Sprieguma mērīšana

Radioamatieru praksē tas ir visizplatītākais mērījumu veids. Piemēram, labojot televizoru, spriegumus mēra raksturīgajos ierīces punktos, proti, tranzistoru un mikroshēmu spailēs. Ja jums ir pie rokas ķēdes shēma, kurā parādīti tranzistoru un mikroshēmu režīmi, pieredzējušam meistaram nebūs grūti atrast darbības traucējumus.

Veidojot pašmontētas konstrukcijas, nevar iztikt bez stresa mērījumiem. Vienīgie izņēmumi ir klasiskās shēmas, par kurām viņi raksta kaut ko līdzīgu: "Ja dizains ir samontēts no kopjamām detaļām, tad pielāgošana nav nepieciešama, tā darbosies uzreiz."

Parasti tās ir, piemēram, klasiskas elektronikas shēmas, multivibrators. To pašu pieeju var iegūt pat audio frekvences pastiprinātājam, ja tas ir salikts specializētā mikroshēmā. Kā labs piemērs - TDA 7294 un vēl daudzas citas šīs sērijas mikroshēmas. Bet "integrēto" pastiprinātāju kvalitāte ir maza, un īsti pazinēji savus pastiprinātājus veido uz diskrētiem tranzistoriem un dažreiz arī uz elektroniskām caurulēm. Un šeit vienkārši nevar iztikt bez pielāgošanas un ar to saistītajiem stresa mērījumiem.

Kā un ko izmērīt

Parādīts 1. attēlā.

1. attēls

Varbūt kāds teiks, viņi saka, ko šeit var izmērīt? Un kāda jēga salikt šādu ķēdi? Jā, iespējams, ir grūti atrast praktisku pielietojumu šādai shēmai. Un izglītības vajadzībām tas ir diezgan piemērots.

Pirmkārt, jums vajadzētu pievērst uzmanību tam, kā ir savienots voltmetrs. Tā kā līdzstrāvas ķēde ir parādīta attēlā, voltmetrs ir pievienots atbilstoši polaritātei, kas uz ierīces norādīta plus un mīnus zīmju veidā. Būtībā šī piezīme attiecas uz rādītājierīci: ja polaritāte netiek novērota, bultiņa novirzīsies pretējā virzienā skalas nulles dalījuma virzienā. Tātad mēs iegūstam sava veida negatīvu nulli.

Digitālās ierīces, multimetri šajā ziņā ir demokrātiskāki. Pat ja testa zondes savienots ar apgrieztu polaritāti, spriegums joprojām tiks mērīts, pirms rezultāta skalā parādīsies tikai mīnus zīme.

Vēl viena lieta, kas jāņem vērā, mērot spriegumus, ir ierīces mērīšanas diapazons. Ja aprēķinātais spriegums ir, piemēram, 10 ... 200 milivoltu diapazonā, tad ierīces mērogs atbilst 200 milivoltiem, un sprieguma mērīšana uz 1000 voltu skalas, visticamāk, nedos saprotamu rezultātu.

Citos gadījumos jāizvēlas arī mērījumu diapazons. 100 voltu izmērītajam spriegumam 200V un pat 1000V diapazons ir diezgan piemērots. Rezultāts būs tāds pats. Tas attiecas uz mūsdienu multimetrs.

Ja mērījumus veic vecā labā rādītāja ierīce, tad, lai izmērītu spriegumu 100 V, jāizvēlas mērījumu diapazons, kad rādījumi atrodas skalas vidū, kas ļauj precīzāk nolasīt.

Un vēl viens klasisks ieteikums par voltmetra lietošanu, proti: ja izmērītā sprieguma lielums nav zināms, mērījumi jāsāk, iestatot voltmetru uz lielāko diapazonu. Galu galā, ja izmērītais spriegums ir 1V, bet diapazons ir 1000V, vislielākā bīstamība ir nepareiza ierīces nolasīšana. Ja izrādās otrādi, mērījumu diapazons ir 1 V, un izmērītais spriegums ir 1000, jaunas ierīces iegādi vienkārši nevar izvairīties.

Ko rādīs voltmetrs

Bet, iespējams, mēs atgriezīsimies 1. attēlā un mēģināsim noteikt, ko rādīs abi voltmetri. Lai to noteiktu, jums tas ir jādara izmantojiet Ohmas likumu. Problēmu var atrisināt dažos soļos.

Vispirms aprēķiniet strāvu ķēdē. Lai to izdarītu, ir nepieciešams sadalīt avota spriegumu (attēlā tas ir galvaniskais akumulators ar spriegumu 1,5 V) ar ķēdes pretestību.Ar rezistoru virknes savienojumu šī būs vienkārši to pretestību summa. Formulas formā tas izskatās apmēram šādi: I = U / (R1 + R2) = 4,5 / (100 + 150) = 0,018 (A) = 180 (mA).

Neliela piezīme: ja izteiksme 4,5 / (100 + 150) tiek kopēta starpliktuvē, pēc tam ielīmēta Windows kalkulatora logā, pēc nospiežot taustiņu "vienāds", tiks iegūts aprēķinu rezultāts. Praksē tiek aprēķinātas vēl sarežģītākas izteiksmes, kas satur kvadrātveida un cirtainus breketes, grādus un funkcijas.

Otrkārt, iegūstiet mērījumu rezultātus, piemēram, sprieguma kritumu katrā rezistorā:

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

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

Lai pārbaudītu aprēķinu pareizību, pietiek ar to, lai pievienotu abas iegūtās sprieguma krituma vērtības. Summai jābūt vienādai ar akumulatora spriegumu.

Varbūt kāds var jautāt: “Un ja dalītājs nav no diviem rezistoriem, bet no trim vai pat no desmit? Kā noteikt sprieguma kritumu katram no tiem? " Tādā pašā veidā kā aprakstītajā gadījumā. Vispirms jums jānosaka ķēdes kopējā pretestība un jāaprēķina kopējā strāva.

Pēc tam šo jau zināmo strāvu vienkārši reizina ar attiecīgā rezistora pretestība. Dažreiz jums ir jāveic šādi aprēķini, taču ir arī viena lieta. Lai nešaubītos par iegūtajiem rezultātiem, strāva formulās būtu jāaizstāj ampēros, bet pretestība - Ohms. Tad rezultāts bez šaubām būs Voltos.

Voltmetra ieejas pretestība

Tagad visi ir pieraduši izmantot Ķīnā ražotas ierīces. Bet tas nenozīmē, ka to kvalitāte ir bezjēdzīga. Tas ir tikai tas, ka Krievijā neviens nedomāja ražot savus multimetrus, un bultas pārbaudītāji acīmredzot aizmirsa, kā to izdarīt. Tikai kauns valstij.

Att. 2. MultimetrsDt838

Savulaik instrumentu instrukcijās bija norādīts to tehniskais raksturojums. Jo īpaši voltmetriem un slēdžu testētājiem tā bija ieejas pretestība, un to norādīja kilo-omi / voltos. Bija ierīces ar pretestību 10 K / V un 20 K / V. Pēdējie tika uzskatīti par precīzākiem, jo ​​izmērītais spriegums tika samazināts mazāk un uzrādīja precīzāku rezultātu. Iepriekš minēto var apstiprināt ar 3. attēlu.

3. attēls

Attēlā parādīts divu rezistoru sprieguma dalītājs. Katra rezistora pretestība ir 1KΩ, barošanas spriegums ir 3V. Ir viegli uzminēt, pat nav nepieciešams kaut ko uzskatīt, ka uz katra rezistora būs tieši puse sprieguma.

Tagad iedomājieties, ka mērījumus veic ierīce TL4, kurai sprieguma mērīšanas režīmā ieejas pretestība ir 10KΩ / V. Pie diagrammā norādītā sprieguma diezgan piemērota ir 3V mērīšanas robeža, pie kuras voltmetra kopējā pretestība būs 10 * 3 = 30 (KOhm).

Tādējādi izrādās, ka paralēli rezistoram ir savienoti vēl 30KΩ ar pretestību 1KΩ. Tad kopējā pretestība, kad tā ir savienota paralēli, būs 999,999 omi. Lai arī nedaudz mazāks, bet ne par maz. Tāpēc sprieguma mērīšanas rezultāta kļūda būs nenozīmīga.

Ja abiem dalītāja rezistoriem ir nominālā vērtība 1 megaohms, tad aprēķinu rezultāti izskatās šādi:

Paralēli savienotā voltmetra un rezistora R1 kopējā pretestība būs mazāka par mazāku, un pēc aprēķiniem tā būs 29,126KΩ. Kas netic, var praksē veikt pārrēķinu pēc pretestību paralēlas savienošanas formulām.

Kopējā strāva dalītāju ķēdē: I = U / (R1 + R2) = 3 / (1000 + 29,126) = 0,0029150949446423470012418304464176 (mA).

Pretestības vērtības tiek aizstātas kilo-omos, tāpēc strāva izrādījās miliampos. Tad izrādās, ka rādīs voltmetrs

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

Un puse tika gaidīta, t.i. pusotrs volts! Ja strāva ir izteikta milimetros, pretestība ir kilo-omi, tad rezultātu iegūst voltos. Lai arī tas nav saskaņā ar SI sistēmu, dažreiz viņi to dara.

Protams, šāds dalītājs ir nedaudz nereāls: kāpēc tikai 3 megaohm rezistorus likt uz spriegumu tikai 3V? Vai varbūt kaut kur tiek izmantots šāds dalītājs, tikai ar pavisam citu ierīci jāmēra spriegums uz tā.

Piemēram, vienam no lētākajiem Ķīnas multimetriem DT838 visos sprieguma mērīšanas diapazonos ir ieejas pretestība 1 megohm, kas ir daudz augstāka nekā iepriekšējā piemērā norādītā ierīce. Bet tas nemaz nenozīmē, ka bultmetri ir pārsnieguši viņu vecumu. Dažos gadījumos tie ir vienkārši neaizvietojami.

Maiņstrāvas sprieguma mērīšana

Visas metodes un ieteikumi, kas saistīti ar pastāvīga sprieguma mērīšanu, attiecas arī uz mainīgajiem: voltmetrs ir savienots paralēli ķēdes sekcijai, voltmetra ieejas pretestībai jābūt pēc iespējas lielākai, mērījumu diapazonam jāatbilst izmērītajam spriegumam. Bet, mērot mainīgos spriegumus, jāņem vērā vēl divi faktori, kuriem pastāvīga sprieguma nav. Šī ir sprieguma frekvence un tā forma.

Mērījumus var veikt ar divu veidu instrumentiem: vai nu ar modernu digitālo multimetru, vai ar “antediluvian” rādītāja testeri. Protams, abas ierīces šajā mērījumā ir iekļautas mainīgā sprieguma mērīšanas režīmā. Abas ierīces ir paredzētas sinusoidālas formas sprieguma mērīšanai, un vienlaikus tās parādīs rms vērtība.

Faktiskais spriegums U ir 0,707 no amplitūdas sprieguma Um.

U = Um / √2 = 0,707 * Um, no kurienes var secināt, ka Um = U * √2 = 1,41 * U

Šeit ir piemērots visaptverošs piemērs. Mērot maiņstrāvas spriegumu, ierīce parādīja 220 V, kas nozīmē, ka amplitūdas vērtība saskaņā ar formulu ir

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

Šis aprēķins tiek apstiprināts katru reizi, kad tīkla spriegumu izlīdzina ar diodes tiltu, pēc kura ir vismaz viens elektrolītiskais kondensators: ja izmērīsit pastāvīgu spriegumu tilta izejā, ierīce parādīs tikai 310 V. Šis skaitlis ir jāatceras, tas var būt noderīgs komutācijas barošanas avotu izstrādē un remontā.

Norādītā formula ir derīga visiem spriegumiem, ja tiem ir sinusoidāla forma. Piemēram, pēc atkāpšanās transformatora notiek 12 V maiņa. Tad pēc iztaisnošanas un izlīdzināšanas uz kondensatora mēs iegūstam

12 * 1,41 = 16,92 gandrīz 17 V. Bet tas ir tad, ja slodze nav savienota. Kad slodze ir pievienota, līdzstrāvas spriegums samazināsies līdz gandrīz 12 V. Ja sprieguma forma atšķiras no sinusoidālā viļņa, šīs formulas nedarbojas, ierīces neuzrāda to, kas no tām tika gaidīts. Pie šiem spriegumiem mērījumus veic ar citiem instrumentiem, piemēram, osciloskopu.

Vēl viens faktors, kas ietekmē voltmetra rādījumus, ir frekvence. Piemēram, digitālais multimetrs DT838 pēc tā raksturlielumiem mēra mainīgus spriegumus frekvences diapazonā 45 ... 450 Hz. Nedaudz labāks šajā ziņā ir vecais TL4 rādītāja testeris.

Sprieguma diapazonā līdz 30V tā frekvences diapazons ir 40 ... 15000Hz (gandrīz visu skaņas diapazonu var izmantot, noskaņojot pastiprinātājus), bet, palielinoties spriegumam, pieļaujamā frekvence samazinās. 100 V diapazonā tas ir 40 ... 4000 Hz, 300 V 40 ... 2000 Hz, bet 1000 V diapazonā tas ir tikai 40 ... 700 Hz. Šeit ir neapstrīdama uzvara pār digitālo ierīci. Šie skaitļi attiecas arī tikai uz sinusoidālajiem spriegumiem.

Lai gan dažreiz nav nepieciešami dati par mainīgo spriegumu formu, frekvenci un amplitūdu. Piemēram, kā noteikt, vai darbojas īsviļņu uztvērēja vietējais oscilators? Kāpēc uztvērējs neko “neķer”?

Izrādās, ka viss ir ļoti vienkārši, ja izmantojat rādītāja ierīci. Tas ir jāieslēdz līdz jebkurai mainīga sprieguma mērīšanas robežai un ar vienu zondi (!) Pieskarieties lokālā oscilatora tranzistora spailēm. Ja ir augstas frekvences svārstības, tad tās nosaka ierīces iekšpusē esošās diodes, un bultiņa novirzīsies uz kādu skalas daļu.