Spänningsmätning

I amatörradiopraxis är detta den vanligaste typen av mätning. Till exempel, vid reparation av en TV, mäts spänningar vid karakteristiska punkter för enheten, nämligen vid terminalerna på transistorer och mikrokretsar. Om du har till hands ett kretsschema, och det visar lägena för transistorer och mikrokretsar, kommer det inte att vara svårt för en erfaren befälhavare att hitta ett fel.

När man bygger självmonterade strukturer kan man inte undvika spänningsmätning. De enda undantagen är de klassiska schemat, om vilka de skriver något liknande: "Om designen är monterad från underhållbara delar, krävs ingen justering, det fungerar direkt."

Som regel är det klassiska elektronikkretsar, till exempel multivibratorn. Samma tillvägagångssätt kan erhållas även för en ljudfrekvensförstärkare om den är monterad på ett specialiserat chip. Som ett bra exempel är TDA 7294 och många fler chips i denna serie. Men kvaliteten på de "integrerade" förstärkarna är liten och verkliga kännare bygger sina förstärkare på diskreta transistorer och ibland på elektroniska rör. Och här är det bara att du inte kan göra utan att justera och relaterade stressmätningar.

Hur och vad man ska mäta

Visas i figur 1.

Figur 1

Kanske kommer någon att säga, säger de, vad kan mätas här? Och vad är meningen med att sätta ihop en sådan kedja? Ja, det är förmodligen svårt att hitta praktisk tillämpning för ett sådant system. Och för utbildningsändamål är det ganska lämpligt.

Först och främst bör du vara uppmärksam på hur voltmetern är ansluten. Eftersom likströmskretsen visas på figuren är voltmetern ansluten i enlighet med polariteten som anges på enheten i form av pluss- och minustecken. I grund och botten gäller denna anmärkning för pekarenheten: om polariteten inte observeras kommer pilen att avvika i motsatt riktning, i riktning mot skalans nolldelning. Så vi får någon slags negativ noll.

Digitala enheter, multimeter, i detta avseende är mer demokratiska. Även om testprober ansluten i omvänd polaritet kommer spänningen att mätas, bara ett minustecken visas på skalan före resultatet.

En annan sak att notera vid mätning av spänningar är mätområdet för enheten. Om den uppskattade spänningen ligger i intervallet, till exempel 10 ... 200 millivolt, motsvarar anordningens skala 200 millivolt, och att mäta spänningen på en skala på 1000 volt är osannolikt att ge ett begripligt resultat.

Du bör också välja ett mätområde i andra fall. För en uppmätt spänning på 100 volt är ett intervall på 200V och till och med 1000V lämpligt. Resultatet blir detsamma. Det när det gäller modern multimeter.

Om mätningarna görs av den goda gamla pekaranordningen, för att mäta spänningen på 100V, bör du välja mätområdet när avläsningarna är i mitten av skalan, vilket möjliggör en mer exakt avläsning.

Och en mer klassisk rekommendation om användning av en voltmeter, nämligen: om storleken på den uppmätta spänningen är okänd, bör mätningarna startas genom att ställa in voltmetern till det största intervallet. Trots allt, om den uppmätta spänningen är 1V, och intervallet är 1000V, är den största faran i felaktiga avläsningar på enheten. Om det visar sig tvärtom, är mätområdet 1V och den uppmätta spänningen är 1000, det kan helt enkelt inte undvikas att köpa en ny enhet.

Vad en voltmeter kommer att visa

Men kanske kommer vi tillbaka till figur 1 och försöka bestämma vad båda voltmetrarna kommer att visa. För att bestämma detta måste du göra det dra fördel av Ohms lag. Problemet kan lösas i några steg.

Beräkna först strömmen i kretsen. För att göra detta är det nödvändigt att dela källans spänning (i figuren är det ett galvaniskt batteri med en spänning på 1,5 V) med kretsens motstånd.Med en serieanslutning av motstånd kommer detta helt enkelt att vara summan av deras motstånd. I form av en formel ser det ut så här: I = U / (R1 + R2) = 4.5 / (100 + 150) = 0.018 (A) = 180 (mA).

En liten anmärkning: om uttrycket 4,5 / (100 + 150) kopieras till urklippet, sedan klistras in i fönstret på Windows-kalkylatorn, kommer resultatet efter beräkningarna att erhållas efter att du har tryckt på "lika" -tangenten. I praktiken beräknas ännu mer komplexa uttryck som innehåller kvadratiska och lockiga hängslen, grader och funktioner.

För det andra, få mätresultaten, som spänningsfallet över varje motstånd:

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

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

För att kontrollera beräkningarna är det tillräckligt att lägga till båda de resulterande värdena för spänningsfallet. Summan måste vara lika med batterispänningen.

Kanske någon kan fråga: ”Och om avdelaren inte kommer från två motstånd, utan från tre eller till och med från tio? Hur bestämmer man spänningsfallet på var och en av dem? " På samma sätt som i det beskrivna fallet. Först måste du bestämma kretsens totala motstånd och beräkna den totala strömmen.

Därefter multipliceras den redan kända strömmen helt enkelt med motsvarande motstånd. Ibland måste man göra sådana beräkningar, men det finns en sak också. För att inte ifrågasätta de erhållna resultaten bör strömmen i formlerna ersättas med Amperes och motståndet i Ohms. Sedan, utan tvekan, blir resultatet i Volts.

Voltmeter ingångsimpedans

Nu är alla vana vid att använda kinesiska enheter. Men detta betyder inte att deras kvalitet är värdelös. Det är bara att i Ryssland inte någon tänkte producera sina egna multimetrar, och piltestarna glömde tydligen hur de skulle göra det. Bara synd för staten.

Fig. 2. MultimeterDT838

En gång i tiden angav instrumentets instruktioner deras tekniska egenskaper. Speciellt för voltmetrar och switchtestare var detta ingångsmotståndet, och det anges i kilo-ohm / volt. Det fanns enheter med motstånd på 10 K / V och 20 K / V De senare ansågs vara mer exakta, eftersom den uppmätta spänningen minskades mindre och visade ett mer exakt resultat. Ovanstående kan bekräftas genom figur 3.

Figur 3

Figuren visar spänningsdelare för två motstånd. Motståndet för varje motstånd är 1KΩ, matningsspänningen är 3V. Det är lätt att gissa, även det är inte nödvändigt att tänka på något, att på varje motstånd kommer det att finnas exakt halva spänningen.

Föreställ dig nu att mätningarna utförs av TL4-enheten, som i spänningsmätningsläget har en ingångsimpedans på 10KΩ / V. Vid den spänning som anges i diagrammet är mätgränsen för 3V ganska lämplig, vid vilken voltmeterns totala motstånd är 10 * 3 = 30 (KOhm).

Således visar det sig att ytterligare 30KΩ är ansluten parallellt med motståndet med ett motstånd på 1KΩ. Då är det totala motståndet när det är anslutet parallellt 999.999 Ohm. Även om det är något mindre, men inte så mycket. Därför är felet i spänningsmätningsresultatet försumbart.

Om båda motstånden på delaren har ett nominellt värde på 1 megaohm, kommer beräkningsresultaten att se ut så här:

Det totala motståndet för en parallellkopplad voltmeter och motstånd R1 kommer att vara mindre än mindre, och genom beräkning blir den 29.126KΩ. Den som inte tror kan för övning räkna om enligt formler för parallellkoppling av motstånd.

Total ström i delningskretsen: I = U / (R1 + R2) = 3 / (1000 + 29.126) = 0,0029150949446423470012418304464176 (mA).

Resistensvärdena är ersatta i kilo-ohm, så strömmen visade sig i milliamp. Sedan visar det sig att voltmätaren kommer att visas

0,0029150949446423470012418304464176 * 29.126 ≈ 0,085 V.

Och hälften förväntades, d.v.s. en och en halv volt! Om strömmen är i milliamper är motståndet i kilo-ohm, erhålls resultatet i volt. Även om det inte är enligt SI-systemet, gör de det ibland.

Naturligtvis är en sådan avdelare något orealistisk: varför sätter bara 3 megaohm-motstånd på en spänning på bara 3V? Eller kanske en sådan avdelare används någonstans, bara spänningen på den måste mätas med en helt annan enhet.

Till exempel har en av de billigaste kinesiska multimetrarna DT838, på alla spänningsmätningsområden, en ingångsmotstånd på 1 megohm, mycket högre än enheten i föregående exempel. Men detta betyder inte alls att pilmätarna har överlevt sin ålder. I vissa fall är de helt enkelt ersättningsbara.

AC spänningsmätning

Alla metoder och rekommendationer relaterade till mätning av konstant spänning är också giltiga för variabler: voltmetern är ansluten parallellt till kretssektionen, inmatningsmotståndet för voltmeter ska vara så stort som möjligt, mätområdet ska motsvara den uppmätta spänningen. Men vid mätning av växelspänningar bör ytterligare två faktorer beaktas, vilken konstant spänning inte har. Detta är spänningsfrekvensen och dess form.

Mätningar kan utföras med två typer av enheter: antingen en modern digital multimeter eller en "antediluviansk" pekartestare. Naturligtvis ingår båda enheterna i denna mätning i läget för mätning av växelspänningar. Båda enheterna är utformade för att mäta spänningen i en sinusform, och kommer samtidigt att visa rms värde.

Den effektiva spänningen U är 0,707 för amplitudspänningen Um.

U = Um / √2 = 0,707 * Um, varifrån man kan dra slutsatsen att Um = U * √2 = 1,41 * U

Ett genomgripande exempel är lämpligt här. Vid mätning av växelspänning visade enheten 220V, vilket betyder att amplitudvärdet enligt formeln är

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

Denna beräkning bekräftas varje gång nätspänningen korrigeras av en diodbrygga, varefter det finns minst en elektrolytisk kondensator: om du mäter konstant spänning vid bryggutgången, visar enheten bara 310V. Denna siffra bör komma ihåg, den kan vara användbar vid utveckling och reparation av växelströmförsörjning.

Den angivna formeln är giltig för alla påfrestningar om de har sinusform. Till exempel efter en avvecklingstransformator sker en 12 V-växling. Sedan, efter rätning och utjämning av kondensatorn, får vi

12 * 1,41 = 16,92 nästan 17V. Men detta är om lasten inte är ansluten. När lasten är ansluten kommer DC-spänningen att sjunka till nästan 12V. När spänningsformen är annorlunda än sinusvågen fungerar inte dessa formler, enheterna visar inte vad som förväntades av dem. Vid dessa spänningar görs mätningar av andra instrument, till exempel ett oscilloskop.

En annan faktor som påverkar voltmeteravläsningarna är frekvensen. Exempelvis mäter den digitala multimetern DT838, enligt dess egenskaper, växelspänningar i frekvensområdet 45 ... 450 Hz. Lite bättre i detta avseende är den gamla TL4-pekartestaren.

I spänningsområdet upp till 30V är dess frekvensområde 40 ... 15000Hz (nästan hela ljudområdet kan användas vid inställning av förstärkare), men med en ökning av spänningen minskar den tillåtna frekvensen. I 100V-området är det 40 ... 4000Hz, 300V 40 ... 2000Hz, och i 1000V-området är det bara 40 ... 700Hz. Här är en obestridlig seger över en digital enhet. Dessa siffror gäller också endast för sinusformade påkänningar.

Även om det ibland inte krävs någon information om växelns spänningars form, frekvens och amplitud. Hur kan du till exempel avgöra om den lokala oscillatorn för en kortvågsmottagare fungerar eller inte? Varför “mottar” inte mottagaren något?

Det visar sig att allt är väldigt enkelt om du använder en pekarenhet. Det är nödvändigt att sätta på den till valfri gräns för att mäta växelspänningar och med en sond (!) Rör vid terminalerna på den lokala oscillatortransistorn. Om det finns högfrekventa svängningar upptäcks de av dioderna inuti enheten och pilen kommer att avvika till någon del av skalan.