Spannungsmessung

In der Amateurfunkpraxis ist dies die häufigste Art der Messung. Beispielsweise werden bei der Reparatur eines Fernsehgeräts Spannungen an charakteristischen Punkten des Geräts gemessen, nämlich an den Anschlüssen von Transistoren und Mikroschaltungen. Wenn Sie einen Schaltplan zur Hand haben, der die Modi von Transistoren und Mikroschaltungen zeigt, ist es für einen erfahrenen Master nicht schwierig, eine Fehlfunktion zu finden.

Beim Bau selbstorganisierter Strukturen kann auf eine Spannungsmessung nicht verzichtet werden. Ausnahmen sind nur klassische Schemata, über die sie ungefähr so ​​schreiben: „Wenn das Design aus zu wartenden Teilen zusammengesetzt ist, ist keine Anpassung erforderlich, es funktioniert sofort.“

In der Regel handelt es sich hierbei um klassische Elektronikschaltungen, z. Multivibrator. Der gleiche Ansatz kann auch für einen Audiofrequenzverstärker erzielt werden, wenn er auf einem speziellen Chip zusammengebaut ist. Als gutes Beispiel der TDA 7294 und viele weitere Chips dieser Serie. Die Qualität der "integrierten" Verstärker ist jedoch gering, und echte Kenner bauen ihre Verstärker auf diskreten Transistoren und manchmal auf elektronischen Röhren. Und hier ist es nur so, dass Sie nicht auf Anpassungen und damit verbundene Spannungsmessungen verzichten können.

Wie und was zu messen

In Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1

Vielleicht wird jemand sagen, sie sagen, was kann hier gemessen werden? Und was bringt es, eine solche Kette zusammenzustellen? Ja, es ist wahrscheinlich schwierig, eine praktische Anwendung für ein solches Schema zu finden. Und für Bildungszwecke ist es durchaus geeignet.

Zunächst sollten Sie darauf achten, wie das Voltmeter angeschlossen ist. Da der Gleichstromkreis in der Abbildung dargestellt ist, wird das Voltmeter gemäß der auf dem Gerät angegebenen Polarität in Form von Plus- und Minuszeichen angeschlossen. Grundsätzlich gilt diese Bemerkung für die Zeigervorrichtung: Wenn die Polarität nicht beachtet wird, weicht der Pfeil in die entgegengesetzte Richtung ab, in Richtung der Nullteilung der Skala. Wir bekommen also eine Art negative Null.

Digitale Geräte, Multimeter, sind in dieser Hinsicht demokratischer. Auch wenn Prüfspitzen Bei umgekehrter Polarität wird die Spannung weiterhin gemessen. Vor dem Ergebnis erscheint nur ein Minuszeichen auf der Skala.

Bei der Messung von Spannungen ist auch der Messbereich des Geräts zu beachten. Wenn die geschätzte Spannung im Bereich von beispielsweise 10 ... 200 Millivolt liegt, entspricht die Skala des Geräts 200 Millivolt, und es ist unwahrscheinlich, dass das Messen der Spannung auf einer Skala von 1000 Volt ein verständliches Ergebnis liefert.

In anderen Fällen sollten Sie auch einen Messbereich wählen. Für eine gemessene Spannung von 100 Volt ist ein Bereich von 200 V und sogar 1000 V durchaus geeignet. Das Ergebnis wird das gleiche sein. Es in Bezug auf modernes Multimeter.

Wenn die Messungen mit dem guten alten Zeigergerät durchgeführt werden, sollten Sie zum Messen der Spannung von 100 V den Messbereich auswählen, wenn sich die Messwerte in der Mitte der Skala befinden, um eine genauere Messung zu ermöglichen.

Und noch eine klassische Empfehlung zur Verwendung eines Voltmeters: Wenn die Größe der gemessenen Spannung unbekannt ist, sollten die Messungen gestartet werden, indem das Voltmeter auf den größten Bereich eingestellt wird. Wenn die gemessene Spannung 1 V und der Bereich 1000 V beträgt, besteht die größte Gefahr in den falschen Messwerten des Geräts. Wenn sich das Gegenteil herausstellt, der Messbereich 1 V beträgt und die gemessene Spannung 1000 beträgt, kann der Kauf eines neuen Geräts einfach nicht vermieden werden.

Was für ein Voltmeter zeigt

Aber vielleicht kehren wir zu Abbildung 1 zurück und versuchen festzustellen, was beide Voltmeter zeigen. Um dies festzustellen, müssen Sie Nutze das Ohmsche Gesetz. Das Problem kann in wenigen Schritten gelöst werden.

Berechnen Sie zunächst den Strom in der Schaltung. Dazu muss die Quellenspannung (in der Abbildung eine galvanische Batterie mit einer Spannung von 1,5 V) durch den Schaltungswiderstand geteilt werden.Bei einer Reihenschaltung von Widerständen ist dies einfach die Summe ihrer Widerstände. In Form einer Formel sieht es ungefähr so ​​aus: I = U / (R1 + R2) = 4,5 / (100 + 150) = 0,018 (A) = 180 (mA).

Ein kleiner Hinweis: Wenn der Ausdruck 4,5 / (100 + 150) in die Zwischenablage kopiert und dann in das Fenster des Windows-Rechners eingefügt wird, wird nach Drücken der Taste "gleich" das Ergebnis der Berechnungen erhalten. In der Praxis werden noch komplexere Ausdrücke mit eckigen und geschweiften Klammern, Graden und Funktionen berechnet.

Zweitens erhalten Sie die Messergebnisse, wie den Spannungsabfall an jedem Widerstand:

U1 = I · R1 = 0,018 · 100 = 1,8 (V),

U2 = I · R2 = 0,018 · 150 = 2,7 (V),

Um die Richtigkeit der Berechnungen zu überprüfen, reicht es aus, beide resultierenden Werte des Spannungsabfalls zu addieren. Die Summe muss gleich der Batteriespannung sein.

Vielleicht könnte jemand fragen: „Und wenn der Teiler nicht von zwei Widerständen stammt, sondern von drei oder sogar von zehn? Wie kann man den Spannungsabfall an jedem von ihnen bestimmen? " Auf die gleiche Weise wie im beschriebenen Fall. Zuerst müssen Sie den Gesamtwiderstand der Schaltung bestimmen und den Gesamtstrom berechnen.

Danach wird dieser bereits bekannte Strom einfach mit multipliziert Widerstand des entsprechenden Widerstands. Manchmal muss man solche Berechnungen durchführen, aber eines gibt es auch. Um die erzielten Ergebnisse nicht zu bezweifeln, sollte der Strom in den Formeln in Ampere und der Widerstand in Ohm ersetzt werden. Dann wird das Ergebnis ohne Zweifel in Volt sein.

Eingangsimpedanz des Voltmeters

Jetzt ist jeder daran gewöhnt, in China hergestellte Geräte zu verwenden. Dies bedeutet jedoch nicht, dass ihre Qualität unbrauchbar ist. Es ist nur so, dass in Russland niemand daran gedacht hat, eigene Multimeter herzustellen, und die Pfeilprüfer haben anscheinend vergessen, wie es geht. Nur eine Schande für den Staat.

Abb. 2. MultimeterDt838

Es war einmal, dass die Anweisungen für die Instrumente ihre technischen Eigenschaften angaben. Insbesondere für Voltmeter und Schaltertester war dies der Eingangswiderstand, und er wurde in Kiloohm / Volt angegeben. Es gab Geräte mit einem Widerstand von 10 K / V und 20 K / V. Letztere wurden als genauer angesehen, da die gemessene Spannung weniger reduziert wurde und ein genaueres Ergebnis zeigte. Das Obige kann durch 3 bestätigt werden.

Abbildung 3

Die Abbildung zeigt Spannungsteiler zweier Widerstände. Der Widerstand jedes Widerstands beträgt 1 kΩ, die Versorgungsspannung 3 V. Es ist leicht zu erraten, dass an jedem Widerstand genau die Hälfte der Spannung anliegt, auch wenn nichts berücksichtigt werden muss.

Stellen Sie sich nun vor, dass die Messungen vom TL4-Gerät durchgeführt werden, das im Spannungsmessmodus eine Eingangsimpedanz von 10 kΩ / V hat. Bei der im Diagramm angegebenen Spannung ist die Messgrenze von 3 V durchaus geeignet, bei der der Gesamtwiderstand des Voltmeters 10 * 3 = 30 (KOhm) beträgt.

Somit stellt sich heraus, dass weitere 30 kΩ parallel zum Widerstand mit einem Widerstand von 1 kΩ geschaltet sind. Dann beträgt der Gesamtwiderstand bei Parallelschaltung 999,999 Ohm. Obwohl etwas kleiner, aber nicht viel. Daher ist der Fehler des Spannungsmessergebnisses vernachlässigbar.

Wenn beide Widerstände des Teilers einen Nennwert von 1 Megaaohm haben, sehen die Berechnungsergebnisse ungefähr so ​​aus:

Der Gesamtwiderstand eines parallel geschalteten Voltmeters und des Widerstands R1 ist kleiner als kleiner und berechnet sich rechnerisch auf 29,126 kΩ. Wer nicht glaubt, kann in der Praxis nach Formeln für die Parallelschaltung von Widerständen neu berechnen.

Gesamtstrom in der Teilerschaltung: I = U / (R1 + R2) = 3 / (1000 + 29,126) = 0,0029150949446423470012418304464176 (mA).

Die Widerstandswerte werden in Kilo-Ohm angegeben, sodass der Strom in Milliampere ausgegeben wird. Dann stellt sich heraus, dass das Voltmeter anzeigt

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

Und die Hälfte wurde erwartet, d.h. eineinhalb Volt! Wenn der Strom in Milliampere angegeben ist, der Widerstand in Kilo-Ohm angegeben ist, wird das Ergebnis in Volt erhalten. Obwohl nicht nach dem SI-System, tun sie dies manchmal.

Natürlich ist ein solcher Teiler etwas unrealistisch: Warum nur 3 Mega-Ohm-Widerstände auf eine Spannung von nur 3 V setzen? Oder vielleicht wird irgendwo ein solcher Teiler verwendet, nur die Spannung muss mit einem völlig anderen Gerät gemessen werden.

Beispielsweise hat eines der billigsten chinesischen Multimeter DT838 in allen Spannungsmessbereichen einen Eingangswiderstand von 1 Megaohm, viel höher als das Gerät im vorherigen Beispiel. Dies bedeutet jedoch keineswegs, dass Pfeilmesser ihr Alter überlebt haben. In einigen Fällen sind sie einfach unersetzlich.

Wechselspannungsmessung

Alle Methoden und Empfehlungen zur Messung der konstanten Spannung gelten auch für Variablen: Das Voltmeter ist parallel zum Schaltungsabschnitt geschaltet, der Eingangswiderstand des Voltmeters sollte so groß wie möglich sein, der Messbereich sollte der gemessenen Spannung entsprechen. Bei der Messung von Wechselspannungen sollten jedoch zwei weitere Faktoren berücksichtigt werden, die bei konstanter Spannung nicht vorhanden sind. Dies ist die Frequenz der Spannung und ihre Form.

Die Messungen können mit zwei Arten von Instrumenten durchgeführt werden: entweder mit einem modernen Digitalmultimeter oder einem „antidiluvianischen“ Zeigertester. Natürlich sind beide Geräte in dieser Messung in der Art der Messung von Wechselspannungen enthalten. Beide Geräte messen die Spannung einer Sinusform und zeigen gleichzeitig Effektivwert.

Die effektive Spannung U beträgt 0,707 der Amplitudenspannung Um.

U = Um / √2 = 0,707 * Um, woraus geschlossen werden kann, dass Um = U * √2 = 1,41 * U.

Hier ist ein allgegenwärtiges Beispiel angebracht. Bei der Messung der Wechselspannung zeigte das Gerät 220 V an, was bedeutet, dass der Amplitudenwert gemäß der Formel ist

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

Diese Berechnung wird jedes Mal bestätigt, wenn die Netzspannung durch eine Diodenbrücke gleichgerichtet wird, nach der mindestens ein Elektrolytkondensator vorhanden ist: Wenn Sie die konstante Spannung am Brückenausgang messen, zeigt das Gerät nur 310 V an. Diese Zahl sollte beachtet werden, sie kann bei der Entwicklung und Reparatur von Schaltnetzteilen hilfreich sein.

Die angegebene Formel gilt für alle Spannungen, wenn sie eine sinusförmige Form haben. Zum Beispiel gibt es nach einem Abwärtstransformator eine 12-V-Änderung. Dann, nach dem Richten und Glätten des Kondensators, erhalten wir

12 * 1,41 = 16,92 fast 17 V. Dies ist jedoch der Fall, wenn die Last nicht angeschlossen ist. Wenn die Last angeschlossen ist, fällt die Gleichspannung auf fast 12 V ab. Wenn sich die Spannungsform von der Sinuswelle unterscheidet, funktionieren diese Formeln nicht. Die Geräte zeigen nicht, was von ihnen erwartet wurde. Bei diesen Spannungen werden Messungen mit anderen Instrumenten durchgeführt, beispielsweise einem Oszilloskop.

Ein weiterer Faktor, der die Voltmeterwerte beeinflusst, ist die Frequenz. Beispielsweise misst das Digitalmultimeter DT838 gemäß seinen Eigenschaften Wechselspannungen im Frequenzbereich von 45 bis 450 Hz. Etwas besser ist in dieser Hinsicht der alte TL4-Zeigertester.

Im Spannungsbereich bis 30 V beträgt der Frequenzbereich 40 ... 15000 Hz (fast der gesamte Schallbereich kann zum Einstellen von Verstärkern verwendet werden), aber mit zunehmender Spannung nimmt die zulässige Frequenz ab. Im 100-V-Bereich sind es 40 ... 4000 Hz, 300 V, 40 ... 2000 Hz, und im 1000-V-Bereich sind es nur 40 ... 700 Hz. Hier ist ein unbestreitbarer Sieg über ein digitales Gerät. Diese Zahlen gelten auch nur für sinusförmige Spannungen.

Obwohl manchmal keine Daten über Form, Frequenz und Amplitude der Wechselspannungen erforderlich sind. Wie kann beispielsweise festgestellt werden, ob der lokale Oszillator eines Kurzwellenempfängers funktioniert oder nicht? Warum "fängt" der Empfänger nichts?

Es stellt sich heraus, dass alles sehr einfach ist, wenn Sie ein Zeigergerät verwenden. Es ist notwendig, es bis zu einem beliebigen Grenzwert für die Messung von Wechselspannungen einzuschalten und mit einer Sonde (!) Die Anschlüsse des lokalen Oszillatortransistors zu berühren. Wenn hochfrequente Schwingungen auftreten, werden diese von den Dioden im Gerät erkannt, und der Pfeil weicht von einem Teil der Skala ab.