学习情境1-万用表测量电压、电流

任务1.1用万用表测量电流、电压和电阻【任务分析】技能目标1.掌握万用表的功能特点和基本结构；2.万用表的校准与使用；3.学会电路连接与测量的基本方法。知识目标1.了解电路的基本概念；2.了解电路基本变量的相互关系；3.会建立手电筒电路模型，会应用欧姆定理分析计算电路的电压、电流。【知识准备】1.指针式万用表（1）外形万用表是一种可以实现多量程、多种电量测量的便携式电气测量仪表,一般可以用来测量直流电流、直流电压、交流电压、电阻和音频电平等电参量。除此之外,有的万用表还可以测量交流电流、晶体管放大倍数、电感、电容等参数。图1—1指针式万用表的外形（2）万用表的基本结构万用表用来指示测量值的是一个动圈式直流电流表，各种项目的测量都转换成驱动这个动圈式的直流电流表。此外在万用表中还有分流器（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（为测量电阻时提供电源）和切换开关等部分。除了能测量电阻、直流电流和电压、交流电压以外，还能测量低频交流信号的电压（以dB表示）。（3）万用表的使用1）各主要旋钮的作用MF-47型万用表面板上半部分是表头(指示部分),通过指针的位置和与之对应的表盘刻度值可指示被测参数的数值。表头指针调零器在表头下方。仪表面板下半部分是供操作的旋钮和插孔,其中右上角为零欧姆调节器,左上角为三极管hFE测量插孔,测试笔插孔在最下方。(1)机械零点调节螺帽:万用表在使用之前应水平放置并检查指针是否在标度尺的起始点上。如果不在起始点,则应调整中间的胶木质机械零点调节螺帽,使表针回到标度尺的起始点上。(2)欧姆零点调节旋钮:测量电阻时,无论选择哪一挡,都要先将指针指在欧姆标度尺的起始零点上,否则会给测量值带来一定的误差。(3)转换开关:通过转换开关可选择5个测量项目、26个量程，以及电平、电容、电感、晶体管直流参数等7个附加参考量程。(4)负极插孔:在其左边标有“*”标记。测量任何项目时,黑表笔都应插在该插孔里。(5)正极插孔:在其左边标有“+”标记。在测量电阻、直流电流及交直流电压时,红表笔应插在该插孔里。(6)晶体管静态直流放大系数检测装置供临时检测三极管使用。(7)交直流2500V和直流5A分别有单独插座,测试时黑表笔插在“-”极插孔位置,红表笔插在交直流2500V和直流5A的单独插座中。2）标度盘与开关指示盘印制成红、蓝、黑三色。刻度盘颜色分别按交流红色,晶体管蓝色,其余黑色对应制成,使用时读取示数方便。标度盘共有七条刻度,第一条专供测电阻用;第二条供测交直流电压和直流电流用;第三条供测交流10V电压用;第四条供测晶体管放大倍数用;第五条供测电容用;第六条供测电感用;第七条供测音频电平时使用。标度盘上装有反光铝膜,以消除视差。3）万用表的使用方法（1）插孔和转换开关的使用首先要根据测试项目选择插孔或转换开关的位置。由于使用过程中测量电压、电流和电阻等可能会交替进行,因而一定不要忘记换挡或转换表笔插孔。切不可用测电流或测电阻的挡位去测电压。如果用直流电流或电阻挡去测量交流220V电源,则万用表会立刻烧毁。（2）测试表笔的使用万用表有红、黑两根表笔,如果位置接反、接错,将会使测试错误或烧坏表头。一般万用表的红表笔为“+”,黑表笔为“-”或“*”。表笔插入万用表插孔时一定要严格按颜色和正负极插入。测直流电压或直流电流时,一定要注意正负极性。测电流时,表笔与电路串联;测电压时,表笔与电路并联,不能搞错。（3）万用表使用前应检查指针是否指在零位上。如不指零位,万用表有多条标度尺,一定要认清所对应的读数标尺,不能图省事而把交流和直流标尺任意混用,更不能看错。万用表同一测量项目有多个量程,例如直流电压量程有1V、2.5V、10V、50V、100V等。量程选择应使指针移动到满刻度的2／3以上。测电阻时,应使指针指向该挡中心电阻值附近读数,这样才能使测量准确。读数时操作者的视线应正视表针,以减少操作者因视线偏左或偏右而引起的使用误差。（4）先将红表笔插在“Ω”专用插孔内,黑表笔接“*”或“-”插孔,将两表笔短接,同时旋动欧姆零点调节旋钮,使指针指在“Ω”标度尺的零位上。每次换挡之后都必须重新使零欧姆电位器调零。将表笔接到被测电阻的两个金属引出端,根据所设定的挡位读出电阻值。注意两手不应同时触及电阻两端,因为这样等于在被测电阻两端并上人体电阻,造成测量误差。也决不能带电测量电阻。带电测量相当于用欧姆挡去测量电阻端电压,这样不但测量结果无效,而且可能损坏电表。在测量电阻之前应切断电源,电路中有电容时应先放电。若用欧姆挡判别晶体二极管、晶体三极管管脚,则由于晶体管所能承受电压较低和允许通过的电流较小,故应选用低电压高倍率挡(R100R1k挡进行测量）。（5）红表笔接万用表的“+”插孔,黑表笔接“*”或“-”插孔,测量时把万用表与被测电路以并联形式连接,红表笔触到被测电路的正端,黑表笔触到电路的负端。测量直流电压时,还应注意万用表内阻所造成的误差。当被测对象电阻很高时(如电子电路),万用表的接入可能会改变电路工作状态而引起很大的测量误差,此时建议采用输入阻抗高的仪表测量。（6）直流电流的测量把万用表串联在电路中,把红表笔接在高电压端(或“+”端),黑表笔接在低电压端(或“-”端),否则表针反偏。将万用表串联在电路中以后,接通电源,在第三条刻度线读取直流电流数据。测量直流电流时要特别注意,不能将万用表与被测电路并联。（7）将万用表转换开关置于交流电压挡,其余操作与直流电压的测量相同,只是无须区分表笔的正负极。另外,交流电压挡的标度尺是按正弦交流电有效值标度的,如果测量对象不是正弦波,则误差要增大。（8）万用表的音频电平测量功能是指对信号传输过程中的衰减或增益进行测量。由于音频电压为交流参数,因而其测量方法与交流电压相似,只是在dB刻度上读数。2.电路和电路模型（1）电路干电池开关小灯泡(a)S(b)－＋RsRUs电路是电流的流通路径,它是由一些电气设备和元器件按一定方式连接而成的。复杂的电路呈网状,又称网络。电路和网络这两个术语是通用的。电路的组成方式不同,功能也就不同。电路的基本作用是实现电能传输或信号处理功能。图1-4（a）是一种简单的实际电路（手电筒）,它由干电池、开关、小灯泡和连接导线等组成。当开关闭合时,电路中有电流通过,小灯泡发光,干电池向电路提供电能;小灯泡是耗能器件,它把电能转化为热能和光能;开关和连接导线的作用是把干电池和小灯泡连接起来,构成电流通路。图1-4简单的实际电路干电池开关小灯泡(a)S(b)－＋RsRUs（2）理想电路元件组成电路的实际电气元器件是多种多样的,其电磁性能的表现往往是相互交织在一起的。我们用足以反映其主要电磁性能的一些理想电路元件或它们的组合来模拟实际电路中的器件。理想电路元件是一种理想化的模型,简称为电路元件。每一种电路元件只表示一种电磁现象,具有某种确定的电磁性能和精确的数学定义。例如，电阻元件是表示消耗电能的元件;电感元件是表示其周围空间存在着磁场且可以储存磁场能量的元件;电容元件是表示其周围空间存在着电场且可以储存电场能量的元件等。（3）实际电路可以用一个或若干个理想电路元件经理想导体连接起来进行模拟,这便构成了电路模型。图1-4(b)是图1-(a)的电路模型。实际器件和电路的种类繁多,而理想电路元件只有有限的几种,用理想电路元件建立的电路模型将使电路的研究大大简化。建立电路模型时应使其外部特性与实际电路的外部特性尽量近似,但两者的性能并不一定也不可能完全相同。在电路理论中,我们研究的是由理想元件所构成的电路模型及其一般性质。借助于这种理想化的电路模型可分析和研究实际电路——无论它是简单的还是复杂的，都可以通过理想化的电路模型来充分描述。理想化的电路模型也简称为电路。3.电路的基本物理量（1）电流、电压及其参考方向1）带电粒子（电子、离子等）的定向运动称为电流。电流的量值（大小）等于单位时间内穿过导体横截面的电荷量,用符号i表示,即dtdqtqit0lim1-1电流的实际方向为正电荷的运动方向。当电流的量值和方向都不随时间变化时,dq/dt为定值,这种电流称为直流电流,简称直流（DC）。直流电流常用英文大写字母I表示。对于直流,式（1-1）可写成式（1-2）。量值和方向随着时间周期性变化的电流称为交流电流,常用英文小写字母i表示。在国际单位制（SI）中,电流的SI主单位是安［培］,符号为A。常用的电流的十进制倍数和分数单位有千安（kA）、毫安（mA）、微安（μA）等，1A=103mA=106μAtqI1-2在复杂电路的分析中,电路中电流的实际方向很难预先判断出来;有时,电流的实际方向还会不断改变。因此,很难在电路中标明电流的实际方向。在分析与计算电路时,常可任意规定某一方向作为电流的参考方向或正方向,并用箭头表示在电路图上。规定了参考方向以后,电流就是一个代数量了,若电流的实际方向与参考方向一致（如图1-5(a)所示）,则电流为正值;若两者相反（如图1-5(b)所示）,则电流为负值。这样,就可以利用电流的参考方向和正、负值来判断电流的实际方向。应当注意,在未规定参考方向的情况下,电流的正、负号是没有意义的。电流的参考方向除用箭头在电路图上表示外,还可用双下标表示（如图1-5（c）、（b））(a)(b)(c)(d)i参考方向实际方向iABABi参考方向实际方向iBABA图1-5电流的参考方向2)电压及其参考方向电路中A、B两点间的电压是单位正电荷在电场力的作用下由A点移动到B点所减少的电能,即dqdWqWuABABqAB0lim（1-3）式中,Δq为由A点移动到B点的电荷量,ΔWAB为移动过程中电压的实际方向是使正电荷电能减少的方向,也是电场力对正电荷做功的方向。在国际单位制中,电压的SI单位是伏［特］,符号为V。常用的电压的十进制倍数和分数单位有千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（μV）等。直流电压用大写字母U表示。交流电压用小写字母u表示。三种电压参考方向的表示方法：a.采用正（+）、负（-）极性表示,称为参考极性,如图1-6(a)所示。这时，从正极性端指向负极性端的方向就b.采用实线箭头表示,如图1-7(b)c.采用双下标表示,如uAB表示电压的参考方向由A指向B。电压的参考方向指定之后,电压就是代数量。当电压的实际方向与参考方向一致时,电压为正值;当电压的实际方向与参考方向相反时,电压为负值。(a)(b)uuABBA＋－图1-6电压的参考方向电压与电流的关联任一电路的电流参考方向和电压参考方向可以分别独立地规定。但为了分析方便,常使同一元件的电流参考方向与电压参考方向一致,即电流从电压的正极性端流入该元件而从它的负极性端流出。这时,该元件的电压参考方向与电流参考方向是一致的,称为关联参考方向（如图1-8示）。i＋－u图1-7电压电流的关联参考方向（2）电位在电路中任选一点作为参考点,则某点的电位就是由该点到参考点的电压。也就是说,如果参考点为O,则A点的电位为VA=UAO如果已知A、B两点的电位各为VA、VB,则此两点间的电压为UAB=UAO+UOB=UAO-UBO=VA—VB(1-4)即两点间的电压等于这两点的电位的差,所以电压又叫电位差。参考点选择不同,同一点的电位就不同,但电压与参考点的选择无关。如何选择参考点,要视分析计算问题的方便而定。电子电路中需选各有关部分的公共线作为参考点,常用符号“⊥”表示。（3）电功率和电能电功率是电路分析中常用到的一个物理量。传递转换电能的速率叫电功率,简称功率,用p或P表示。习惯上,把发出或接受电能说成发出或接受功率。p=u·i(1-5)在直流情况下,式（1-5）可表示为P=UI国际单位制(SI)中,电压的单位为V,电流的单位为A,则功率的单位为瓦［特］,简称瓦,符号为W,1W=1V•A。常用的功率的十进制倍数和分数单位有千瓦（kW）、兆瓦（MW）和毫瓦（mW）等。ttpdtW0电路吸收（消耗）的电能为（1-6）直流时，有W=P(t－t0)