Измерване на напрежението

В любителската радио практика това е най-често срещаният вид измерване. Например, когато ремонтирате телевизор, напреженията се измерват в характерни точки на устройството, а именно в клемите на транзисторите и микросхемите. Ако имате под ръка електрическа схема и тя показва режимите на транзисторите и микросхемите, тогава за опитен майстор няма да е трудно да намери неизправност.

Когато изграждате самостоятелно сглобени конструкции, измерването на напрежението не може да бъде отказано. Единствените изключения са класическите схеми, за които те пишат нещо подобно: "Ако дизайнът е сглобен от обслужващи се части, тогава не се изисква настройка, той ще работи веднага."

По правило това са класически електронни схеми, напр. мултивибратор, Същият подход може да се получи дори и за аудиочестотен усилвател, ако е сглобен на специализиран чип. Като добър пример, TDA 7294 и още много чипове в тази серия. Но качеството на "интегрираните" усилватели е малко и истинските ценители изграждат усилвателите си върху дискретни транзистори, а понякога и на електронни тръби. И тук е просто, че не можете да направите без да коригирате и свързани измервания на напрежението.

Как и какво да се измери

Показано на Фигура 1.

Фигура 1

Може би някой ще каже, казва, какво може да се измери тук? И какъв е смисълът да сглобяваме такава верига? Да, вероятно е трудно да се намери практическо приложение за подобна схема. А за образователни цели е доста подходящ.

На първо място, трябва да обърнете внимание на това как е свързан волтметърът. Тъй като веригата за постоянен ток е показана на фигурата, волтметърът е свързан в съответствие с полярността, посочена на устройството, под формата на знаци плюс и минус. По принцип тази забележка е вярна за показалеца: ако полярността не се наблюдава, стрелката ще се отклони в обратна посока, в посока на нулевото деление на скалата. Така получаваме някаква отрицателна нула.

Цифровите устройства, мултиметри, в това отношение са по-демократични. Дори и ако тестови сонди свързани с обратна полярност, напрежението все още ще се измерва, само знак минус ще се появи на скалата преди резултата.

Друго нещо, което трябва да се отбележи при измерване на напрежения, е обхватът на измерване на устройството. Ако прогнозното напрежение е в диапазона, например, 10 ... 200 миливолта, тогава мащабът на устройството съответства на 200 миливолта, а измерването на напрежението в скала от 1000 волта е малко вероятно да даде разбираем резултат.

Вие също трябва да изберете диапазон на измерване в други случаи. За измерено напрежение от 100 волта е подходящ обхват от 200 V и дори 1000 V. Резултатът ще бъде същият. По отношение на модерен мултицет.

Ако измерванията се извършват от старото добро устройство на показалеца, тогава за да измерите напрежението от 100 V, трябва да изберете диапазона на измерване, когато показанията са в средата на скалата, което позволява по-точно отчитане.

И още една класическа препоръка за използването на волтметър, а именно: ако величината на измереното напрежение е неизвестна, тогава измерванията трябва да бъдат стартирани с определяне на волтметъра на най-големия диапазон. В края на краищата, ако измереното напрежение е 1V, а обхватът е 1000V, най-голямата опасност е в неправилните показания на устройството. Ако се окаже обратното, диапазонът на измерване е 1V, а измереното напрежение е 1000, закупуването на ново устройство просто не може да бъде избегнато.

Какво ще покаже волтметър

Но, може би, ще се върнем към Фигура 1 и ще се опитаме да определим какво, и двата волтметра ще покажат. За да определите това, трябва да го направите възползвайте се от закона на Ом, Проблемът може да бъде решен в няколко стъпки.

Първо, изчислете тока във веригата. За да направите това, е необходимо да се раздели напрежението на източника (на фигурата е галванична батерия с напрежение 1,5 V) от съпротивлението на веригата.При серийно свързване на резистори това просто ще бъде сумата от техните съпротивления. Във формата на формула изглежда така: I = U / (R1 + R2) = 4,5 / (100 + 150) = 0,018 (A) = 180 (mA).

Малка забележка: ако изразът 4,5 / (100 + 150) се копира в клипборда, след това се постави в прозореца на калкулатора на Windows, след това след натискане на бутона "равен" ще се получи резултатът от изчисленията. На практика се изчисляват още по-сложни изрази, съдържащи квадратни и къдрави скоби, степени и функции.

Второ, вземете резултатите от измерванията, като спад на напрежението върху всеки резистор:

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

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

За да проверите правилността на изчисленията, достатъчно е да добавите и двете получени стойности на спада на напрежението. Сумата трябва да е равна на напрежението на акумулатора.

Може би някой може да попита: „И ако разделителят не е от два резистора, а от три или дори от десет? Как да определим спада на напрежението на всеки от тях? " По същия начин, както в описания случай. Първо трябва да определите общото съпротивление на веригата и да изчислите общия ток.

След което този вече известен ток просто се умножава по съпротивление на съответния резистор, Понякога трябва да правите такива изчисления, но има и едно нещо. За да не се съмняват в получените резултати, токът във формулите трябва да бъде заменен в Ампер, а съпротивлението в Ом. Тогава, без съмнение, резултатът ще бъде във волт.

Входно съпротивление на волтметър

Сега всички са свикнали да използват устройства, произведени от Китай. Но това не означава, че качеството им е безполезно. Просто в Русия никой не е мислил да произвежда свои собствени мултицетри и тестерите на стрели явно са забравили как да го направят. Само срам за държавата.

Фиг. 2. МултицетDT838

Веднъж в инструкциите за инструментите се посочваха техническите им характеристики. По-специално, за волтметри и тестери на превключватели, това беше входното съпротивление и беше посочено в кило-оми / волта. Имаше устройства с съпротивление 10 K / V и 20 K / V. Последните се считат за по-точни, тъй като измереното напрежение е намалено по-малко и показва по-точен резултат. Горното може да бъде потвърдено от фигура 3.

Фигура 3

Фигурата показва делител на напрежение на два резистора, Съпротивлението на всеки резистор е 1KΩ, захранващото напрежение е 3V. Лесно е да се отгатне, дори не е необходимо да се има предвид нищо, че на всеки резистор ще има точно половината от напрежението.

А сега си представете, че измерванията се извършват от устройството TL4, което в режим на измерване на напрежение има входен импеданс 10KΩ / V. При напрежението, посочено на диаграмата, границата на измерване от 3V е доста подходяща, при която общото съпротивление на волтметъра ще бъде 10 * 3 = 30 (KOhm).

По този начин се оказва, че други 30KΩ са свързани паралелно с резистора със съпротивление 1KΩ. Тогава общото съпротивление, когато е свързано паралелно, ще бъде 999.999 Ohm. Макар и малко по-малък, но не от много. Следователно грешката в резултата от измерването на напрежението ще бъде незначителна.

Ако и двата резистора на делителя имат номинална стойност 1 мегаом, резултатите от изчисленията ще изглеждат така:

Общото съпротивление на паралелно свързан волтметър и резистор R1 ще бъде по-малко от по-малко, а чрез изчисляване ще бъде 29.126KΩ. Който не вярва, може на практика да преизчисли по формули за паралелно свързване на съпротивления.

Общ ток в разделителната верига: I = U / (R1 + R2) = 3 / (1000 + 29.126) = 0.0029150949446423470012418304464176 (mA).

Стойностите на съпротивлението са заместени в килооми, така че токът се оказа в милиампери. Тогава се оказва, че волтметърът ще покаже

0,0029150949446423470012418304464176 * 29.126 ≈ 0.085 V.

И половината се очакваше, т.е. един и половина волта! Ако токът е в милиампери, съпротивлението е в кило-оми, тогава резултатът се получава във волта. Въпреки че не е според системата на SI, понякога те го правят.

Разбира се, такъв разделител е донякъде нереалистичен: защо да поставите само 3 мегаомни резистора на напрежение от само 3V? Или може би такъв разделител се използва някъде, само напрежението върху него трябва да се измерва с напълно различно устройство.

Например един от най-евтините китайски мултиметри DT838 във всички диапазони за измерване на напрежение има входно съпротивление от 1 мегаом, много по-високо от устройството в предишния пример. Но това изобщо не означава, че стрелките са надживели възрастта си. В някои случаи те са просто незаменими.

Измерване на променливо напрежение

Всички методи и препоръки, свързани с измерването на постоянни напрежения, са валидни и за променливи: волтметърът се включва паралелно с секцията на веригата, входното съпротивление на волтметъра трябва да бъде възможно най-голямо, обхватът на измерване трябва да съответства на измереното напрежение. Но при измерване на променливи напрежения трябва да се вземат предвид още два фактора, които постоянно напрежение няма. Това е честотата на напрежението и неговата форма.

Измерванията могат да се извършват от два вида инструменти: или модерен цифров мултицет, или "предварителен" тестер на показалеца. Естествено и двете устройства в това измерване са включени в режим на измерване на променливи напрежения. И двете устройства са проектирани да измерват напрежението на синусоидална форма и в същото време ще покажат RMS стойност.

Ефективното напрежение U е 0.707 от амплитудното напрежение Um.

U = Um / √2 = 0.707 * Хм, откъдето може да се заключи, че Um = U * √2 = 1,41 * U

Тук е подходящ широко разпространен пример. При измерване на променливо напрежение устройството показва 220V, което означава, че стойността на амплитудата според формулата е

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

Това изчисление се потвърждава всеки път, когато мрежовото напрежение се коригира от диоден мост, след което има поне един електролитен кондензатор: ако измервате постоянното напрежение на изхода на моста, устройството ще покаже само 310V. Тази цифра трябва да се помни, тя може да бъде полезна при разработването и ремонта на комутационни захранващи устройства.

Посочената формула е валидна за всички напрежения, ако имат синусоидална форма. Например, след понижаващ трансформатор има 12 V промяна. След това, след изправяне и заглаждане на кондензатора, получаваме

12 * 1,41 = 16,92 почти 17V. Но това е, ако натоварването не е свързано. Когато натоварването е свързано, постояннотоковото напрежение ще спадне до почти 12V. В случай, когато формата на напрежение е различна от синусоида, тези формули не работят, устройствата не показват какво се очаква от тях. При тези напрежения измерванията се извършват от други инструменти, например осцилоскоп.

Друг фактор, влияещ върху показанията на волтметъра, е честотата. Например цифровият мултицет DT838 според своите характеристики измерва променливи напрежения в честотен диапазон 45 ... 450 Hz. Малко по-добър в това отношение е старият TL4 показалец на тестер.

В обхвата на напрежението до 30V честотният му диапазон е 40 ... 15000Hz (почти целият диапазон на звука може да се използва при настройка на усилватели), но с увеличаване на напрежението допустимата честота намалява. В обхвата от 100V той е 40 ... 4000Hz, 300V 40 ... 2000Hz, а в обхвата 1000V е само 40 ... 700Hz. Ето една безспорна победа над цифрово устройство. Тези цифри са валидни и за синусоидални натоварвания.

Въпреки че понякога не се изискват данни за формата, честотата и амплитудата на променливите напрежения. Например, как да определите дали локалният осцилатор на приемник с къси вълни работи или не? Защо приемникът не „хваща“ нищо?

Оказва се, че всичко е много просто, ако използвате указателно устройство. Необходимо е да го включите до всяка граница за измерване на променливи напрежения и с една сонда (!) Докоснете клемите на локалния осцилаторен транзистор. Ако има високочестотни трептения, тогава те се откриват от диодите вътре в устройството и стрелката ще се отклони до някаква част от скалата.