Mjerenje napona

U amaterskoj radio praksi ovo je najčešća vrsta mjerenja. Na primjer, prilikom popravljanja televizora naponi se mjere u karakterističnim točkama uređaja, na točkama na tranzistorima i mikro krugovima. Ako imate pri ruci dijagram kruga, a na njemu se prikazuju načini tranzistora i mikro krugova, iskusnom majstoru neće biti teško pronaći kvar.

Pri izgradnji samo-sastavljenih konstrukcija nije moguće izostaviti mjerenje naprezanja. Jedine su iznimke klasične sheme, o kojima pišu ovako: "Ako je dizajn sastavljen iz ispravnih dijelova, tada nije potrebno prilagođavanje, odmah će raditi."

U pravilu su to klasični elektronički sklopovi, npr. multivibrator, Isti pristup može se dobiti i za pojačalo audio frekvencije, ako je sastavljen na specijaliziranom čipu. Kao dobar primjer, TDA 7294 i još mnogo čipova u ovoj seriji. Ali kvaliteta "integriranih" pojačala je mala, a pravi poznavaoci grade svoja pojačala na diskretnim tranzistorima, a ponekad i na elektronskim cijevima. I ovdje je to jednostavno ne možete bez prilagođavanja i povezanih mjerenja stresa.

Kako i što mjeriti

Prikazana na slici 1.

Slika 1

Možda će netko reći, kaže, što se ovdje može mjeriti? I koji je smisao sastavljanja takvog lanca? Da, vjerojatno je teško naći praktičnu primjenu za takav plan. A u obrazovne svrhe sasvim je prikladno.

Prije svega, trebali biste obratiti pozornost na to kako je voltmetar spojen. Budući da je istosmjerni krug prikazan na slici, voltmetar je spojen u skladu s polaritetom navedenom na uređaju u obliku znakova plus i minus. U osnovi, ova napomena vrijedi za pokazivački uređaj: ako se polaritet ne opazi, strelica će odstupiti u suprotnom smjeru, u smjeru nulte podjele skale. Tako dobivamo neku vrstu negativne nule.

Digitalni uređaji, multimetri, u tom su pogledu demokratskiji. Čak i ako ispitne sonde spojeni u obrnutu polarnost, napon će se i dalje mjeriti, na skali se prije rezultata pojavi samo znak minus.

Još jedna stvar koja se mora napomenuti prilikom mjerenja napona je raspon mjerenja uređaja. Ako je procijenjeni napon u rasponu, na primjer, 10 ... 200 milivolta, tada mjerilo uređaja odgovara 200 milivolta, a mjerenje napona na skali od 1000 volti malo je vjerojatno da će dati razumljiv rezultat.

Također biste trebali odabrati raspon mjerenja u drugim slučajevima. Za izmjereni napon od 100 volti, raspon od 200 V pa čak i 1000 V sasvim je prikladan. Rezultat će biti isti. Što se tiče moderni multimetar.

Ako je mjerenje izvršeno dobrom starom pokazivačkom napravom, tada biste trebali mjeriti napon od 100 V, trebali biste odabrati raspon mjerenja kada su očitanja u sredini ljestvice, što omogućava preciznije očitavanje.

I još jedna klasična preporuka za uporabu voltmetra, a to je: ako je veličina izmjerenog napona nepoznata, mjerenja treba započeti postavljanjem voltmetra na najveći raspon. Uostalom, ako je izmjereni napon 1V, a raspon 1000V, najveća opasnost je u pogrešnom očitanju uređaja. Ako se pokaže obrnuto, raspon mjerenja je 1V, a izmjereni napon 1000, kupnja novog uređaja jednostavno se ne može izbjeći.

Što će pokazati voltmetar

Ali, vratit ćemo se na sliku 1 i pokušati odrediti što će pokazati oba voltmetra. Da biste to odredili, morate iskoristite Ohmov zakon, Problem se može riješiti u nekoliko koraka.

Prvo izračunajte struju u krugu. Da biste to učinili, potrebno je podijeliti napon izvora (na slici je galvanska baterija s naponom od 1,5 V) na otpor kruga.Uz serijsko povezivanje otpornika, to će jednostavno biti zbroj njihovih otpora. U obliku formule izgleda ovako: I = U / (R1 + R2) = 4,5 / (100 + 150) = 0,018 (A) = 180 (mA).

Mala napomena: ako je izraz 4,5 / (100 + 150) kopiran u međuspremnik, zatim zalijepljen u prozor Windows kalkulatora, nakon pritiska na tipku "jednaka" dobit će se rezultat izračuna. U praksi se izračunavaju još složeniji izrazi koji sadrže kvadratne i kovrčave zagrade, stupnjeve i funkcije.

Drugo, dobijte rezultate mjerenja, poput pada napona preko svakog otpornika:

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

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

Za provjeru ispravnosti izračuna dovoljno je dodati obje rezultirajuće vrijednosti pada napona. Zbroj mora biti jednak naponu akumulatora.

Možda će netko pitati: "A ako razdjelnik nije od dva otpornika, nego iz tri ili čak iz deset? Kako odrediti pad napona na svakom od njih? " Na isti način kao u opisanom slučaju. Prvo morate odrediti ukupni otpor kruga i izračunati ukupnu struju.

Nakon čega se ta već poznata struja jednostavno množi s otpor odgovarajućeg otpora, Ponekad morate obaviti takve proračune, ali postoji i jedna stvar. Da ne bi bilo dvojbe u dobivenim rezultatima, struju u formulama treba zamijeniti u Amperama, a otpor u Ohma. Tada će, bez sumnje, rezultat biti u Voltu.

Ulazna impedancija voltmetra

Sada su svi navikli koristiti uređaje kineske izrade. Ali to ne znači da je njihova kvaliteta beskorisna. Jednostavno je da u Rusiji nitko nije razmišljao o proizvodnji vlastitih multimetara, a ispitivači strelica očito su zaboravili kako to učiniti. Samo šteta za državu.

Sl. 2. MultimetarDT838

Nekoć su upute za instrumente navodile njihove tehničke karakteristike. Konkretno, za voltmetre i testere prekidača ovo je bio ulazni otpor, a bio je naveden u kilo-ohm / voltima. Postojali su uređaji otpora od 10 K / V i 20 K / V. Potonji su smatrani točnijim, budući da je izmjereni napon smanjen manje i pokazao je točniji rezultat. Navedeno se može potvrditi slikom 3.

Slika 3

Slika prikazuje razdjelnik napona dva otpornika, Otpor svakog otpornika je 1KΩ, napon napajanja je 3V. Lako je pogoditi, čak i nije potrebno ništa uzeti u obzir da će na svakom otporniku biti točno pola napona.

Zamislite sada da mjerenja vrši TL4 uređaj koji u načinu mjerenja napona ima ulaznu impedansu od 10KΩ / V. Na naponu navedenom u dijagramu, prilično je prikladna granica mjerenja od 3V, pri kojoj će ukupni otpor voltmetra biti 10 * 3 = 30 (KOhm).

Dakle, ispada da je dodatnih 30KΩ paralelno s otpornikom s otporom od 1KΩ. Tada će ukupni otpor kada se paralelno spoji biti 999.999 Ohm. Iako nešto manji, ali ne puno. Stoga će pogreška rezultata mjerenja napona biti zanemariva.

Ako oba otpornika razdjelnika imaju nominalnu vrijednost 1 megaohm, tada će rezultati izračuna izgledati ovako:

Ukupni otpor paralelno spojenog voltmetra i otpornika R1 bit će manji od manjeg, a proračunom će iznositi 29.126KΩ. Tko ne vjeruje, u praksi može preračunati prema formulama za paralelno povezivanje otpora.

Ukupna struja u krugu razdjelnika: I = U / (R1 + R2) = 3 / (1000 + 29.126) = 0.0029150949446423470012418304464176 (mA).

Vrijednosti otpora supstituirane su u kilo-ohima, pa je struja ispala u miliamperima. Tada ispada da će se voltmetar pokazati

0,0029150949446423470012418304464176 * 29.126 ≈ 0.085 V.

A polovica se očekivala, tj. jedan i pol volta! Ako je struja u miliamperima, otpor je u kilo-ohima, tada se rezultat dobiva u voltima. Iako nije prema SI sustavu, ponekad to čine.

Naravno, takav je razdjelnik pomalo nerealno: zašto staviti samo 3 megaohm otpornika na napon od samo 3V? Ili se možda takav razdjelnik negdje koristi, samo se napon na njemu mora mjeriti s potpuno drugim uređajem.

Na primjer, jedan od najjeftinijih kineskih multimetara DT838 u svim rasponima mjerenja napona ima ulazni otpor 1 megohm, mnogo veći od uređaja u prethodnom primjeru. Ali to uopće ne znači da su metri strijela nadmašili svoju dob. U nekim su slučajevima jednostavno nezamjenjivi.

Mjerenje izmjeničnog napona

Sve metode i preporuke u pogledu mjerenja konstantnog napona vrijede i za varijable: voltmetar je spojen paralelno s odjeljkom kruga, ulazni otpor voltmetra treba biti što veći, raspon mjerenja treba odgovarati izmjerenom naponu. Ali pri mjerenju naizmjeničnih napona potrebno je uzeti u obzir još dva faktora, koja konstantni napon nemaju. To je frekvencija napona i njegov oblik.

Mjerenja se mogu izvršiti na dvije vrste uređaja: ili moderni digitalni multimetar, ili "antediluvian" ispitivač pokazivača. Naravno, oba uređaja u ovom mjerenju uključena su u način mjerenja izmjeničnih napona. Oba su uređaja dizajnirana za mjerenje napona sinusoidnog oblika, a istovremeno će se pokazati rms vrijednost.

Efektivni napon U iznosi 0,707 amplitudnog napona Um.

U = Um / √2 = 0.707 * Hm, odakle se može zaključiti da je Um = U * √2 = 1,41 * U

Ovdje je primjeren prodorni primjer. Prilikom mjerenja izmjeničnog napona, uređaj je pokazao 220V, što znači da je vrijednost amplitude prema formuli

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

Ovaj se proračun potvrđuje svaki put kad se napon napajanja ispravlja diodnim mostom nakon čega postoji barem jedan elektrolitički kondenzator: ako izmjerite konstantan napon na izlazu mosta, uređaj će pokazati samo 310 V. Tu brojku treba imati na umu, ona može biti korisna u razvoju i popravljanju preklopnih napajanja.

Navedena formula vrijedi za sve stresove ako imaju sinusoidni oblik. Na primjer, nakon padajućeg transformatora dolazi do promjene od 12 V. Zatim, nakon ispravljanja i izravnavanja kondenzatora, dobivamo

12 * 1,41 = 16,92 gotovo 17V. Ali to je ako opterećenje nije povezano. Kad se opterećenje spoji, istosmjerni napon će pasti na gotovo 12V. U slučaju kada je oblik napona različit od sinusnog vala, ove formule ne rade, uređaji ne pokazuju što se od njih očekivalo. Pri tim naponima mjerenja vrše drugi instrumenti, na primjer, osciloskop.

Drugi faktor koji utječe na očitanje voltmetra je frekvencija. Na primjer, digitalni multimetar DT838 prema svojim karakteristikama mjeri izmjenične napone u frekvencijskom rasponu od 45 ... 450 Hz. Malo bolji u tom pogledu je stari Tester tester pointer.

U opsegu napona do 30V, njegov je frekvencijski raspon 40 ... 15000Hz (gotovo se čitav raspon zvuka može koristiti kod podešavanja pojačala), ali s porastom napona dopuštena frekvencija opada. U rasponu od 100 V je 40 ... 4000Hz, 300V 40 ... 2000Hz, a u rasponu 1000V samo 40 ... 700Hz. Slijedi neosporna pobjeda digitalnog uređaja. Ove brojke vrijede samo za sinusoidne napone.

Iako ponekad nisu potrebni podaci o obliku, frekvenciji i amplitudi izmjeničnih napona. Na primjer, kako odrediti radi li lokalni oscilator kratkotalasnog prijemnika? Zašto prijemnik ništa ne "uhvati"?

Ispada da je sve vrlo jednostavno ako koristite pokazivački uređaj. Potrebno ga je uključiti na bilo koje ograničenje za mjerenje izmjeničnih napona i s jednom sondom (!) Dodirnuti kontakte lokalnog tranzistora oscilatora. Ako postoje visokofrekventne oscilacije, tada ih otkrivaju diode unutar uređaja, a strelica će odstupiti na nekom dijelu skale.