如何设计一个多档电压、电流两用表？
设计一款多档电压、电流两用表，这可是个颇具挑战但又充满乐趣的工程项目！咱们就把它掰开了揉碎了，从头说起，让你彻底明白其中的门道。
要设计这样一款“十八般武艺样样精通”的仪表，首先得明确它的核心功能：既能测量电压，又能测量电流，而且还要有多档位可调，以适应不同的测量范围。咱们的目标是打造一个既实用又精准的工具。
一、 核心原理的奠基：安培计和伏特计的结合
要理解两用表，就得先明白它是由两个基本测量单元组成的：
电流表（安培计）： 它的基本原理是利用电流通过线圈时产生的磁场与固定磁场相互作用，驱动指针偏转来指示电流大小。最基础的电流表是检流计，它对微弱电流非常敏感。为了测量更大的电流，我们需要在电流表上并联一个分流器，分流器是一个阻值非常小的电阻，大部分电流会通过分流器流过，只有一小部分电流会通过检流计，从而保护检流计并扩大测量范围。分流器的阻值越小，电流表能够测量的电流就越大。
电压表（伏特计）： 它的基本原理是测量串联在电路中两点之间的电势差。最基础的电压表也是利用检流计，但是我们将一个倍增器（一个阻值非常大的电阻）串联在检流计的线圈上。这样，当电压加在电压表两端时，只有一小部分电流会通过检流计，而大部分电流会通过倍增器，根据欧姆定律，通过检流计的电流大小与外加电压成正比，从而驱动指针偏转。倍增器的阻值越大，电压表能够测量的电压就越高。
多档电压、电流两用表的设计，本质上就是巧妙地组合和切换这些分流器和倍增器，并将它们集成到一个仪器中。
二、 内部结构设计：智慧的“开关王国”
既然我们要实现多档位，那就意味着我们需要在内部连接不同的分流器和倍增器电阻，并通过一个档位选择开关来切换它们。
1. 测量核心：灵敏的直流电流表头（检流计）
这是整个仪表的“心脏”。通常选用带有指针的磁电系直流电流表头。它具有以下几个关键参数：
满偏电流 (Ifsd)： 指针指示到最大刻度时所需的电流。这是设计分流器和倍增器的基础。
内阻 (Rm)： 指针表头线圈自身的电阻。
刻度： 需要选择有合适的刻度，能够清晰地指示不同的电压和电流值。
2. 电流测量部分：分流器电阻网络
为了实现多档电流测量（例如：mA、A），我们需要并联多个不同阻值的分流器。
原理： 假设我们要设计一个测量范围为 $I_{max}$ 的电流表，而表头本身的满偏电流是 $I_{f}$，内阻是 $R_m$。如果我们希望测量 $I_{max}$ 的电流时，只有 $I_{f}$ 的电流流过表头，那么流过分流器的电流就是 $I_{s} = I_{max} I_{f}$。根据欧姆定律，分流器的电压降 $V_s = I_{f} imes R_m$ 也等于分流器上的电压降 $V_s = I_{s} imes R_s$。因此，分流器的电阻 $R_s = frac{I_f imes R_m}{I_s} = frac{I_f imes R_m}{I_{max} I_f}$。
设计： 如果我们要设计多个档位，比如 01mA, 010mA, 0100mA, 01A 等等。那么我们就需要针对每个档位计算出相应分流器的阻值，并将其并联在电流表头两端。比如：
01mA档 (直接测量)： 不接分流器，或者接一个非常大的电阻（当做并联但几乎不分流）。
010mA档： 假设表头满偏电流是 100uA (0.1mA)，内阻是 500欧姆。那么要测量 10mA，流过分流器的电流是 10mA 0.1mA = 9.9mA。分流器阻值 $R_{s1} = frac{0.1mA imes 500Omega}{9.9mA} approx 5.05Omega$。
0100mA档： 流过分流器的电流是 100mA 0.1mA = 99.9mA。分流器阻值 $R_{s2} = frac{0.1mA imes 500Omega}{99.9mA} approx 0.50Omega$。
01A档： 流过分流器的电流是 1A 0.1mA = 999.9mA。分流器阻值 $R_{s3} = frac{0.1mA imes 500Omega}{999.9mA} approx 0.05Omega$。
关键： 这些分流器电阻的阻值需要非常精确，而且在电流通过时产生的热量不能过大，否则会影响其阻值和仪表的精度。因此，通常会选用功率较大的金属电阻或者精密合金电阻，并需要考虑其功率容量。
3. 电压测量部分：倍增器电阻网络
为了实现多档电压测量（例如：V, 10V, 100V），我们需要串联多个不同阻值的倍增器。
原理： 同样以表头满偏电流 $I_f$ 和内阻 $R_m$ 为基础。如果我们想测量 $V_{max}$ 的电压，并且希望在测量 $V_{max}$ 时流过表头的电流是 $I_f$，那么整个串联电路的总电阻 $R_{total} = frac{V_{max}}{I_f}$。倍增器电阻 $R_p = R_{total} R_m = frac{V_{max}}{I_f} R_m$。
设计： 同样根据不同的电压档位，计算出串联的倍增器电阻值。
01V档： 假设表头满偏电流是 100uA (0.1mA)，内阻是 500欧姆。要测量 1V，总电阻 $R_{total1} = frac{1V}{0.1mA} = 10kOmega$。倍增器电阻 $R_{p1} = 10kOmega 500Omega = 9.5kOmega$。
010V档： 总电阻 $R_{total2} = frac{10V}{0.1mA} = 100kOmega$。倍增器电阻 $R_{p2} = 100kOmega 500Omega = 99.5kOmega$。
0100V档： 总电阻 $R_{total3} = frac{100V}{0.1mA} = 1MOmega$。倍增器电阻 $R_{p3} = 1MOmega 500Omega = 999.5kOmega$。
关键： 倍增器电阻的阻值通常很大，并且需要非常稳定和精确。高阻值电阻在制作和精度控制上要求更高，通常使用精密碳膜电阻或金属膜电阻。
4. 档位选择开关：
这是一个至关重要的部件。它需要能够将电流表头与不同的分流器或倍增器电阻进行组合连接。
结构： 通常是一个多档位、多路旋转开关。
功能：
在电流档位时，将选定的分流器并联到电流表头。
在电压档位时，将选定的倍增器串联到电流表头。
还需要有一个“关”或“断开”档位，用于完全切断电路。
有些设计还会集成一个“短接”档位，在电流测量时确保所有分流器都被有效连接，以避免意外断开导致电流直通表头。
设计考虑： 开关的触点必须良好，接触电阻要小，并且在切换过程中不能产生跳火或接触不良。
5. 输入端子：
需要设计清晰的输入端子，用于连接被测电路。
电流测量端： 通常会有两个端子，用于串联到被测电路中。为了测量较大电流时减小接触电阻和功率损耗，这两个端子通常做得较大且接触面良好。
电压测量端： 通常会有两个端子，用于并联到被测电路两点之间。
共用与区分： 有些设计会将电流和电压的测量端子共用，通过档位开关自动切换。但为了避免误操作，设计成独立的端子会更安全。例如，电流测量端子可能用字母“A”或“mA”标记，电压测量端子用“V”标记，并且电流测量端子需要串联到被测电路上。
三、 电路设计详解：连接的艺术
我们用一个简化的图来描绘内部连接的逻辑：
假设我们有一个直流电流表头（灵敏度 If，内阻 Rm）。
电流测量部分 (并联分流器):
档位 1 (例如 01mA): 直接连接到表头，或者并联一个非常大的电阻。
档位 2 (例如 010mA): 并联一个电阻 R_s1。
档位 3 (例如 0100mA): 并联一个电阻 R_s2。
...
电压测量部分 (串联倍增器):
档位 4 (例如 01V): 串联一个电阻 R_p1。
档位 5 (例如 010V): 串联一个电阻 R_p2。
档位 6 (例如 0100V): 串联一个电阻 R_p3。
...
档位选择开关：
这个开关的作用就是将外部的输入端子，根据选择的档位，连接到表头和相应分流器/倍增器的组合上。
当选择电流档位时，开关将外部输入连接到表头和对应的分流器进行并联。
当选择电压档位时，开关将外部输入连接到表头和对应的倍增器进行串联。
举个例子说明开关的工作：
假设有一个 6 档位的开关：
1. OFF: 完全断开。
2. 1mA: 将外部输入（连接到两个测量端子）直接送到表头。
3. 10mA: 将外部输入（连接到两个测量端子）のうち，一部分通过表头，另一部分通过并联在表头上的 R_s1。
4. 100mA: 将外部输入连接到表头和 R_s2 进行并联。
5. 1V: 将外部输入（连接到两个测量端子）串联 R_p1 到表头。
6. 10V: 将外部输入连接到表头和 R_p2 进行串联。
四、 关键部件的选择与计算精度
1. 电阻的精度和稳定性： 这是决定仪表测量精度的关键。使用的分流器和倍增器电阻的温度系数要小，长时间使用后阻值变化要小。
2. 电阻的功率容量： 特别是分流器电阻，在测量大电流时会产生一定的热量，必须选择功率容量足够大的电阻，否则电阻会发热导致阻值变化，影响测量精度，甚至烧毁。
3. 电流表头本身的精度和灵敏度： 选择一个高质量的表头是基础。
五、 实际设计中的考虑因素
1. 外部壳体设计： 需要有良好的绝缘性能，坚固耐用，并且设计合理的结构，方便操作和读数。
2. 刻度盘设计： 需要清晰易读，并且不同档位的刻度可能需要分开或者有标注，避免混淆。通常电流档位和电压档位的零点位置可能不同。
3. 安全性： 确保在高电压档位下，仪表的绝缘性能能够满足要求，防止触电。电流测量端子在测量大电流时也需要注意接触的稳固性。
4. 极性： 对于直流测量，电流表和电压表都有极性要求。设计中需要标明正负极性，或设计成万用表那种可以自动判断或反接也能显示的（不过这会更复杂）。
5. 交流测量： 如果要设计成可以测量交流电压电流，那就要加入整流电路（例如半波或全波整流），将交流电转换为直流电再输入到直流电流表头，并且要考虑交流的有效值、峰值等概念对刻度的影响。这会使设计复杂很多。咱们这里先聚焦在直流。
6. 内部布局： 合理的内部布局可以减小杂散电容和电感的影响，尤其是在高频测量时。
六、 设计步骤总结
1. 确定测量范围和精度要求： 明确要测量多大的电压和电流，以及对测量精度的要求。
2. 选择合适的电流表头： 根据灵敏度、内阻和精度要求选择表头。
3. 计算分流器和倍增器电阻值： 根据表头参数和目标测量范围，精确计算每个档位所需的分流器和倍增器电阻值。
4. 选择合适的电阻元件： 考虑电阻的精度、稳定性、温度系数和功率容量。
5. 设计档位选择开关的连接方式： 确定开关触点如何连接表头、分流器和倍增器。
6. 设计输入端子和外部壳体： 确保操作方便和安全。
7. 制作和调试： 按照设计图纸制作原型，并进行校准和精度测试。
举个例子，我们来一个更具体的设计设想：
假设我们选用一个直流电流表头，它的满偏电流 $I_f = 100 mu A$ (即 0.1mA)，内阻 $R_m = 1kOmega$。
我们设计以下档位：
电流档： 01mA, 010mA, 0100mA
电压档： 01V, 010V, 0100V
计算电阻值：
01mA 档 (电流):
此档位直接测量，或并联一个很大的电阻，对表头影响最小。
010mA 档 (电流):
流过表头的电流 $I_f = 0.1mA$。
流过分流器的电流 $I_s = 10mA 0.1mA = 9.9mA$。
表头上的电压降 $V_m = I_f imes R_m = 0.1mA imes 1kOmega = 0.1V$。
分流器电阻 $R_{s1} = frac{V_m}{I_s} = frac{0.1V}{9.9mA} approx 10.1Omega$。
考虑功率：电流在分流器上产生 $P = V_m imes I_s = 0.1V imes 9.9mA = 0.99mW$，选择一个 100mW 左右的电阻就足够了。
0100mA 档 (电流):
流过分流器的电流 $I_s = 100mA 0.1mA = 99.9mA$。
分流器电阻 $R_{s2} = frac{V_m}{I_s} = frac{0.1V}{99.9mA} approx 1.001Omega$。
考虑功率：$P = V_m imes I_s = 0.1V imes 99.9mA approx 9.99mW$，选择一个 100mW 左右的电阻即可。
01V 档 (电压):
目标测量电压 $V_{max} = 1V$。
流过表头的电流 $I_f = 0.1mA$。
总电阻 $R_{total1} = frac{V_{max}}{I_f} = frac{1V}{0.1mA} = 10kOmega$。
倍增器电阻 $R_{p1} = R_{total1} R_m = 10kOmega 1kOmega = 9kOmega$。
考虑功率：电压在倍增器上的压降 $V_{p1} = I_f imes R_{p1} = 0.1mA imes 9kOmega = 0.9V$。功率 $P = V_{p1} imes I_f = 0.9V imes 0.1mA = 0.09mW$。选择一个普通的高阻值电阻即可，功率要求不高。
010V 档 (电压):
目标测量电压 $V_{max} = 10V$。
总电阻 $R_{total2} = frac{10V}{0.1mA} = 100kOmega$。
倍增器电阻 $R_{p2} = R_{total2} R_m = 100kOmega 1kOmega = 99kOmega$。
0100V 档 (电压):
目标测量电压 $V_{max} = 100V$。
总电阻 $R_{total3} = frac{100V}{0.1mA} = 1MOmega$。
倍增器电阻 $R_{p3} = R_{total3} R_m = 1MOmega 1kOmega = 999kOmega$。
需要购买的精密电阻大概有：
一个约 $10Omega$ 的精密电阻 (分流器)
一个约 $1Omega$ 的精密电阻 (分流器)
一个 $9kOmega$ 的精密电阻 (倍增器)
一个 $99kOmega$ 的精密电阻 (倍增器)
一个 $999kOmega$ 的精密电阻 (倍增器)
并且要确保这些电阻的精度在 1% 或更高。
最后，我想说，设计这样一款仪器，不仅仅是计算，更是一种工程的艺术和对细节的追求。每一步的精确计算，每一个元件的选择，都直接关系到最终的测量结果。
希望这份详尽的解答能够帮助你理解多档电压电流两用表的设计思路！这可是一个能让你体会到电子测量乐趣的绝佳项目。
要设计这样一款“十八般武艺样样精通”的仪表，首先得明确它的核心功能：既能测量电压，又能测量电流，而且还要有多档位可调，以适应不同的测量范围。咱们的目标是打造一个既实用又精准的工具。
一、 核心原理的奠基：安培计和伏特计的结合
要理解两用表，就得先明白它是由两个基本测量单元组成的：
电流表（安培计）： 它的基本原理是利用电流通过线圈时产生的磁场与固定磁场相互作用，驱动指针偏转来指示电流大小。最基础的电流表是检流计，它对微弱电流非常敏感。为了测量更大的电流，我们需要在电流表上并联一个分流器，分流器是一个阻值非常小的电阻，大部分电流会通过分流器流过，只有一小部分电流会通过检流计，从而保护检流计并扩大测量范围。分流器的阻值越小，电流表能够测量的电流就越大。
电压表（伏特计）： 它的基本原理是测量串联在电路中两点之间的电势差。最基础的电压表也是利用检流计，但是我们将一个倍增器（一个阻值非常大的电阻）串联在检流计的线圈上。这样，当电压加在电压表两端时，只有一小部分电流会通过检流计，而大部分电流会通过倍增器，根据欧姆定律，通过检流计的电流大小与外加电压成正比，从而驱动指针偏转。倍增器的阻值越大，电压表能够测量的电压就越高。
多档电压、电流两用表的设计，本质上就是巧妙地组合和切换这些分流器和倍增器，并将它们集成到一个仪器中。
二、 内部结构设计：智慧的“开关王国”
既然我们要实现多档位，那就意味着我们需要在内部连接不同的分流器和倍增器电阻，并通过一个档位选择开关来切换它们。
1. 测量核心：灵敏的直流电流表头（检流计）
这是整个仪表的“心脏”。通常选用带有指针的磁电系直流电流表头。它具有以下几个关键参数：
满偏电流 (Ifsd)： 指针指示到最大刻度时所需的电流。这是设计分流器和倍增器的基础。
内阻 (Rm)： 指针表头线圈自身的电阻。
刻度： 需要选择有合适的刻度，能够清晰地指示不同的电压和电流值。
2. 电流测量部分：分流器电阻网络
为了实现多档电流测量（例如：mA、A），我们需要并联多个不同阻值的分流器。
原理： 假设我们要设计一个测量范围为 $I_{max}$ 的电流表，而表头本身的满偏电流是 $I_{f}$，内阻是 $R_m$。如果我们希望测量 $I_{max}$ 的电流时，只有 $I_{f}$ 的电流流过表头，那么流过分流器的电流就是 $I_{s} = I_{max} I_{f}$。根据欧姆定律，分流器的电压降 $V_s = I_{f} imes R_m$ 也等于分流器上的电压降 $V_s = I_{s} imes R_s$。因此，分流器的电阻 $R_s = frac{I_f imes R_m}{I_s} = frac{I_f imes R_m}{I_{max} I_f}$。
设计： 如果我们要设计多个档位，比如 01mA, 010mA, 0100mA, 01A 等等。那么我们就需要针对每个档位计算出相应分流器的阻值，并将其并联在电流表头两端。比如：
01mA档 (直接测量)： 不接分流器，或者接一个非常大的电阻（当做并联但几乎不分流）。
010mA档： 假设表头满偏电流是 100uA (0.1mA)，内阻是 500欧姆。那么要测量 10mA，流过分流器的电流是 10mA 0.1mA = 9.9mA。分流器阻值 $R_{s1} = frac{0.1mA imes 500Omega}{9.9mA} approx 5.05Omega$。
0100mA档： 流过分流器的电流是 100mA 0.1mA = 99.9mA。分流器阻值 $R_{s2} = frac{0.1mA imes 500Omega}{99.9mA} approx 0.50Omega$。
01A档： 流过分流器的电流是 1A 0.1mA = 999.9mA。分流器阻值 $R_{s3} = frac{0.1mA imes 500Omega}{999.9mA} approx 0.05Omega$。
关键： 这些分流器电阻的阻值需要非常精确，而且在电流通过时产生的热量不能过大，否则会影响其阻值和仪表的精度。因此，通常会选用功率较大的金属电阻或者精密合金电阻，并需要考虑其功率容量。
3. 电压测量部分：倍增器电阻网络
为了实现多档电压测量（例如：V, 10V, 100V），我们需要串联多个不同阻值的倍增器。
原理： 同样以表头满偏电流 $I_f$ 和内阻 $R_m$ 为基础。如果我们想测量 $V_{max}$ 的电压，并且希望在测量 $V_{max}$ 时流过表头的电流是 $I_f$，那么整个串联电路的总电阻 $R_{total} = frac{V_{max}}{I_f}$。倍增器电阻 $R_p = R_{total} R_m = frac{V_{max}}{I_f} R_m$。
设计： 同样根据不同的电压档位，计算出串联的倍增器电阻值。
01V档： 假设表头满偏电流是 100uA (0.1mA)，内阻是 500欧姆。要测量 1V，总电阻 $R_{total1} = frac{1V}{0.1mA} = 10kOmega$。倍增器电阻 $R_{p1} = 10kOmega 500Omega = 9.5kOmega$。
010V档： 总电阻 $R_{total2} = frac{10V}{0.1mA} = 100kOmega$。倍增器电阻 $R_{p2} = 100kOmega 500Omega = 99.5kOmega$。
0100V档： 总电阻 $R_{total3} = frac{100V}{0.1mA} = 1MOmega$。倍增器电阻 $R_{p3} = 1MOmega 500Omega = 999.5kOmega$。
关键： 倍增器电阻的阻值通常很大，并且需要非常稳定和精确。高阻值电阻在制作和精度控制上要求更高，通常使用精密碳膜电阻或金属膜电阻。
4. 档位选择开关：
这是一个至关重要的部件。它需要能够将电流表头与不同的分流器或倍增器电阻进行组合连接。
结构： 通常是一个多档位、多路旋转开关。
功能：
在电流档位时，将选定的分流器并联到电流表头。
在电压档位时，将选定的倍增器串联到电流表头。
还需要有一个“关”或“断开”档位，用于完全切断电路。
有些设计还会集成一个“短接”档位，在电流测量时确保所有分流器都被有效连接，以避免意外断开导致电流直通表头。
设计考虑： 开关的触点必须良好，接触电阻要小，并且在切换过程中不能产生跳火或接触不良。
5. 输入端子：
需要设计清晰的输入端子，用于连接被测电路。
电流测量端： 通常会有两个端子，用于串联到被测电路中。为了测量较大电流时减小接触电阻和功率损耗，这两个端子通常做得较大且接触面良好。
电压测量端： 通常会有两个端子，用于并联到被测电路两点之间。
共用与区分： 有些设计会将电流和电压的测量端子共用，通过档位开关自动切换。但为了避免误操作，设计成独立的端子会更安全。例如，电流测量端子可能用字母“A”或“mA”标记，电压测量端子用“V”标记，并且电流测量端子需要串联到被测电路上。
三、 电路设计详解：连接的艺术
我们用一个简化的图来描绘内部连接的逻辑：
假设我们有一个直流电流表头（灵敏度 If，内阻 Rm）。
电流测量部分 (并联分流器):
档位 1 (例如 01mA): 直接连接到表头，或者并联一个非常大的电阻。
档位 2 (例如 010mA): 并联一个电阻 R_s1。
档位 3 (例如 0100mA): 并联一个电阻 R_s2。
...
电压测量部分 (串联倍增器):
档位 4 (例如 01V): 串联一个电阻 R_p1。
档位 5 (例如 010V): 串联一个电阻 R_p2。
档位 6 (例如 0100V): 串联一个电阻 R_p3。
...
档位选择开关：
这个开关的作用就是将外部的输入端子，根据选择的档位，连接到表头和相应分流器/倍增器的组合上。
当选择电流档位时，开关将外部输入连接到表头和对应的分流器进行并联。
当选择电压档位时，开关将外部输入连接到表头和对应的倍增器进行串联。
举个例子说明开关的工作：
假设有一个 6 档位的开关：
1. OFF: 完全断开。
2. 1mA: 将外部输入（连接到两个测量端子）直接送到表头。
3. 10mA: 将外部输入（连接到两个测量端子）のうち，一部分通过表头，另一部分通过并联在表头上的 R_s1。
4. 100mA: 将外部输入连接到表头和 R_s2 进行并联。
5. 1V: 将外部输入（连接到两个测量端子）串联 R_p1 到表头。
6. 10V: 将外部输入连接到表头和 R_p2 进行串联。
四、 关键部件的选择与计算精度
1. 电阻的精度和稳定性： 这是决定仪表测量精度的关键。使用的分流器和倍增器电阻的温度系数要小，长时间使用后阻值变化要小。
2. 电阻的功率容量： 特别是分流器电阻，在测量大电流时会产生一定的热量，必须选择功率容量足够大的电阻，否则电阻会发热导致阻值变化，影响测量精度，甚至烧毁。
3. 电流表头本身的精度和灵敏度： 选择一个高质量的表头是基础。
五、 实际设计中的考虑因素
1. 外部壳体设计： 需要有良好的绝缘性能，坚固耐用，并且设计合理的结构，方便操作和读数。
2. 刻度盘设计： 需要清晰易读，并且不同档位的刻度可能需要分开或者有标注，避免混淆。通常电流档位和电压档位的零点位置可能不同。
3. 安全性： 确保在高电压档位下，仪表的绝缘性能能够满足要求，防止触电。电流测量端子在测量大电流时也需要注意接触的稳固性。
4. 极性： 对于直流测量，电流表和电压表都有极性要求。设计中需要标明正负极性，或设计成万用表那种可以自动判断或反接也能显示的（不过这会更复杂）。
5. 交流测量： 如果要设计成可以测量交流电压电流，那就要加入整流电路（例如半波或全波整流），将交流电转换为直流电再输入到直流电流表头，并且要考虑交流的有效值、峰值等概念对刻度的影响。这会使设计复杂很多。咱们这里先聚焦在直流。
6. 内部布局： 合理的内部布局可以减小杂散电容和电感的影响，尤其是在高频测量时。
六、 设计步骤总结
1. 确定测量范围和精度要求： 明确要测量多大的电压和电流，以及对测量精度的要求。
2. 选择合适的电流表头： 根据灵敏度、内阻和精度要求选择表头。
3. 计算分流器和倍增器电阻值： 根据表头参数和目标测量范围，精确计算每个档位所需的分流器和倍增器电阻值。
4. 选择合适的电阻元件： 考虑电阻的精度、稳定性、温度系数和功率容量。
5. 设计档位选择开关的连接方式： 确定开关触点如何连接表头、分流器和倍增器。
6. 设计输入端子和外部壳体： 确保操作方便和安全。
7. 制作和调试： 按照设计图纸制作原型，并进行校准和精度测试。
举个例子，我们来一个更具体的设计设想：
假设我们选用一个直流电流表头，它的满偏电流 $I_f = 100 mu A$ (即 0.1mA)，内阻 $R_m = 1kOmega$。
我们设计以下档位：
电流档： 01mA, 010mA, 0100mA
电压档： 01V, 010V, 0100V
计算电阻值：
01mA 档 (电流):
此档位直接测量，或并联一个很大的电阻，对表头影响最小。
010mA 档 (电流):
流过表头的电流 $I_f = 0.1mA$。
流过分流器的电流 $I_s = 10mA 0.1mA = 9.9mA$。
表头上的电压降 $V_m = I_f imes R_m = 0.1mA imes 1kOmega = 0.1V$。
分流器电阻 $R_{s1} = frac{V_m}{I_s} = frac{0.1V}{9.9mA} approx 10.1Omega$。
考虑功率：电流在分流器上产生 $P = V_m imes I_s = 0.1V imes 9.9mA = 0.99mW$，选择一个 100mW 左右的电阻就足够了。
0100mA 档 (电流):
流过分流器的电流 $I_s = 100mA 0.1mA = 99.9mA$。
分流器电阻 $R_{s2} = frac{V_m}{I_s} = frac{0.1V}{99.9mA} approx 1.001Omega$。
考虑功率：$P = V_m imes I_s = 0.1V imes 99.9mA approx 9.99mW$，选择一个 100mW 左右的电阻即可。
01V 档 (电压):
目标测量电压 $V_{max} = 1V$。
流过表头的电流 $I_f = 0.1mA$。
总电阻 $R_{total1} = frac{V_{max}}{I_f} = frac{1V}{0.1mA} = 10kOmega$。
倍增器电阻 $R_{p1} = R_{total1} R_m = 10kOmega 1kOmega = 9kOmega$。
考虑功率：电压在倍增器上的压降 $V_{p1} = I_f imes R_{p1} = 0.1mA imes 9kOmega = 0.9V$。功率 $P = V_{p1} imes I_f = 0.9V imes 0.1mA = 0.09mW$。选择一个普通的高阻值电阻即可，功率要求不高。
010V 档 (电压):
目标测量电压 $V_{max} = 10V$。
总电阻 $R_{total2} = frac{10V}{0.1mA} = 100kOmega$。
倍增器电阻 $R_{p2} = R_{total2} R_m = 100kOmega 1kOmega = 99kOmega$。
0100V 档 (电压):
目标测量电压 $V_{max} = 100V$。
总电阻 $R_{total3} = frac{100V}{0.1mA} = 1MOmega$。
倍增器电阻 $R_{p3} = R_{total3} R_m = 1MOmega 1kOmega = 999kOmega$。
需要购买的精密电阻大概有：
一个约 $10Omega$ 的精密电阻 (分流器)
一个约 $1Omega$ 的精密电阻 (分流器)
一个 $9kOmega$ 的精密电阻 (倍增器)
一个 $99kOmega$ 的精密电阻 (倍增器)
一个 $999kOmega$ 的精密电阻 (倍增器)
并且要确保这些电阻的精度在 1% 或更高。
最后，我想说，设计这样一款仪器，不仅仅是计算，更是一种工程的艺术和对细节的追求。每一步的精确计算，每一个元件的选择，都直接关系到最终的测量结果。
希望这份详尽的解答能够帮助你理解多档电压电流两用表的设计思路！这可是一个能让你体会到电子测量乐趣的绝佳项目。
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