Pomiar prądu

Pomiar prądu stałego

W technologii elektronicznej często konieczne jest mierzenie prądów stałych. Najwyraźniej z tego powodu wiele multimetrów, głównie tanich, może mierzyć tylko prąd stały. Zakres pomiaru prądu przemiennego jest w niektórych modelach multimetrów, które są droższe, ale tym wskazaniom można zaufać tylko wtedy, gdy prąd ma kształt sinusoidalny, a częstotliwość nie przekracza 50 Hz.

Wymagania amperomierza

Każde urządzenie pomiarowe jest uważane za dobre, jeśli nie wprowadza zniekształceń do mierzonej wielkości, a raczej wprowadza, ale w jak najmniejszym stopniu. W przypadku woltomierza jest to wysoka impedancja wejściowa, ponieważ jest on połączony równolegle z sekcją obwodu. Należy tutaj przypomnieć, że przy połączeniu równoległym całkowity opór sekcji maleje.

Amperomierz wchodzi w skład przerwy w obwodziedlatego dla niego dodatnią jakość, w przeciwieństwie do woltomierza, uważa się za jedynie niski opór wewnętrzny. Co więcej, im mniejszy, tym lepiej, szczególnie przy pomiarach niskich prądów, tak nieodłącznych w obwodach elektronicznych. Aktualny proces pomiaru pokazano na rysunku 1.

Schemat pokazuje prosty obwód elektryczny składający się z baterii galwanicznej i dwóch oporników, odpowiednich tylko do przeprowadzania eksperymentów na pomiarach prądów. Przede wszystkim należy zwrócić uwagę na biegunowość urządzenia, musi ono pokrywać się z kierunkiem prądu, który jest wskazany strzałkami.

Na rysunku pokazano urządzenie wskazujące, które nie będzie wyświetlane w przeciwnym kierunku. W przypadku multimetru cyfrowego kierunek prądu nie ma znaczenia. Jeśli jest niepoprawnie podłączony, po prostu pokaże znak minus i konflikt zostanie na tym rozstrzygnięty. Matematycy powiedzieliby, że moduł liczby jest mierzony, wydaje się, że jest to nazwa liczby niepodpisanej.

Rycina 1Aktualny proces pomiaru

Co pokaże amperomierz

W przypadku tak prostego obwodu nie jest trudno obliczyć prąd, wyniesie on 0,018 A lub 18 mA. Jednocześnie rysunek pokazuje, że miliamperomierz w tym samym obwodzie jest podłączony w trzech różnych punktach. Zgodnie z prawami fizyki jego odczyty będą dokładnie takie same, ponieważ ile elektronów „wypływa” z plusu baterii, ta sama liczba wraca, ale po minusie. Ścieżka dla wszystkich tych elektronów jest taka sama: są to przewody łączące, rezystory, a jeśli są połączone, to miliamperomierze.

Ryc. 2 pokazuje schemat odbiornika z dwoma tranzystorami z książki M.M. Rumyantsev „50 obwodów odbiorników tranzystorowych” (1966).

Rycina 2Obwód odbiornika podwójnego tranzystora

W tamtych czasach obwodom w książkach towarzyszyły szczegółowe opisy i metody ich korygowania. Często zalecano pomiar prądów w określonych sekcjach obwodu, zwykle prądach kolektorowych tranzystorów. Miejsca pomiaru prądów pokazano na schemacie za pomocą krzyża. W tym momencie naturalnie miliamperomierz został podłączony do przerwy w przewodzie, a wybierając wartość rezystora oznaczoną gwiazdką, wybrano prąd wskazany bezpośrednio na schemacie.

Pułapki w pomiarach prądów

Ryciny 3 i 4 pokazują najprostszy obwód, akumulator, rezystor i multimetr. Zgodnie z prawem Ohma łatwo obliczyć, że prąd w tym obwodzie będzie

I = U / R = 1,5 / 10 = 0,15 A lub 150 mA.

Jeśli przyjrzysz się uważnie obu figurom, okaże się, że odczyty są różne, chociaż w samych obwodach nic się nie zmieniło, jeśli można je tak nazwać. Na rycinie 3 odczyty są w pełni zgodne z obliczeniami Ohma.

Rysunek 3. Pomiary obecny w symulatorze programu Multisim

Ale na rycinie 4 stały się nieco niższe, a mianowicie 148,515 mA. Pytanie brzmi: dlaczego? W końcu nic się nie zmieniło w obwodzie, źródło jest takie samo, a rezystor nie stał się mniej więcej.

Rysunek 4. Pomiary obecny w symulatorze programu Multisim

Faktem jest, że można zmienić dowolne właściwości multimetru, co odbywa się poprzez kliknięcie przycisku „Opcje”.W tym przypadku rezystancja wejściowa amperomierza została zmieniona: na ryc. 3 wynosiła 1n, a na ryc. 4 została zwiększona do 100 mΩ, lub tylko 0,1 Ω. Ten przykład ma na celu wykazanie, w jaki sposób właściwości przyrządu pomiarowego wpływają na wynik. W tym przypadku amperomierz.

Spróbujmy zwiększyć prąd 10 razy w tym obwodzie. Aby to zrobić, wystarczy zmniejszyć wartość rezystora również 10 razy, a następnie łatwo obliczyć, że amperomierz pokaże półtora ampera. Jeśli przyjmuje się, że impedancja wejściowa wynosi 1nΩ, jak na ryc. 3, wynik wyniesie 1,5A, co jest całkowicie zgodne z obliczeniami Ohma.

Jeśli używasz wyżej wspomnianego przycisku „Parametry” do wytworzenia rezystancji amperomierza 0,1 Ω, to na skali urządzenia widać 1,364A. Oczywiście 0,1 Ω jest trochę za duże dla prawdziwego amperomierza, a 1 n probably prawdopodobnie dzieje się tylko w programie - symulator wciąż może zobaczyć, jak rezystancja wewnętrzna urządzenia wpływa na wynik pomiaru. Zasadniczo, dokonując takich pomiarów, należy natychmiast ustalić „w umyśle” przynajmniej kolejność wyniku. Ale powinieneś zacząć od wyraźnie większego zakresu na urządzeniu.

Jest tak w przypadku pomiaru prądów w programie symulatora, w którym wszystko jest celowo ustawione tak, aby osiągnąć lepsze wyniki. Wszystkie części z minimalnymi tolerancjami, impedancje wejściowe urządzeń są również idealne, temperatura otoczenia wynosi 25 stopni. Ale, jak właśnie pokazano, parametry urządzeń, części, a nawet temperaturę można ustawić na żądanie użytkownika.

Pomiary za pomocą tego instrumentu

W prawdziwym życiu wszystko nie jest tak płynne. Szerokie rezystory mogą mieć tolerancje z reguły ± 5, 10 i 20 procent. Oczywiście istnieją rezystory z tolerancjami wynoszącymi jedną dziesiątą procenta, ale są one używane tylko tam, gdzie jest to naprawdę konieczne, a wcale nie w powszechnym użyciu sprzętu w pobliżu każdego tranzystora i w pobliżu każdego mikroukładu.

Zakłada się, że eksperymenty dotyczące pomiaru prądów są przeprowadzane z rezystorami o tolerancji 5%. Następnie, przy wartości nominalnej (zapisanej na obudowie rezystora), na przykład 10 kΩ, rezystor o rezystancji w zakresie 9,5 ... 10,5 kΩ może spaść pod ramię. Jeśli taki rezystor jest podłączony do źródła napięcia, na przykład 10 V, to podczas pomiaru prądów można uzyskać wartości w zakresie 1,053 ... 0,952 mA zamiast oczekiwanego 1 mA. Jeszcze większy rozpiętość zostanie uzyskana przy zastosowaniu rezystorów z tolerancją 10 lub 20 procent.

I absolutnie niesamowite wyniki można uzyskać, jeśli eksperymenty te zostaną przeprowadzone na zasilaniu bateryjnym. Obwód jest dokładnie taki sam jak na rysunkach 3 i 4. Jest tak prosty, że można całkowicie zrezygnować z lutowania i płytek drukowanych, zrobić wszystko po prostu za pomocą skrętów lub po prostu trzymać go w dłoniach.

Oszacujmy, co powinno się okazać, co urządzenie powinno pokazać. Wiadomo, że napięcie akumulatora wynosi 1,5 V, rezystancja 10Ω. Następnie, zgodnie z prawem Ohma, I = U / R = 1,5 / 10 = 0,15 A lub 150 mA.

W rzeczywistych pomiarach, zamiast oczekiwanego 150mA, urządzenie wykazało 98,3mA. Nawet jeśli założymy, że rezystor jest wychwytywany z tolerancją 20 procent, I = U / R = 1,5 / 12 = 0,125 A lub 125 mA.

To nie wystarczy! Gdzie to wszystko poszło? W naszym przypadku winna była „martwa” bateria. Podczas operacji straciła część ładunku, a jej wewnętrzny opór wzrósł. Dodając do rezystancji zewnętrznego rezystora, rezystancja wewnętrzna wniosła swój „możliwy wkład” w zniekształcenie wyniku pomiaru. Właśnie te okoliczności doprowadziły do ​​tego, że odczyty urządzenia były, delikatnie mówiąc, bardzo dalekie od oczekiwanych.

Dlatego przy pomiarach w obwodach elektronicznych należy zachować szczególną ostrożność, dokładność również nie będzie zbyteczna. Cechy, które są wprost przeciwne do tych właśnie wspomnianych, prowadzą do katastrofalnych rezultatów. Przyrządy pomiarowe można spalać, opracowywać lub naprawiać urządzenia, aw niektórych przypadkach nawet porażić prądem. Aby uniknąć rozczarowania takimi przypadkami, możemy raz jeszcze polecić wycofanie środki ostrożności.

Boris Aladyshkin