Strömmätning

DC-strömmätning

Inom elektronisk teknik är det ofta nödvändigt att mäta direkta strömmar. Det är uppenbart att många multimetrar, mestadels billiga, bara kan mäta likström. Mätområdet för växelström är i vissa modeller av multimetrar, som är dyrare, men dessa indikationer kan bara lita på om strömmen har sinusform och frekvensen inte överstiger 50 Hz.

Ammeterkrav

Varje mätanordning anses vara bra om den inte förorsakar snedvridningar i den uppmätta mängden, eller snarare introducerar, men så lite som möjligt. För en voltmeter är detta en hög ingångsimpedans eftersom den är ansluten parallellt med en sektion av kretsen. Det är lämpligt att erinra om att med en parallell anslutning minskar sektorns totala motstånd.

Ammeter ingår i kretsavbrottetdärför anses en positiv kvalitet, till skillnad från en voltmeter, bara vara ett lågt inre motstånd. Dessutom, desto mindre desto bättre, särskilt när du mäter låga strömmar, så inneboende i elektroniska kretsar. Den aktuella mätprocessen visas i figur 1.

Diagrammet visar en enkel elektrisk krets bestående av ett galvaniskt batteri och två motstånd, endast lämpliga för att utföra experiment på mätströmmar. Först och främst bör du vara uppmärksam på enhetens polaritet, den måste sammanfalla med strömriktningen, som indikeras med pilar.

Figuren visar en pekeenhet som inte kommer att visas i motsatt riktning. För en digital multimeter spelar inte strömriktningen någon roll. Om den är felaktigt ansluten visar den helt enkelt ett minustecken och konflikten kommer att lösas på detta. Matematiker skulle säga att modulet för ett nummer är uppmätt, det verkar som det är namnet på det osignerade numret.

Figur 1Aktuell mätprocess

Vad amperemet visar

För en så enkel krets är det inte svårt att beräkna strömmen, det kommer att vara 0,018A eller 18 mA. Samtidigt visar figuren att en milliammeter i samma krets är ansluten på tre olika punkter. Enligt fysiklagarna kommer hans avläsningar att vara exakt desamma, eftersom hur många elektroner som "flyter ut" från batteriets plus, återgår samma antal tillbaka, men efter ett "minus". Och vägen för alla dessa elektroner är densamma: dessa är anslutande ledningar, motstånd, och om de är anslutna, sedan millimeter.

Figur 2 visar ett diagram över en tvåtransistormottagare från M.M.s bok. Rumyantsev "50 kretsar av transistormottagare" (1966).

Figur 2Dubbel transistor-mottagarkrets

På den tiden åtföljdes kretsar i böcker av detaljerade beskrivningar och metoder för deras anpassning. Det rekommenderades ofta att mäta strömmar i specifika delar av kretsen, vanligtvis kollektorströmmar för transistorer. Platser för mätning av strömmar visas på diagrammet med ett kors. Vid denna tidpunkt var naturligtvis en milliammeter ansluten till ledarens gap och genom att välja motståndsvärdet markerat med en asterisk valdes den ström som direkt anges på diagrammet.

Fallgropar i mätströmmar

Figurerna 3 och 4 visar den enklaste kretsen, ett batteri, ett motstånd och en multimeter. Enligt Ohms lag är det lätt att beräkna att strömmen i denna krets kommer att vara

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

Om du tittar noga på båda figurerna visar det sig att avläsningarna är olika, även om ingenting har förändrats i själva kretsarna, om de kan kallas det. I figur 3 överensstämmer avläsningarna helt med Ohms beräkning.

Bild 3. Mätningar ström i programsimulatorn Multisim

Men i figur 4 blev de något lägre, nämligen 148,515mA. Frågan är varför? När allt har inget förändrats på kretsen, källan är densamma och motståndet har inte blivit mer eller mindre.

Bild 4. Mätningar ström i programsimulatorn Multisim

Faktum är att multimeterns egenskaper kan ändras, vilket görs genom att klicka på knappen "Alternativ".I det här fallet ändrades ingångsmotståndet för ammetern: i figur 3 var den 1 & # 8486; och i figur 4 ökades den till 100 mΩ, eller endast 0,1Ω. Detta exempel tillhandahålls för att demonstrera hur ett mätinstruments egenskaper påverkar resultatet. I detta fall en ammeter.

Låt oss försöka öka strömmen 10 gånger i den här kretsen. För att göra detta räcker det att minska motståndsvärdet också med 10 gånger, då är det lätt att beräkna att amperemet visar en och en halv ampère. Om ingångsimpedansen anses vara 1nΩ, som i figur 3, blir resultatet 1,5A, vilket är helt överensstämmande med Ohms beräkning.

Om du använder ovannämnda knapp “Parametrar” för att göra motståndet mot ammetern 0,1Ω, så kan du se på 1 364A på enhetens skala. Naturligtvis är 0.1Ω lite för stor för en riktig ammeter, och 1nΩ händer förmodligen bara i programmet - simulatorn kan fortfarande se hur enhetens interna motstånd påverkar mätresultatet. I allmänhet måste man omedelbart räkna ut "i sinnet" när resultaten utförs i sådana mätningar. Men du bör börja med ett uppenbart större utbud på enheten.

Detta är fallet när man mäter strömmar i ett simulatorprogram, där allt medvetet ställs in för att uppnå bättre resultat. Alla delar med minimala toleranser, ingångsimpedanser för enheterna är också idealiska, omgivningstemperaturen är 25 grader. Men som just visats kan parametrarna för enheter, delar och jämn temperatur ställas in på användarens begäran.

Mätningar med detta instrument

I verkligheten är allt inte så smidigt. Bred motstånd kan ha toleranser på som regel ± 5, 10 och 20 procent. Naturligtvis finns det motstånd med toleranser på en tiondel av en procent, men de används bara där det verkligen är nödvändigt, och inte alls i utbredd användningsutrustning nära varje transistor och nära varje mikrokrets.

Det antas att experiment på mätströmmar utförs med motstånd med 5% tolerans. Sedan, till det nominella värdet (det som står på motståndskåpet), till exempel 10KΩ, kan ett motstånd med ett motstånd i intervallet 9,5 ... 10,5KΩ falla under armen. Om ett sådant motstånd är anslutet till en spänningskälla, till exempel 10V, kan du vid mätning av strömmar få värden i intervallet 1.053 ... 0.952mA, istället för den förväntade 1mA. En ännu större spridning kommer att erhållas när man använder motstånd med en tolerans på 10 eller 20 procent.

Och helt fantastiska resultat kan erhållas om dessa experiment utförs på batterikraft. Kretsen är exakt densamma som i figurerna 3 och 4. Den är så enkel att du helt kan undvika lödning och tryckta kretskort, göra allt helt enkelt med vändningar eller helt enkelt hålla den i dina händer.

Låt oss uppskatta vad som ska visa sig, vad enheten ska visa. Det är känt att batterispänningen är 1,5V, motstånd 10Ω. Sedan, enligt Ohms lag, är I = U / R = 1,5 / 10 = 0,15A eller 150 mA.

I faktiska mätningar, i stället för de förväntade 150 mA, visade enheten 98,3 mA. Även om vi antar att motståndet fångas med en 20 procents tolerans, är I = U / R = 1,5 / 12 = 0,125A eller 125 mA.

Det räcker inte! Var gick det hela? I vårt fall visade sig det "döda" batteriet vara skylden. Under operationen tappade hon en del av laddningen och hennes inre motstånd ökade. Tillägget till det yttre motståndets motstånd gav det interna motståndet sitt "bidrag" till förvrängningen av mätresultatet. Det var dessa omständigheter som ledde till att enhetens läsningar, för att uttrycka det mildt, mycket långt ifrån de förväntade.

Därför måste man vara extremt försiktig när man gör mätningar i elektroniska kretsar, noggrannheten är inte heller överflödig. Kvaliteter som är direkt motsatta av de som just nämnts leder till katastrofala resultat. Mätinstrument kan brännas, apparater utvecklas eller repareras också, och i vissa fall till och med få en elektrisk stöt. För att undvika besvikelse från sådana fall kan vi återigen rekommendera att komma ihåg säkerhetsåtgärder.

Boris Aladyshkin