多功能數位電錶量測基本原理

幾乎每個 DMM 都有 DC 與 AC 量測功能。電壓測試功能常用於測試與驗證儀器、元件或電路的輸出。電壓的量測方式固定透過 2 個端點，因此需要 2 探針才能進行。部分 DMM 接頭與探針會標示顏色；紅色代表正極 (您實際要量測的點)，黑色代表負極 (一般用途為參考或接地)。不過電壓具有雙向性，所以如果將正負極互換的話，量測到的電壓就會反轉。

電壓的量測模式通常有 2 種：AC 與 DC。一般 DC 會以 V 加上一條虛線與一條實線表示，而 AC 則是以 V 加上一個波浪符號表示。請務必選擇符合您應用需求的範圍與模式。

^{圖 1.AC 電壓 (左) 與 DC 電壓 (右) 量測方式常用於測試與驗證儀器、元件或電路的輸出。}

在量測 AC 或 DC 電壓時，您必須熟悉這幾種術語和概念。

輸入電阻

理想的電壓計擁有無窮大輸入電阻，如此儀器就不會從測試電路引走任何電流。不過在實際上，多少會有一些電阻影響到量測的準確度。為將這種影響降至最低，DMM 的電壓量測子系統在阻抗設計上往往為 1s 至 10s 的 MΩ。如果您量測的是低電壓，則即使是這個電阻也足以讓量測結果產生難以接受的誤差。因此，較低的電壓範圍通常會選用較高的阻抗，例如 10 GΩ。

某些 DMM 可供您選擇輸入電阻。就大多數的應用而言，可說是阻抗越高，量測結果越準確。不過也有一些特例，這時候可能就需要選擇較低的阻抗。舉例來說，內有多種接線的線管可能對所有接線都有偶合。即使這些接線是浮接，DMM 仍會讀取到電壓。較高的阻抗無法排除這些假性電壓，但低阻抗卻提供這種積聚的電荷通路，並讓 DMM 能正確量測到 0 V。這種較低電壓範圍的其中一例，就是電路上緊靠在一起的走線。

波峰因數

在量測 AC 訊號 (電壓或電流) 時，對於特定波形的判定準確度，波峰因數可能是相當重要的參數。波峰因數是峰值對 RMS 值的比率，是一種描述波形的方式。波峰因數通常用於描述電壓，但也可以用於其他量測結果 (例如電流)。波峰因數在嚴格定義上應為正實數，但多數時候會認定其為一種比例。

^{方程式 2.波峰因數可量測波形的極端峰值}

沒有波峰的固定波形之波峰因數為 1，因為該波形的峰值與 RMS 值相同。如果是三角波形，則波峰因數為 1.732。波峰因數越高，代表波峰越陡，也越難獲得準確的 AC 量測結果。

^{圖 2.AC 訊號的波峰因數會影響準確度}

使用實際 RMS 進行量測的 AC 多功能數位電錶，會根據正弦波指明準確度。這個值藉由波峰因數表示正弦波的失真度，並且仍可在標定準確度範圍內量測到。當中也包含對其他波形任何附加的準確度誤差，視其波峰因數而定。

舉例來說，某個 DMM 的 AC 準確度為 0.03% 讀數。而您在量測的是三角波形，所以您需要查詢任何波峰因數為 1.732 的附加誤差。DMM 會指明介於 1 與 2 之間的波峰因數，當中的附加誤差為 0.05% 讀數。然後您的量測結果就會是準確度 0.03% + 0.05%，總計為 0.08% 的讀數。如您所見，波形的波峰因數可能會對量測結果的準確度有極大影響。

零點偏移

大多數 DMM 均具備零點偏移的功能。這種功能在進行 DC 電壓或電阻量測時，可用來排除因連接方式和接線所引起的錯誤。首先，您要選擇正確的量測類型與範圍。接著連接探針，然後等待讀取量測結果。然後再選擇零點偏移按鈕。後續的讀數會減去零點量測值，提供更為準確的讀數。

自動歸零

除了進行零點偏移之外，另一種提升電壓與電阻量測準確度的方式，就是啟用稱為「自動歸零」的功能。自動歸零功能可用於補償內部儀器偏移。該功能啟用後，DMM 就會對您的每個量測結果進行額外量測。這種額外量測的是在 DMM 輸入與接地之間進行。之後會從量測結果減去這個值，再減去量測路徑或 ADC 中的任何偏移。自動歸零功能非常適合用於提升量測的準確度，但同時也會增加進行量測所需的時間。

另一種常見的量測功能，就是 DC 與 AC 電流量測。電壓的量測是透過與電路並聯進行，但電流的量測則是透過與電路串聯進行。也就是說，您必須先斷開電路 (實際中斷電流)，才能將 DMM 插到電路迴圈中，以進行準確的量測。電流跟電壓一樣都具有雙向性。其標記符號也相似，不過符號由 V 改成 A。A 代表安培，也就是電流量測的單位。請務必選擇符合您應用需求的範圍與模式。

^{圖 3. DC 電流 (左) 與 AC 電流 (右) 量測方式適用於電路與元件的除錯作業。}

DMM 在輸入端點有小型電阻，該電阻會量測電壓，然後使用歐姆定律計算電流。電流等於電壓除以電阻。為保護您的多功能數位電錶，請避免在電流流經電路時從電流量測功能切換開。此外，在電流量測模式時，也務必注意不要突然進行電壓量測，否則可能會導致保險絲燒斷。如果不慎燒斷保險絲，通常更換保險絲即可。詳細資訊請參閱您的儀器說明手冊。

電阻量測方式常用於量測電阻器，或是感測器或喇叭等其他元件。電阻量測的方式為透過與小型內部電阻串聯，利用已知的 DC 電壓量測未知的電阻。如此會量測到測試電壓，然後計算出未知的電阻。因此，只有在裝置電源關閉時才進行測試，否則裝置電路中已有電壓，將會導致讀數不正確。另外也請記住，只有在元件尚未插入電路時才能量測，否則您量測到的是所有與該元件連接之裝置的電阻，而非元件本身。

不過幸好電阻不具雙向性，所以即使您將探針互換，獲得的讀數仍舊不變。表示電阻量測結果的符號是 Ω，也就是電阻的量測單位。請務必選擇符合您應用需求的範圍與模式。如果顯示讀數為 OL，表示讀數超過上限，或是大於計量表在該範圍中可量測的值。如同前文所述，利用零點偏移功能可提升量測讀數的準確度。

^{圖 4.電阻量測方式常用於量測電阻器或是其他元件。}

多數 DMM 均額外提供 2 種量測功能：二極體測試與導通性測試。

導通性測試

導通性測試有助於辨識 2 個點是否有電子連接關係。這種方式非常適用於斷線、印刷電路板 (PCB) 走線或焊點的除錯作業。在測試導通性時，請務必確實監控探針所接觸的位置。因為大多數 DMM 會在偵測到閉路時發出聲音，如此您就不需要特別注意探針。也因此，導通性的表示符號看起來像聲波。

^{圖 5.導通性測試有助於辨識 2 個點是否有電子連接關係。}

導通性測試的運作原理如同電阻量測，因此在進行這類測試時，務必先確認連接裝置電源已關閉。此外，這種測試方式也有助於透過電刷連接測試尖端，確認是否會發出警示聲。如果沒聽到警示聲，則檢查探針是否有接好、DMM 是否有充足電力，以及您是否已使用正確的模式。另外您也必須查看使用者手冊，以判斷需要多少電阻才能觸發警示聲，因為每種機型需要的電阻不同。

如果您所測試的電路有大型電容器，很可能只會聽到快速響一下的警示聲。這是因為 DMM 施加到電路的電壓為該電容器充電，而 DMM 會在這時誤判為閉路。

二極體測試

二極體測試會以伏特為單位，顯示二極體的正向電壓降。其所用的符號自然是二極體符號。

^{圖 6.二極體測試會以伏特為單位，顯示二極體的正向電壓降}

DMM 會強制讓小型電流流過二極體，並量測 2 個測試引線之間的電壓降。量測二極體時，您需要將正極探針接在陽極，負極探針則接在陰極。矽的電壓讀數一般會在 0.7 V 左右，但實際範圍會介於 0.5 至 0.9 V 之間，在這範圍內的二極體仍舊生效；鍺二極體則一般會在 0.3 V 左右。

^{圖 7.通常在測試二極體時，都會正極探針接陽極、負極探針接陰極。不過即使兩極互換，仍舊可以發光。}

接著再改將負極探針接陽極、陽極探針接陰極。如果二極體功能正常，多功能數位電錶應該會顯示 OL，表示為開路。

如果二極體有瑕疵，則可能會變成短路或開路二極體。如果二極體無法開路，DMM 會同時在正向和逆向偏壓顯示 OL，因為流過的電流為 0，等同於開路。如果二極體短路，DMM 會顯示 0 V，表示整個二極體沒有電壓降。

在進行量測時，無論何時都必須考慮到雜訊。您必須額外熟悉 2 種參數，才能更加認識您的儀器，以及與量測相關的雜訊。

常模斥拒比 (NMRR) 說明 DMM 能抑制出現在兩個輸入端點之間的雜訊 (也就是與量測訊號相混的雜訊)。這種雜訊大多是電源線頻率及其諧波。NMRR 通常用來表示儀器抑制電源線雜訊 (50 或 60 Hz) 的功能，只在特定頻率生效，適用於 DC 量測。常模雜訊也能透過抗雜訊或濾波的方式抑制。

共模拒斥比 (CMRR) 說明 DMM 能抑制 2 個輸入端點共同的雜訊，例如來自環境的雜訊。共模雜訊通常比常模雜訊要來得少。

NMRR 與 CMRR 一般會指定為 50 Hz 與 60 Hz，CMRR 一般也會指定為 DC 數值。常見數值分別會大於 80 dB 與 120 dB。

• DMM 的顯示位元數跟解析度無關，但有助於判定可供顯示與解讀的有效位元數。 
• 就大多數的應用而言，可說是阻抗越高，電壓量測結果越準確。
• 波峰因數越高，代表波峰越陡，也越難獲得準確的 AC 量測結果。
• 零點偏移在進行 DC 電壓或電阻量測時，可用來排除因連接方式和接線所引起的錯誤。
• 自動歸零功能可用於補償內部儀器偏移。
• 在進行電流量測時，您必須先斷開電路，才能將 DMM 插到電路迴圈中。 
• 如果在電流模式下突然量測電壓，便可能導致保險絲燒斷。
• 電阻量測與導通性測試必須在電路未接上電源時進行。
• 常模拒斥比 (NMRR) 說明 DMM 能抑制出現在 2 個輸入端點之間的雜訊。
• 共模拒斥比 (CMRR) 說明 DMM 能抑制 2 個輸入端點共同的雜訊，例如來自環境的雜訊。