电压表或欧姆表。

为了方便业余爱好者自制，本万用表的表头电路作了特殊设计。图2为表头电路，设定A、B两端间等效满度电流I＇\(_{0}\)=160μA、等效内阻R＇0=3kΩ，则任何满度电流I\(_{0}\)≤160μA、内阻R0≤3kΩ的装头均可使用，只需通过调节Ra、Rb使A、B两端间等效I＇\(_{0}\)、R＇0符合设定要求即可，而不必根据不同表头的具体参数逐一计算调整各档元件值。

三、元器件选用

1．表头PA：选用磁电式直流微安表，要求其满度电流（灵敏度）I\(_{0}\)≤160μA、内阻R0≤3kΩ。磁电式表头表面有“0符号。

2．二极管VD1、VD2：选用点接触型锗二极管2AP系列，要求其正向电阻＜1kΩ、反向电阻＞200kΩ（万用表测）。

3．电阻：

①R7为4.8Ω／2W，R19为6Ω／1W，此二者可选用线绕电阻（被釉电阻、水泥电阻等），也可用电阻丝自行绕制。

②其它电阻均选用金属膜电阻。除R6为\(\frac{1}{2}\)W外，其它均为1;8W即可。

所有电阻阻值必须准确符合图1要求（误差＜0.5％），可用数字万用表或标准万用表测量，有条件者最好用电桥测量。电阻大多为非标称阻值，可在相近标称电阻中挑选，例如19.2Ω可从20Ω标称电阻中挑选；也可用多个电阻串并联达到要求。

4．电位器RP：最好用线绕电位器，也可用实芯电位器或碳膜电位器，阻值必须准确。

5．转换开关：S1选用单刀12掷波段开关，S2选用双刀（双层）12掷波段开关。两波段开关均拆除其限位销，使其可＞360°旋转。

四、制作与调试

1．测量表头参数，主要是测量满度电流I\(_{0}\)和内阻R0，测量电路如图3（a），标准微安表可用160～300μA的。首先将电位器RP置阻值最大位置，然后接通电源，逐步减小RP，直至被测表头指针指到刻度最右边处（满度），这时标准微安表的读数即是被测表头的满度电流I\(_{0}\)。保持RP不变，用另一电位器RPx取代被测表头（图3b），调节RPx使标准微安表仍维持原来读数，则此时RPx的阻值便是被测表头的内阻R0。注意：切不可用欧姆表直接测量表头内阻，这样极易损坏表头。I\(_{0}\)与R0的测量务必准确，否则制成的万用表测量精度难以保证。

2．表头电路整定，即通过接入适当的Ra、Rb，使A、B两端间的等效I＇\(_{0}\)=160μA、R＇0=3kΩ（图2）。

①Rb为满度电流整定电阻，当表头I\(_{0}\)=160μA时，不用并联Rb；当I0＜160μA时，则需并联Rb，Rb=I\(_{0}\)R0／（160-I\(_{0}\)）（kΩ），式中：I0为表头满度电流（μA），R\(_{0}\)为表头内阻（kΩ）。

②Ra为内阻整定电阻，当表头内阻R\(_{0}\)与Rb的并联值（R0∥Rb）=R\(_{0}\)Rb／（R0＋Rb）=3kΩ时，不用串联Ra；当（R\(_{0}\)∥Rb）＜3kΩ时，则需串联Ra，Ra=3－（R0∥Rb），式中单位均为kΩ。

例如，笔者使用的表头I\(_{0}\)=140μA、R0=1.6kΩ，则：Rb=I\(_{0}\)R0／（160－I\(_{0}\)）=140×1. 6／（160－140）=11.2（kΩ）；

Ra＝3（R\(_{0}\)∥Rb）＝3-1.6×11.2／（1.6＋11.2）=1.6（kΩ）。这时A、B两端间的等效I＇0=160μA、R＇\(_{0}\)=3kΩ，符合设定要求。

3．本万用表的结构特点是不用电路板，所有元件均直接焊接在表头、电位器和两个波段开关的引脚上，既简单又可靠。制作可按以下步骤进行：

①根据表头大小选用或自制一适当大小塑料盒作为表壳，将表头、电位器和两个波段开关固定在盒盖上（图4）。

②将整定电阻Ra、Rb，整流器VD1、VD2直接焊在表头引脚上（图5）；R1、R18直接焊在电位器RP的引脚上；其它所有电阻直接焊在两个波段开关的相应引脚上（图6）。

③按图1用软导线将各部分连接起来，电池盒固定在表盒内适当位置。

④将各测量档位标示在表面板上（图4）。

4．绘制表面刻度。本万用表共有两条刻度线：第一条为欧姆刻度线，第二条为电流、电压共用刻度线。绘制方法如下：

①将刻度线等分100份，左端点为0，右端点为100。

②电流、电压刻度为线性刻度，将刻度线等分标示即可。欧姆刻度为非线性刻度，各阻值在刻度线上的百分位置见附表。将绘成的刻度线粘在原表面上即可。

5．校验。将制成的万用表与标准万用表进行对比测量，如误差过大或不能正常测量，则其原因可能是：

①表头I\(_{0}\)和R0的测量不够准确；Ra与Rb的计算有误。

②二极管、表头或电池的正、负极颠倒了。

③各电阻阻值有误，例如19.2Ω错成19.2k。

④各电阻与波段开关各引脚的对应关系弄错了；连接导线接错位置。

⑤虚焊或波段开关接触不良。