Medição de tensão

Na prática do rádio amador, esse é o tipo mais comum de medição. Por exemplo, ao reparar uma TV, as tensões são medidas em pontos característicos do dispositivo, nomeadamente nos terminais de transistores e microcircuitos. Se você tiver em mãos um diagrama de circuitos, e ele mostrar os modos de transistores e microcircuitos, não será difícil para um mestre experiente encontrar um mau funcionamento.

Ao construir estruturas auto-montadas, a medição de tensão não pode ser dispensada. As únicas exceções são os esquemas clássicos, sobre os quais eles escrevem algo assim: "Se o design for montado a partir de peças que podem ser reparadas, nenhum ajuste é necessário, ele funcionará imediatamente".

Como regra, estes são circuitos eletrônicos clássicos, por exemplo, multivibrador. A mesma abordagem pode ser obtida mesmo para um amplificador de frequência de áudio, se for montado em um chip especializado. Como um bom exemplo, o TDA 7294 e muitos outros chips desta série. Mas a qualidade dos amplificadores "integrados" é pequena e os verdadeiros conhecedores constroem seus amplificadores em transistores discretos e, às vezes, em tubos eletrônicos. E aqui está o que você não pode fazer sem ajustar e medir as tensões relacionadas.

Como e o que medir

Mostrado na Figura 1.

Figura 1

Talvez alguém diga, eles dizem, o que pode ser medido aqui? E qual é o sentido de montar essa cadeia? Sim, provavelmente é difícil encontrar uma aplicação prática para esse esquema. E para fins educacionais, é bastante adequado.

Antes de tudo, você deve prestar atenção em como o voltímetro está conectado. Como o circuito DC é mostrado na figura, o voltímetro é conectado de acordo com a polaridade indicada no dispositivo na forma de sinais de mais e menos. Basicamente, essa observação é verdadeira para o dispositivo indicador: se a polaridade não for observada, a seta se desviará na direção oposta, na direção da divisão zero da escala. Então temos algum tipo de zero negativo.

Dispositivos digitais, multímetros, nesse sentido, são mais democráticos. Mesmo se sondas de teste conectado em polaridade reversa, a tensão ainda será medida, apenas um sinal de menos aparecerá na balança antes do resultado.

Outra coisa a observar ao medir tensões é a faixa de medição do dispositivo. Se a tensão estimada estiver na faixa, por exemplo, 10 ... 200 milivolts, a escala do dispositivo corresponderá a 200 milivolts, e é improvável que a medição da tensão em uma escala de 1000 volts forneça um resultado inteligível.

Você também deve escolher uma faixa de medição em outros casos. Para uma tensão medida de 100 volts, uma faixa de 200V e até 1000V é bastante adequada. O resultado será o mesmo. No que diz respeito multímetro moderno.

Se as medições forem feitas pelo bom e antigo dispositivo indicador, para medir a tensão de 100V, você deverá selecionar a faixa de medição quando as leituras estiverem no meio da escala, o que permite uma leitura mais precisa.

E mais uma recomendação clássica sobre o uso de um voltímetro, a saber: se a magnitude da tensão medida for desconhecida, as medições devem ser iniciadas definindo o voltímetro para a maior faixa. De fato, se a tensão medida é de 1V e a faixa é de 1000V, o maior perigo está nas leituras incorretas do dispositivo. Se ocorrer o contrário, a faixa de medição é de 1V e a tensão medida é 1000, não é possível evitar a compra de um novo dispositivo.

O que um voltímetro mostrará

Mas, talvez, retornaremos à Figura 1 e tentaremos determinar o que os dois voltímetros mostrarão. Para determinar isso, você deve tirar proveito da lei de Ohm. O problema pode ser resolvido em algumas etapas.

Primeiro, calcule a corrente no circuito. Para isso, é necessário dividir a tensão da fonte (na figura, é uma bateria galvânica com tensão de 1,5 V) pela resistência do circuito.Com uma conexão em série de resistores, isso será simplesmente a soma de suas resistências. Na forma de uma fórmula, é algo como isto: I = U / (R1 + R2) = 4,5 / (100 + 150) = 0,018 (A) = 180 (mA).

Uma pequena nota: se a expressão 4,5 / (100 + 150) for copiada para a área de transferência, colada na janela da calculadora do Windows e, depois de pressionar a tecla "igual", o resultado dos cálculos será obtido. Na prática, expressões ainda mais complexas são calculadas contendo chaves quadradas e encaracoladas, graus e funções.

Em segundo lugar, obtenha os resultados da medição, como a queda de tensão em cada resistor:

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

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

Para verificar a correção dos cálculos, basta adicionar os dois valores resultantes da queda de tensão. A soma deve ser igual à tensão da bateria.

Talvez alguém possa perguntar: “E se o divisor não for de dois resistores, mas de três ou mesmo de dez? Como determinar a queda de tensão em cada um deles? " Da mesma maneira que no caso descrito. Primeiro você precisa determinar a resistência total do circuito e calcular a corrente total.

Após o que essa corrente já conhecida é simplesmente multiplicada por resistência do resistor correspondente. Às vezes você precisa fazer esses cálculos, mas há uma coisa também. Para não duvidar dos resultados obtidos, a corrente nas fórmulas deve ser substituída em Amperes e a resistência em Ohms. Então, sem dúvida, o resultado será em Volts.

Impedância de entrada do voltímetro

Agora todo mundo está acostumado a usar dispositivos fabricados na China. Mas isso não significa que sua qualidade seja inútil. Só que na Rússia ninguém pensou em produzir seus próprios multímetros, e os testadores de flechas aparentemente esqueceram como fazê-lo. Apenas uma vergonha para o estado.

Fig. 2. MultímetroDt838

Uma vez, as instruções para os instrumentos indicaram suas características técnicas. Em particular, para voltímetros e testadores de chave, essa foi a resistência de entrada e foi indicada em quilo-ohms / volts. Havia dispositivos com resistência de 10 K / V e 20 K / V. Estes últimos foram considerados mais precisos, uma vez que a tensão medida foi reduzida menos e mostrou um resultado mais preciso. O acima pode ser confirmado pela Figura 3.

Figura 3

A figura mostra divisor de tensão de dois resistores. A resistência de cada resistor é de 1KΩ, a tensão de alimentação é de 3V. É fácil adivinhar, mesmo que não seja necessário considerar nada, que em cada resistor haverá exatamente metade da tensão.

Agora imagine que as medições são realizadas pelo dispositivo TL4, que no modo de medição de tensão possui uma impedância de entrada de 10KΩ / V. Na tensão indicada no diagrama, o limite de medição de 3V é bastante adequado, no qual a resistência total do voltímetro será 10 * 3 = 30 (KOhm).

Assim, verifica-se que outros 30KΩ são conectados em paralelo com o resistor com uma resistência de 1K. Então a resistência total, quando conectada em paralelo, será 999.999 Ohm. Embora um pouco menor, mas não por muito. Portanto, o erro do resultado da medição de tensão será insignificante.

Se os dois resistores do divisor tiverem um valor nominal de 1 megaohm, os resultados do cálculo terão a seguinte aparência:

A resistência total de um voltímetro e resistor R1 conectados em paralelo será menor que menor e, por cálculo, será 29,126KΩ. Quem não acredita pode, na prática, recalcular de acordo com fórmulas para a conexão paralela de resistências.

Corrente total no circuito divisor: I = U / (R1 + R2) = 3 / (1000 + 29,126) = 0,0029150949446423470012418304464176 (mA).

Os valores de resistência são substituídos em quilo-ohms, de modo que a corrente é produzida em miliamperes. Acontece que o voltímetro mostrará

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

E metade era esperada, ou seja, volts e meio! Se a corrente estiver em miliamperes, a resistência estiver em quilo-ohms, o resultado será obtido em volts. Embora não esteja de acordo com o sistema SI, às vezes o faz.

É claro que esse divisor é um tanto irreal: por que colocar apenas 3 resistores de megaohm em uma tensão de apenas 3V? Ou talvez esse divisor seja usado em algum lugar, apenas a tensão nele deve ser medida com um dispositivo completamente diferente.

Por exemplo, um dos multímetros chineses mais baratos DT838, em todas as faixas de medição de tensão, tem uma resistência de entrada de 1 megohm, muito maior que o dispositivo no exemplo anterior. Mas isso não significa que os medidores de flecha tenham sobrevivido à sua idade. Em alguns casos, eles são simplesmente insubstituíveis.

Medição de tensão CA

Todos os métodos e recomendações relacionados à medição de tensões constantes também são válidos para variáveis: o voltímetro é ligado em paralelo com a seção do circuito, a resistência de entrada do voltímetro deve ser a maior possível, a faixa de medição deve corresponder à tensão medida. Porém, ao medir tensões alternadas, mais dois fatores devem ser levados em consideração, que a tensão constante não possui. Essa é a frequência da tensão e seu formato.

As medições podem ser realizadas por dois tipos de instrumentos: um multímetro digital moderno ou um testador de ponteiro "antediluviano". Naturalmente, os dois dispositivos nesta medição estão incluídos no modo de medição de tensões alternadas. Ambos os dispositivos são projetados para medir a tensão de uma forma sinusoidal e, ao mesmo tempo, mostram valor rms.

A tensão efetiva U é 0,707 da tensão de amplitude Um.

U = Um / √2 = 0,707 * Hum, de onde se pode concluir que Um = U * √2 = 1,41 * U

Um exemplo abrangente é apropriado aqui. Ao medir a tensão CA, o dispositivo mostrou 220V, o que significa que o valor da amplitude de acordo com a fórmula é

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

Este cálculo é confirmado sempre que a tensão da rede é retificada pela ponte de diodos, após a qual existe pelo menos um capacitor eletrolítico: se você medir a tensão constante na saída da ponte, o dispositivo mostrará apenas 310V. Este valor deve ser lembrado, pois pode ser útil no desenvolvimento e reparo de fontes de alimentação comutadas.

A fórmula indicada é válida para todas as tensões se elas tiverem uma forma sinusoidal. Por exemplo, após um transformador abaixador, há uma mudança de 12 V. Depois, após endireitar e suavizar o capacitor, obtemos

12 * 1,41 = 16,92 quase 17V. Mas isso é se a carga não estiver conectada. Quando a carga está conectada, a tensão DC cai para quase 12V. No caso em que a forma de tensão é diferente da onda senoidal, essas fórmulas não funcionam, os dispositivos não mostram o que era esperado deles. Nessas tensões, as medições são feitas por outros instrumentos, por exemplo, um osciloscópio.

Outro fator que afeta as leituras do voltímetro é a frequência. Por exemplo, o multímetro digital DT838, de acordo com suas características, mede tensões alternadas na faixa de frequências de 45 ... 450 Hz. Um pouco melhor a esse respeito é o antigo testador de ponteiro TL4.

Na faixa de tensão de até 30V, sua faixa de frequência é de 40 ... 15000Hz (quase toda a faixa de som pode ser usada ao sintonizar amplificadores), mas com um aumento na tensão, a frequência permitida diminui. Na faixa de 100V é de 40 ... 4000Hz, 300V 40 ... 2000Hz e na faixa de 1000V é de apenas 40 ... 700Hz. Aqui está uma vitória incontestável sobre um dispositivo digital. Esses números também são válidos apenas para tensões sinusoidais.

Embora às vezes não sejam necessários dados sobre a forma, frequência e amplitude das tensões alternadas. Por exemplo, como determinar se o oscilador local de um receptor de ondas curtas está funcionando ou não? Por que o receptor não “pega” nada?

Acontece que tudo é muito simples, se você usar um dispositivo apontador. É necessário ligá-lo a qualquer limite para medir tensões alternadas e com uma sonda (!) Toque nos terminais do transistor do oscilador local. Se houver oscilações de alta frequência, elas serão detectadas pelos diodos dentro do dispositivo e a seta se desviará para alguma parte da escala.