Pomiar napięcia

W amatorskiej praktyce radiowej jest to najczęstszy rodzaj pomiaru. Na przykład podczas naprawy telewizora napięcia są mierzone w charakterystycznych punktach urządzenia, a mianowicie na zaciskach tranzystorów i mikroukładów. Jeśli masz pod ręką schemat obwodu, który pokazuje tryby tranzystorów i mikroukładów, doświadczonemu mistrzowi nie będzie trudno znaleźć usterkę.

Podczas budowania samodzielnie zmontowanych konstrukcji nie można zrezygnować z pomiaru naprężeń. Jedynymi wyjątkami są klasyczne schematy, o których piszą mniej więcej tak: „Jeśli projekt składa się z części nadających się do serwisowania, to nie jest wymagana żadna regulacja, to od razu zadziała”.

Z reguły są to klasyczne obwody elektroniczne, na przykład multiwibrator. To samo podejście można uzyskać nawet dla wzmacniacza częstotliwości audio, jeśli jest on zamontowany na specjalnym układzie scalonym. Jako dobry przykład, TDA 7294 i wiele innych układów z tej serii. Ale jakość „zintegrowanych” wzmacniaczy jest niewielka, a prawdziwi koneserzy budują swoje wzmacniacze na dyskretnych tranzystorach, a czasem na lampach elektronicznych. I tutaj jest to tylko to, czego nie można zrobić bez dostosowywania i powiązanych pomiarów stresu.

Jak i co mierzyć

Pokazane na rycinie 1.

Rycina 1

Być może ktoś powie, powiedzą, co można tu zmierzyć? A po co składać taki łańcuch? Tak, prawdopodobnie trudno jest znaleźć praktyczne zastosowanie dla takiego programu. I do celów edukacyjnych jest całkiem odpowiedni.

Przede wszystkim należy zwrócić uwagę na sposób podłączenia woltomierza. Ponieważ obwód prądu stałego pokazano na rysunku, woltomierz jest podłączony zgodnie z biegunowością wskazaną na urządzeniu w postaci znaków plus i minus. Zasadniczo ta uwaga jest prawdziwa dla urządzenia wskazującego: jeśli nie zostanie zaobserwowana polaryzacja, strzałka będzie odchylać się w przeciwnym kierunku, w kierunku zerowego podziału skali. Otrzymujemy więc jakieś zero ujemne.

Urządzenia cyfrowe, multimetry pod tym względem są bardziej demokratyczne. Nawet jeśli sondy testowe podłączone w odwrotnej polaryzacji napięcie będzie nadal mierzone, tylko znak minus pojawi się na skali przed wynikiem.

Kolejną rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę podczas pomiaru napięć, jest zakres pomiarowy urządzenia. Jeśli oszacowane napięcie mieści się w zakresie, na przykład 10 ... 200 miliwoltów, wówczas skala urządzenia odpowiada 200 miliwoltom, a pomiar napięcia w skali 1000 woltów raczej nie da zrozumiałego wyniku.

Powinieneś także wybrać zakres pomiaru w innych przypadkach. Dla zmierzonego napięcia 100 woltów odpowiedni jest zakres 200 V, a nawet 1000 V. Wynik będzie taki sam. To w odniesieniu do nowoczesny multimetr.

Jeśli pomiary są wykonywane przez dobre stare urządzenie wskaźnikowe, to aby zmierzyć napięcie 100 V, należy wybrać zakres pomiarowy, gdy odczyty znajdują się na środku skali, co pozwala na dokładniejszy odczyt.

I jeszcze jedno klasyczne zalecenie dotyczące zastosowania woltomierza, a mianowicie: jeśli wielkość mierzonego napięcia nie jest znana, należy rozpocząć pomiary, ustawiając woltomierz na największy zakres. W końcu, jeśli zmierzone napięcie wynosi 1 V, a zakres wynosi 1000 V, największym niebezpieczeństwem są nieprawidłowe odczyty urządzenia. Jeśli okaże się na odwrót, zakres pomiaru wynosi 1 V, a zmierzone napięcie wynosi 1000, po prostu nie można uniknąć zakupu nowego urządzenia.

Co pokaże woltomierz

Być może jednak wrócimy do rysunku 1 i spróbujemy ustalić, co pokażą oba woltomierze. Aby to ustalić, musisz skorzystaj z prawa Ohma. Problem można rozwiązać w kilku krokach.

Najpierw obliczyć prąd w obwodzie. Aby to zrobić, konieczne jest podzielenie napięcia źródła (na rysunku jest to bateria galwaniczna o napięciu 1,5 V) przez rezystancję obwodu.Przy szeregowym połączeniu rezystorów będzie to po prostu suma ich rezystancji. W postaci wzoru wygląda to tak: I = U / (R1 + R2) = 4,5 / (100 + 150) = 0,018 (A) = 180 (mA).

Mała uwaga: jeśli wyrażenie 4,5 / (100 + 150) zostanie skopiowane do schowka, a następnie wklejone do okna kalkulatora Windows, to po naciśnięciu klawisza „równy” uzyskany zostanie wynik obliczeń. W praktyce obliczane są jeszcze bardziej złożone wyrażenia zawierające nawiasy kwadratowe i nawiasy klamrowe, stopnie i funkcje.

Po drugie, uzyskaj wyniki pomiaru, takie jak spadek napięcia na każdym oporniku:

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

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

Aby zweryfikować poprawność obliczeń, wystarczy dodać obie uzyskane wartości spadku napięcia. Suma musi być równa napięciu akumulatora.

Być może ktoś może zapytać: „A jeśli dzielnik nie pochodzi z dwóch oporników, ale z trzech, a nawet z dziesięciu? Jak określić spadek napięcia na każdym z nich? ” W taki sam sposób jak w opisanym przypadku. Najpierw musisz określić całkowitą rezystancję obwodu i obliczyć całkowity prąd.

Po czym ten już znany prąd jest po prostu mnożony przez rezystancja odpowiedniego rezystora. Czasami trzeba wykonać takie obliczenia, ale jest też jedna rzecz. Aby nie wątpić w uzyskane wyniki, prąd we wzorach należy podstawić w amperach, a rezystancję w omach. Wtedy bez wątpienia wynik będzie w woltach.

Impedancja wejściowa woltomierza

Teraz wszyscy są przyzwyczajeni do korzystania z urządzeń chińskich. Ale to nie znaczy, że ich jakość jest bezużyteczna. Po prostu w Rosji nikt nie myślał o produkcji własnych multimetrów, a testerzy strzał najwyraźniej zapomnieli, jak to zrobić. Wstyd dla państwa.

Ryc. 2. MultimetrDt838

Dawno, dawno temu instrukcje dotyczące instrumentów wskazywały na ich właściwości techniczne. W szczególności w przypadku woltomierzy i testerów przełączników była to rezystancja wejściowa, która została wskazana w kilo-omach / woltach. Były urządzenia o rezystancji 10 K / V i 20 K / V. Te ostatnie zostały uznane za dokładniejsze, ponieważ zmierzone napięcie zostało zmniejszone mniej i pokazało dokładniejszy wynik. Powyższe można potwierdzić na ryc. 3.

Rycina 3

Rysunek pokazuje dzielnik napięcia dwóch rezystorów. Rezystancja każdego opornika wynosi 1 KΩ, napięcie zasilania wynosi 3 V. Łatwo zgadnąć, nawet nie trzeba brać pod uwagę niczego, że na każdym oporniku będzie dokładnie połowa napięcia.

Teraz wyobraź sobie, że pomiary są wykonywane przez urządzenie TL4, które w trybie pomiaru napięcia ma impedancję wejściową 10 KΩ / V. Przy napięciu wskazanym na schemacie granica pomiaru 3 V jest całkiem odpowiednia, przy której całkowita rezystancja woltomierza wyniesie 10 * 3 = 30 (KOhm).

Okazuje się zatem, że kolejne 30 KΩ jest połączone równolegle z rezystorem o rezystancji 1 KΩ. Wtedy całkowita rezystancja po połączeniu równoległym wyniesie 999,999 Ohm. Chociaż nieco mniejszy, ale niewiele. Dlatego błąd wyniku pomiaru napięcia będzie znikomy.

Jeśli oba rezystory dzielnika mają wartość nominalną 1 megaom, wyniki obliczeń będą wyglądać mniej więcej tak:

Całkowita oporność równolegle podłączonego woltomierza i rezystora R1 będzie mniejsza niż mniejsza, a według obliczeń wyniesie 29,126 kΩ. Kto nie wierzy, może, w praktyce, przeliczyć według wzorów dla równoległego połączenia rezystancji.

Całkowity prąd w obwodzie dzielnika: I = U / (R1 + R2) = 3 / (1000 + 29,126) = 0,0029150949446423470012418304464176 (mA).

Wartości rezystancji są podstawiane w kilo-omach, więc prąd okazał się w miliamperach. Potem okazuje się, że woltomierz pokaże

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

I połowa była oczekiwana, tj. półtora wolta! Jeśli prąd jest w miliamperach, rezystancja jest w kilo-omach, wynik jest uzyskiwany w woltach. Chociaż nie jest to zgodne z systemem SI, czasami tak się dzieje.

Oczywiście taki dzielnik jest nieco nierealistyczny: po co umieszczać tylko 3 rezystory megaomowe na napięciu tylko 3 V. A może gdzieś taki rozdzielacz jest używany, tylko napięcie na nim musi być mierzone za pomocą zupełnie innego urządzenia.

Na przykład jeden z najtańszych chińskich multimetrów DT838, we wszystkich zakresach pomiaru napięcia, ma rezystancję wejściową 1 megahm, znacznie wyższą niż urządzenie w poprzednim przykładzie. Ale to wcale nie oznacza, że ​​mierniki strzałek przeżyły swój wiek. W niektórych przypadkach są po prostu niezastąpione.

Pomiar napięcia prądu przemiennego

Wszystkie metody i zalecenia związane z pomiarem stałego napięcia obowiązują również dla zmiennych: woltomierz jest podłączony równolegle do sekcji obwodu, rezystancja wejściowa woltomierza powinna być jak największa, zakres pomiarowy powinien odpowiadać mierzonemu napięciu. Ale przy pomiarze napięć przemiennych należy wziąć pod uwagę jeszcze dwa czynniki, których nie ma stałe napięcie. Jest to częstotliwość napięcia i jego kształt.

Pomiary mogą być wykonywane za pomocą dwóch rodzajów urządzeń: albo nowoczesnego multimetru cyfrowego, albo „przedpotopowego” testera wskaźnika. Oczywiście oba urządzenia w tym pomiarze są włączone w tryb pomiaru napięć przemiennych. Oba urządzenia są zaprojektowane do pomiaru napięcia o kształcie sinusoidalnym, a jednocześnie pokażą wartość skuteczna.

Skuteczne napięcie U wynosi 0,707 napięcia amplitudy Um.

U = Um / √2 = 0,707 * Um, skąd można wywnioskować, że Um = U * √2 = 1,41 * U

Wszechobecny przykład jest tutaj odpowiedni. Podczas pomiaru napięcia prądu przemiennego urządzenie wykazywało 220 V, co oznacza, że ​​wartość amplitudy zgodnie ze wzorem wynosi

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

Obliczenia te są potwierdzane za każdym razem, gdy napięcie sieciowe jest prostowane mostkiem diodowym, po którym jest co najmniej jeden kondensator elektrolityczny: jeśli zmierzysz stałe napięcie na wyjściu mostka, urządzenie pokaże tylko 310 V. Tę liczbę należy pamiętać, ponieważ może być przydatna w rozwoju i naprawie przełączających zasilaczy.

Wskazana formuła obowiązuje dla wszystkich naprężeń, jeśli mają one kształt sinusoidalny. Na przykład po transformatorze obniżającym występuje zmiana 12 V. Następnie, po wyprostowaniu i wygładzeniu kondensatora, otrzymujemy

12 * 1,41 = 16,92 prawie 17 V. Ale dzieje się tak, jeśli obciążenie nie jest podłączone. Po podłączeniu obciążenia napięcie prądu stałego spadnie do prawie 12 V. W przypadku, gdy forma napięcia jest inna niż fala sinusoidalna, wzory te nie działają, urządzenia nie pokazują, czego się od nich oczekuje. Przy tych napięciach pomiary są wykonywane przez inne przyrządy, na przykład oscyloskop.

Kolejnym czynnikiem wpływającym na odczyty woltomierza jest częstotliwość. Na przykład multimetr cyfrowy DT838, zgodnie ze swoją charakterystyką, mierzy napięcia przemienne w zakresie częstotliwości 45 ... 450 Hz. Nieco lepszy pod tym względem jest stary tester wskaźników TL4.

W zakresie napięcia do 30 V jego zakres częstotliwości wynosi 40 ... 15000 Hz (prawie cały zakres dźwięku może być używany podczas strojenia wzmacniaczy), ale wraz ze wzrostem napięcia dopuszczalna częstotliwość maleje. W zakresie 100 V wynosi 40 ... 4000 Hz, 300 V 40 ... 2000 Hz, aw zakresie 1000 V tylko 40 ... 700 Hz. Oto niekwestionowane zwycięstwo nad urządzeniem cyfrowym. Liczby te dotyczą również naprężeń sinusoidalnych.

Chociaż czasami nie są wymagane dane dotyczące kształtu, częstotliwości i amplitudy napięć przemiennych. Na przykład, jak ustalić, czy lokalny oscylator odbiornika krótkofalowego działa, czy nie? Dlaczego odbiornik niczego nie „łapie”?

Okazuje się, że wszystko jest bardzo proste, jeśli używasz wskaźnika. Konieczne jest włączenie go do dowolnej granicy pomiaru zmiennych napięć i za pomocą jednej sondy (!) Dotknąć zacisków lokalnego tranzystora oscylatora. Jeśli występują oscylacje o wysokiej częstotliwości, są one wykrywane przez diody wewnątrz urządzenia, a strzałka odchyli się do pewnej części skali.