第2章：电压、电流和电阻

2.7基本电路的测量

用来测量电压的仪器是电压表，用来测量电流的仪器是电流表，用来测量电阻的仪器是欧姆表。通常，这3种仪器被集成到一个称为万用表的仪器中。在万用表中，可以通过开关选择特定的功能从而测量相应的物理量。

2.7.1 电表的符号

图中4种符号都可以用于表示电压表、电流表、欧姆表种的任意一种。

2.7.2 测量电流

下图说明了如何使用电流表测量电流。图种a中是一个简单的电路，想要测量通过电阻的电流。首先要确定电流表的量程，使其大于预期的电流，然后按照如图b所示先断开带你路，再按如图c所示方法接入电流表。这种连接方法是串联。仪表的极性必须使电流在正端输入，在负端输出。

2.7.3 测量电压

将电压表并联到要测量电压的元件上即可进行测量。电压表的负极必须接在电路的负极上，电压表的正极必须接在电路的正极上。如图所示为连接在电阻器上测量电压的电压表。

2.7.4 测量电阻

要测量电阻，首先关闭电源，将电阻的一端或者两端从电路中断开，然后在电阻两端接上欧姆表，下图表示了这一过程。

2.7.5 数字万用表

数字万用表（DMM）是一种可以测量电压、电流和电阻的多功能电子仪器，也就是应用最广泛的一种电子测量仪器。模拟仪表可以跟踪被测量的快速变化和变化趋势，而许多数字万用表由于速度太慢而无法响应被测量的快速变化。下图是典型的数字万用表，a中是便携式的，b中是台式的。

数字万用表的功能

• 测量电阻
• 测量直流电压和电流
• 测量交流电压和电流
• 许多万用表还有附加功能，比如测量电感、电容、温度和频率，测试晶体管或二极管、测量功率和音频放大器的分贝值，许多类型的万用表具有自动量程选择功能。

数字万用表的显示屏

数字万用表可与LCD（液晶显示屏）、LED（发光二极管）或VFD（真空荧光显示器）三者之一配合使用。数字万用表采用七段显示格式。在标准的七段显示格式中，每个数字由7个独立的段组成，如图a所示，每个十进制数字都是通过激活适当的段来实现显示的，如图b所示，除了7个段，还带有小数点。

分辨率

数字万用表的分辨率是指所能测量到的被测量的最小增量，能测量到的增量越小，分辨率越好。决定数字万用表分辨率的一个因素是显示屏上的数字位数。
因为许多数字万用表有3/(1/2)位显示数字，所以我们将基于这种情况进行说明。在3/(1/2)位数字万用表中有3位可以表示0～9的任意一个数字，还有1位只能表示0或1。后者称为半位数，它总是显示最值得注意的数字。例如，假设数字万用表的读数为0.999V，如图2-55a所示。如果电压再增加0.001V到1V，显示屏上能正确显示1.000V，如图2-55b所示。1.000V中的“1”就是半位数。因此，3/(1/2)位显示数字的数字万用表可以观察到0.001V的变化，0.001V即为分辨率。

三位半万用表显示的是四位，后三位可以显示0~9的数字，但它的第一位要么显示0，要么显示1，不会显示其它数字，所以只能说是“半位”，所以叫三位半。

现在，假设电压增加到1.999V，该值显示在显示屏上，如图2-55c所示。如果电压如图再增加0.001V到2V，由于半位数显示不出2，因此显示屏上显示为2.00。所示，半位数被隐藏，只有3位数字是有效的，所以分辨率为0.01V，而非0.001V。分辨率保持为0.01V直至电压上升为19.99 V。当读数为20.0～199.9V之间时，分辨率为0.1V。在200V时，分辨率变为1V，以此类推。

数字万用表的分辨率也取决于内部电路和采样速率，除了三位半显示数字，还有四位半到八位半显示数字的万用表也都存在。

这里也和以前学的不太一样。

精度

精度表示测量值与被测量的真实值或可接受值的近似程度。数字万用表的精度是由其内部电路和校准严格确定的。对于典型的数字万用表，精度范围为0.01%~0.5%不等，一些实验室级数字万用表的精确度可达0.002%.

万用表的类别

• 第1类是最低等级的，涵盖了大多数标准的低功率电路，如电子设备中的大多数电路。
• 第2类包括用于家用电器、便携设备和其他类似设备测量的万用表。
• 第3类包括用于测量大型建筑中的三相配电电路和其他配电电路的万用表。
• 第4类是最高等级的，包括在户外使用的万用表，以及用于测量市电和大型工业电机的万用表。

2.7.6 模拟万用表

虽然数字万用表是万用表的主要类型，但偶尔也可能需要使用模拟万用表。典型的模拟万用表如图所示。

大多数模拟万用表有4挡可选功能：直流伏特挡，直流毫安挡，交流伏特挡和欧姆挡
每档功能下又分为几种量程，量程值标于功能选择开关的四周。例如，直流伏特挡又0.3V、3V、12V、300V、600V这5种量程，也就是说0.3~600V的直流电压都可以用此表测量。对于直流毫安挡，可以测量0.06~120mA的直流电流。对于欧姆档，有X1、X10、X100、X1K、X100K这几种倍数可供选择。

欧姆档刻度

欧姆挡刻度标于表盘最上部，这些刻度是非线性的，也就是说每两条刻度线之间的宽度所代表的阻值随着刻度线在表盘上的位置变化而变化。在图2-56中，从右到左，两条刻度线之间的宽度代表的阻值越来越大。读取电阻值时，注意把指针所指的数字乘以开关所选的倍数。例如，当开关选择x100而指针指向20时，读数应为20Ωx100=2000Ω
另外一个例子是，假设开关选择x10且指针位于1和2刻度线之间的第7个小格，也就是读数为17Ω（即1.7Ωx10）。万用表仍接在同一电阻的两端，而将开关旋至x1挡，那么指针会摆动到15～20刻度线之间的第2个小格，当然，读数仍然为17Ω。这表明往往有不止一种量程来测量同一个电阻。但是每次改变量程后，都应该将万用表的两支表笔短接，并调整指针归零，也就是所谓的调零。
刻度表盘上从上往下数的第2、3、4组刻度（标着“AC”和“DC”）是直流伏特挡和交流伏特挡共用的。第2组刻度（表盘数字为0～300）的量程为0.3、3和300。例如，当选择开关指向直流伏特挡的3V量程时，表盘上的数字300就代表着3V；如果选择开关指向为300V的量程，则数字“300”就代表着300V。第3组刻度（表盘数字范围为0～60）的量程为0.06、60和600。例如，当选择开关指向直流伏特挡的60V量程时，表盘上的数字“60”就代表着60V。第4组刻度（表盘数字为0～12）的量程为1.2、12和120。直流毫安挡的读数规则与此相同。

【例】结合下图，以下3种情况测量的分别是什么量（电压、电流或电阻），其读数分别是多少？
a. 选择开关指向直流伏特挡的60V量程
b. 选择开关指向直流毫安挡的12mA量程
c. 选择开关指向欧姆档的X1K倍数

【解】
a. 60V量程，即看第三行

读数为18V，其他以此类推
b. 3.8mA（其实是3.6到3.8之间，按大的读数）
c. X1K倍，即$1\times 10\mathrm{K\Omega }$

课后习题

（1）说出用于测量电压、电流、电阻的仪表名称。
答：电压表、电流表、欧姆表。
（2）如果要用两个电流表测量图种两个灯泡各自的电流，应该如何连接电流表（注意电流表的正负极）？如何用一个电流表实现此测量？

答：

（3）如果要测量（2）题图中灯泡2的电压，应如何连接电压表？
答：

（4）说出两种常见的数字万用表显示屏，并讨论其优缺点。
答：LCD显示屏和LED显示屏。LCD显示屏工作电流很小，但在弱光下很难看清示数，响应速度也很慢。LED显示屏在黑暗种也可以看清示数，且相应速度很快，然而，它的工作电流比LCD大得多。
（5）什么是数字万用表的分辨率？
答：分辨率是指万用表可测到的被测量的最小增量值。
（6）如果将下图中的模拟万用表设置3V量程用以测量直流电压。指针指在”AC-DC“刻度的”150“刻度线处，被测电压是多少？

答：3V量程，"150"恰好在中间，即1.5V.