Структурная схема мультиметра

Рис.15. Структурная схема мультиметра

Прибор имеет в своем составе: входы измерения тока и напряжения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), микроконтроллер, обрабатывающий входной сигнал, четырехразрядный светодиодный цифровой индикатор, единичные светодиодные индикаторы, кнопку переключения режимов измерения и вторичный источник питания (ВИП) с гальванической развязкой.

Рис.16. Упрошённая схема мультиметра в режиме измерения напряжения

Упрощенная схема мультиметра в режиме измерения напряжения представлена на рис. 2. При измерении постоянного напряжения входной сигнал подается на R1...R6, с выхода которого через переключатель (по схеме 1-8/1... 1-8/2) подается на защитный резистор R17. Этот резистор, кроме того, при измерениях переменного напряжения вместе с конденсатором СЗ образует фильтр нижних частот. Далее сигнал поступает на прямой вход микросхемы АЦП, вывод 31. На инверсный вход микросхемы подается потенциал общего вывода, вырабатываемый источником стабилизированного напряжения 3 В, вывод 32. При измерениях переменного напряжения оно выпрямляется однополупериодным выпрямителем на диоде D1. Резисторы R1 и R2 подобраны таким образом, чтобы при измерении синусоидального напряжения прибор показывал правильное значение. Защита АЦП обеспечивается делителем R1...R6 и резистором R17.

Рис.17. Упрощённая схема мультиметра в режиме измерения тока

Упрощенная схема мультиметра в режиме измерения тока представлена на рис. 3. В режиме измерения постоянного тока последний протекает через резисторы RO, R8, R7 и R6, коммутируемые в зависимости от диапазона измерения. Падение напряжения на этих резисторах через R17 подается на вход АЦП, и результат выводится на дисплей. Защита АЦП обеспечивается диодами D2, D3 (в некоторых моделях могут не устанавливаться) и предохранителем F.

Рис.18. Упрошённая схема мультиметра в режиме измерения сопротивления

Упрощенная схема мультиметра в режиме измерения сопротивления представлена на рис. 4. В режиме измерения сопротивления используется зависимость, выраженная формулой (2). На схеме видно, что один и тот же ток от источника напряжения +LJ протекает через опорный резистор Ron и измеряемый резистор Rx (токи входов 35, 36, 30 и 31 пренебрежимо малы) и соотношение UBX и Uon равно соотношению сопротивлений резисторов Rx и Ron. В качестве опорных резисторов используются R1....R6, в качестве токозадающих используются R10 и R103. Защита АЦП обеспечивается терморезистором R18 [в некоторых дешевых моделях используются обычные резисторы номиналом 1...2 кОм), транзистором Q1 в режиме стабилитрона (устанавливается не всегда) и резисторами R35, R16 и R17 на входах 36, 35 и 31 АЦП.

Рис.19. Функциональная схема мультиметра

· коммутатор К измеряемых сигналов;

· операционный усилитель ОУ;

· аналого-цифровой преобразователь АЦП;

· цифровой индикатор ЦИ.

Ко входам коммутатора подключены различные измерительные преобразователи.

Первый -- аттенюатор А служит для преобразования постоянного напряжения высокого уровня в постоянное напряжение более низкого уровня.

Второй -- прецизионный выпрямитель ПВ служит для преобразования переменного напряжения (тока) в напряжение постоянного тока.

Третий преобразователь ПR преобразует сопротивление в напряжение постоянного тока. Чаще всего это просто прецизионный источник постоянного тока, который задается через измеряемое сопротивление и создает на нем падение напряжения U = IR.

Таким образом, мультиметр может измерять напряжение (и токи) постоянного и переменного тока, а также сопротивление. чем больше преобразователей содержит мультиметр, тем сложнее его электронная начинка и дороже прибор. Впрочем, стоит отметить, что для построения типовых цифровых мультиметров выпускаются специализированные интегральные микросхемы, содержащие практически все упомянутые узлы. Именно поэтому нередко мультиметры даже разных фирм по метрологическим и электрическим характеристикам похожи «как две капли воды». Они обычно отличаются разрядностью дисплея и погрешностью. Чем последняя меньше, тем, как правило, дороже прибор, больше его габариты и масса. Последнее связано с применением прецизионных резисторов и конденсаторов, габариты и масса которых заметно больше, чем у обычных компонентов.

Некоторые мультиметры оснащены простыми средствами для прозвона цепей со звуковой индикацией (если сопротивление цепи меньше заданного в десятки Ом), тестирования микросхем различной логики, проверки диодов и транзисторов. Последняя реализуется обычно заданием в базу стабильного небольшого тока и измерением тока коллектора. Он пропорционален коэффициенту передачи тока базы В (или hBE).

Иногда мультиметры снабжаются средствами контроля логических микросхем и даже простым генератором тестовых сигналов на несколько частот.