Měření napětí

V amatérské rozhlasové praxi je to nejběžnější typ měření. Například při opravě televizoru se napětí měří v charakteristických bodech zařízení, konkrétně na svorkách tranzistorů a mikroobvodů. Pokud máte po ruce schéma obvodu a ukazuje režimy tranzistorů a mikroobvodů, nebude pro zkušeného mistra obtížné najít poruchu.

Při stavbě samostatně sestavených konstrukcí nelze upustit od měření napětí. Výjimkou jsou klasická schémata, o nichž píšou něco takového: „Pokud je konstrukce sestavena ze servisovatelných dílů, není nutné žádné úpravy, bude to fungovat okamžitě.“

Zpravidla se jedná o klasické elektronické obvody, například multivibrátor. Stejného přístupu lze dosáhnout i pro audiofrekvenční zesilovač, pokud je namontován na specializovaný čip. Dobrým příkladem je TDA 7294 a mnoho dalších čipů v této sérii. Kvalita „integrovaných“ zesilovačů je však malá a opravdoví znalci staví své zesilovače na diskrétních tranzistorech a někdy na elektronických zkumavkách. A tady je to jen to, že se neobejdete bez úpravy a souvisejících měření stresu.

Jak a co měřit

Na obrázku 1.

Obrázek 1

Možná někdo řekne, říkají, co se zde dá změřit? A co má smysl sestavit takový řetěz? Ano, je pravděpodobně obtížné najít praktickou aplikaci pro takový systém. A pro vzdělávací účely je to docela vhodné.

Nejprve byste měli věnovat pozornost tomu, jak je voltmetr připojen. Protože je na obrázku znázorněn stejnosměrný obvod, je voltmetr připojen podle polarity vyznačené na zařízení ve formě znaménků plus a mínus. V zásadě platí, že tato poznámka platí pro ukazatelové zařízení: pokud není dodržena polarita, šipka se bude lišit v opačném směru, ve směru nulového dělení stupnice. Takže dostáváme nějakou zápornou nulu.

Digitální zařízení, multimetry, jsou v tomto ohledu demokratičtější. I když testovací sondy Po připojení zpětné polarity bude napětí stále měřeno, na stupnici se před výsledkem objeví pouze znaménko mínus.

Další věcí, kterou je třeba poznamenat při měření napětí, je měřící rozsah zařízení. Pokud je odhadované napětí v rozsahu například 10 ... 200 milivoltů, pak měřítko zařízení odpovídá 200 milivoltům a měření napětí na stupnici 1000 voltů pravděpodobně nebude poskytovat srozumitelný výsledek.

Měřicí rozsah byste také měli zvolit v jiných případech. Pro měřené napětí 100 voltů je docela vhodný rozsah 200 V a dokonce 1 000 V. Výsledek bude stejný. Pokud jde o moderní multimetr.

Pokud se měření provádí pomocí dobrého starého ukazatele, pak pro měření napětí 100 V byste měli vybrat rozsah měření, když jsou hodnoty uprostřed stupnice, což umožňuje přesnější odečet.

A ještě jedno klasické doporučení pro použití voltmetru, jmenovitě: pokud velikost měřeného napětí není známa, pak by měla být měření zahájena nastavením voltmetru na největší rozsah. Nakonec, pokud je naměřené napětí 1 V a dosah je 1 000 V, největším nebezpečím je nesprávné čtení zařízení. Pokud se to ukáže opačně, měřicí rozsah je 1V a měřené napětí je 1000, nákupu nového zařízení se jednoduše nelze vyhnout.

Co voltmetr ukáže

Ale snad se vrátíme k obrázku 1 a pokusíme se zjistit, co se ukáže oba voltmetry. Abyste to mohli určit, musíte využijte Ohmův zákon. Tento problém lze vyřešit několika kroky.

Nejprve vypočítejte proud v obvodu. K tomu je nutné dělit napětí zdroje (na obrázku je to galvanická baterie s napětím 1,5 V) odporem obvodu.Při sériovém zapojení odporů to bude jednoduše součet jejich odporů. Ve formě vzorce to vypadá takto: I = U / (R1 + R2) = 4,5 / (100 + 150) = 0,018 (A) = 180 (mA).

Malá poznámka: pokud je výraz 4,5 / (100 + 150) zkopírován do schránky, vložen do okna kalkulačky Windows, po stisknutí klávesy „rovno“ bude získán výsledek výpočtů. V praxi se počítají ještě složitější výrazy obsahující hranaté a složené závorky, stupně a funkce.

Za druhé, získejte výsledky měření, jako je pokles napětí na každém rezistoru:

U1 = I * R1 = 0,018 * 100 = 1,8 (V),

U2 = I * R2 = 0,018 x 150 = 2,7 (V),

K ověření správnosti výpočtů stačí přidat výsledné hodnoty úbytku napětí. Součet se musí rovnat napětí baterie.

Možná se někdo může zeptat: „A pokud dělič není ze dvou odporů, ale ze tří nebo dokonce z deseti? Jak zjistit úbytek napětí na každém z nich? “ Stejně jako v popsaném případě. Nejprve musíte určit celkový odpor obvodu a vypočítat celkový proud.

Poté je tento známý proud jednoduše násoben odpor odpovídajícího odporu. Někdy musíte takové výpočty provádět, ale je tu také jedna věc. Aby se nezpochybnily získané výsledky, měl by být proud ve vzorcích nahrazen v ampérech a odpor v Ohmech. Potom bude bezpochyby výsledek ve voltech.

Vstupní impedance voltmetru

Nyní je každý zvyklý používat čínská zařízení. To však neznamená, že jejich kvalita je zbytečná. Je to jen to, že v Rusku nikdo nenapadlo vyrábět své vlastní multimetry a testery se šipkami zřejmě zapomněli, jak na to. Jen ostuda státu.

Obr. 2. MultimetrDt838

Pokyny k přístrojům naznačovaly jejich technické vlastnosti. Zejména u voltmetrů a testerů spínačů to byl vstupní odpor a byl uveden v kilo-ohmech / voltech. Existovala zařízení s odporem 10 K / V a 20 K / V. Posledně jmenované byly považovány za přesnější, protože měřené napětí bylo sníženo méně a ukázalo přesnější výsledek. Výše uvedené lze potvrdit na obrázku 3.

Obrázek 3

Obrázek ukazuje dělič napětí dvou rezistorů. Odpor každého rezistoru je 1KΩ, napájecí napětí je 3V. Je snadné uhodnout, i když není nutné nic zvážit, že na každém odporu bude přesně poloviční napětí.

Nyní si představte, že měření jsou prováděna zařízením TL4, které má v režimu měření napětí vstupní impedanci 10 KΩ / V. Při napětí uvedeném v diagramu je měřicí limit 3V zcela vhodný, při kterém bude celkový odpor voltmetru 10 * 3 = 30 (KOhm).

Ukazuje se tedy, že paralelně s rezistorem je zapojen další 30 kΩ s odporem 1 kΩ. Pak bude celkový odpor při paralelním připojení 999,999 Ohmu. I když poněkud menší, ale ne moc. Proto bude chyba výsledku měření napětí zanedbatelná.

Pokud oba rezistory děliče mají jmenovitou hodnotu 1 megaohm, budou výsledky výpočtu vypadat asi takto:

Celkový odpor paralelně připojeného voltmetru a odporu R1 bude menší než menší a podle výpočtu to bude 29,126 KΩ. Kdo nevěří, může se pro praxi přepočítat podle vzorců pro paralelní připojení odporů.

Celkový proud v dělicovém obvodu: I = U / (R1 + R2) = 3 / (1000 + 29,126) = 0,0029150949446423470012418304464176 (mA).

Hodnoty odporu jsou nahrazeny v kiloohmech, takže proud se ukazuje v miliampérech. Pak se ukáže, že se zobrazí voltmetr

0,0029150949446423470012418304464176 * 29,126 ≈ 0,085 V.

A polovina byla očekávána, tj. jeden a půl voltu! Pokud je proud v miliampérech, odpor je v kilo-ohmech, pak je výsledek získán ve voltech. Ačkoli ne podle systému SI, někdy tak činí.

Takový dělič je samozřejmě poněkud nereálný: proč dát pouze 3 megaohmové rezistory na napětí pouze 3V? Nebo se takový dělič někde používá, pouze napětí na něm musí být měřeno zcela jiným zařízením.

Například jeden z nejlevnějších čínských multimetrů DT838 ve všech měřicích rozsazích napětí má vstupní odpor 1 megohm, mnohem vyšší než zařízení v předchozím příkladu. Ale to vůbec neznamená, že šipkové metry přežily svůj věk. V některých případech jsou prostě nenahraditelné.

Měření střídavého napětí

Všechny metody a doporučení týkající se měření konstantního napětí platí také pro proměnné: voltmetr je zapojen paralelně s obvodem, vstupní odpor voltmetru by měl být co největší, rozsah měření by měl odpovídat měřenému napětí. Při měření střídavého napětí je však třeba vzít v úvahu další dva faktory, které konstantní napětí nemá. Toto je frekvence napětí a jeho tvar.

Měření mohou být prováděna dvěma typy zařízení: buď moderním digitálním multimetrem, nebo „předním“ testerem ukazatelů. Samozřejmě jsou obě zařízení v tomto měření zahrnuta do režimu měření střídavého napětí. Obě zařízení jsou navržena k měření napětí sinusového tvaru a současně se ukáže efektivní hodnota.

Efektivní napětí U je 0,707 amplitudového napětí Um.

U = Um / √2 = 0,707 * Um, odkud lze usoudit, že Um = U * √2 = 1,41 * U

Zde je vhodný všudypřítomný příklad. Při měření střídavého napětí zařízení vykazovalo 220 V, což znamená, že hodnota amplitudy podle vzorce je

Um = U * √2 = 1,41 * U = 220 * 1,41 = 310 V.

Tento výpočet je potvrzen pokaždé, když je síťové napětí usměrněno diodovým můstkem, po kterém je alespoň jeden elektrolytický kondenzátor: pokud změříte konstantní napětí na výstupu můstku, zařízení zobrazí pouze 310V. Toto číslo by mělo být zapamatováno, může být užitečné při vývoji a opravách spínacích zdrojů.

Uvedený vzorec platí pro všechna napětí, pokud mají sinusový tvar. Například po sestupném transformátoru dojde ke změně 12 V. Poté, po narovnání a vyhlazení na kondenzátoru, dostaneme

12 * 1,41 = 16,92 téměř 17V. Ale to je v případě, že zátěž není připojena. Po připojení zátěže klesne stejnosměrné napětí na téměř 12V. V případě, že se forma napětí liší od sinusové vlny, tyto vzorce nefungují, zařízení neukazují, co se od nich očekává. Při těchto napětích jsou měření prováděna jinými nástroji, například osciloskopem.

Dalším faktorem ovlivňujícím odečty voltmetrů je frekvence. Například digitální multimetr DT838 měří podle svých charakteristik střídavé napětí ve frekvenčním rozsahu 45 ... 450 Hz. O něco lepší je v tomto ohledu starý tester ukazatelů TL4.

V napěťovém rozsahu do 30 V je jeho frekvenční rozsah 40 ... 15 000 Hz (při ladění zesilovačů lze použít téměř celý zvukový rozsah), ale s nárůstem napětí se přípustná frekvence snižuje. V rozsahu 100 V je to 40 ... 4 000 Hz, 300 V 40 ... 2000 Hz a v rozsahu 1 000 V je to pouze 40 ... 700 Hz. Zde je nesporné vítězství nad digitálním zařízením. Tato čísla platí také pro sinusové napětí.

Ačkoli někdy nejsou požadována žádná data o tvaru, frekvenci a amplitudě střídavého napětí. Například, jak zjistit, zda místní oscilátor krátkovlnného přijímače pracuje nebo ne? Proč přijímač nic „nezachytí“?

Ukázalo se, že všechno je velmi jednoduché, pokud používáte ukazatel zařízení. Pro měření střídavého napětí je nutné jej zapnout na libovolný limit a jednou sondou (!) Dotknout se terminálů lokálního oscilátorového tranzistoru. Pokud existují vysokofrekvenční oscilace, pak jsou detekovány diodami uvnitř zařízení a šipka se bude lišit od některé části stupnice.