Spanningsmeting

In de praktijk van amateurradio is dit het meest voorkomende type meting. Bij het repareren van een tv worden bijvoorbeeld spanningen gemeten op karakteristieke punten van het apparaat, namelijk op de klemmen van transistoren en microschakelingen. Als u een schakelschema bij de hand hebt en het toont de modi van transistors en microschakelingen, dan zal het voor een ervaren meester niet moeilijk zijn om een ​​storing te vinden.

Bij het bouwen van zelf-geassembleerde structuren kan spanningsmeting niet achterwege blijven. De enige uitzonderingen zijn de klassieke schema's, waarover ze zoiets schrijven: "Als het ontwerp is samengesteld uit te repareren onderdelen, is geen aanpassing vereist, het werkt meteen."

In de regel zijn dit bijvoorbeeld klassieke elektronische circuits, multivibrator. Dezelfde benadering kan zelfs worden verkregen voor een audiofrequentieversterker, als deze wordt geassembleerd op een gespecialiseerde chip. Als een goed voorbeeld, de TDA 7294 en nog veel meer chips in deze serie. Maar de kwaliteit van de "geïntegreerde" versterkers is klein, en echte kenners bouwen hun versterkers op discrete transistoren, en soms op elektronische buizen. En hier is het gewoon dat u niet kunt doen zonder aanpassingen en gerelateerde stressmetingen.

Hoe en wat te meten

Afgebeeld in figuur 1.

Figuur 1

Misschien zal iemand zeggen, zij zeggen, wat kan hier worden gemeten? En wat heeft het voor zin om zo'n ketting samen te stellen? Ja, het is waarschijnlijk moeilijk om een ​​praktische toepassing voor een dergelijk schema te vinden. En voor educatieve doeleinden is het heel geschikt.

Allereerst moet u letten op hoe de voltmeter is aangesloten. Aangezien het DC-circuit in de afbeelding wordt weergegeven, is de voltmeter aangesloten in overeenstemming met de polariteit die op het apparaat wordt aangegeven in de vorm van plus- en mintekens. Kortom, deze opmerking geldt voor het aanwijsapparaat: als de polariteit niet wordt waargenomen, zal de pijl in de tegenovergestelde richting afwijken, in de richting van de nulverdeling van de schaal. Dus we krijgen een soort negatieve nul.

Digitale apparaten, multimeters, zijn in dit opzicht democratischer. Zelfs als testsondes aangesloten in omgekeerde polariteit, zal de spanning nog steeds worden gemeten, alleen een minteken verschijnt op de schaal vóór het resultaat.

Een ander ding om op te merken bij het meten van spanningen is het meetbereik van het apparaat. Als de geschatte spanning binnen het bereik ligt, bijvoorbeeld 10 ... 200 millivolt, komt de schaal van het apparaat overeen met 200 millivolt en is het onwaarschijnlijk dat het meten van de spanning op een schaal van 1000 volt een begrijpelijk resultaat geeft.

U moet ook in andere gevallen een meetbereik kiezen. Voor een gemeten spanning van 100 volt is een bereik van 200V en zelfs 1000V zeer geschikt. Het resultaat zal hetzelfde zijn. Het betreft moderne multimeter.

Als de metingen worden uitgevoerd door het goede oude aanwijsapparaat, moet u, om de spanning van 100 V te meten, het meetbereik selecteren wanneer de metingen zich in het midden van de schaal bevinden, waardoor een nauwkeurigere meting mogelijk is.

En nog een klassieke aanbeveling voor het gebruik van een voltmeter, namelijk: als de grootte van de gemeten spanning onbekend is, moeten de metingen worden gestart door de voltmeter op het grootste bereik in te stellen. Als de gemeten spanning 1 V is en het bereik 1000 V, is het grootste gevaar immers de onjuiste meetwaarden van het apparaat. Als het andersom blijkt, is het meetbereik 1V en de gemeten spanning is 1000, het kopen van een nieuw apparaat kan eenvoudigweg niet worden vermeden.

Wat een voltmeter zal laten zien

Maar misschien zullen we terugkeren naar figuur 1 en proberen te bepalen wat beide voltmeters zullen laten zien. Om dit te bepalen, moet u profiteer van de wet van Ohm. Het probleem kan in enkele stappen worden opgelost.

Bereken eerst de stroom in het circuit. Om dit te doen, is het noodzakelijk om de bronspanning (in de afbeelding is dit een galvanische batterij met een spanning van 1,5 V) te delen door de circuitweerstand.Met een serieverbinding van weerstanden is dit gewoon de som van hun weerstanden. In de vorm van een formule ziet het er ongeveer zo uit: I = U / (R1 + R2) = 4.5 / (100 + 150) = 0.018 (A) = 180 (mA).

Een kleine opmerking: als de uitdrukking 4,5 / (100 + 150) naar het klembord wordt gekopieerd en vervolgens in het venster van de Windows-rekenmachine wordt geplakt, wordt het resultaat van de berekeningen verkregen nadat u op de toets "gelijk" hebt gedrukt. In de praktijk worden nog complexere uitdrukkingen met vierkante en gekrulde accolades, graden en functies berekend.

Ten tweede, krijg de meetresultaten, zoals de spanningsval over elke weerstand:

U1 = I * R1 = 0.018 * 100 = 1.8 (V),

U2 = I * R2 = 0.018 * 150 = 2.7 (V),

Om de juistheid van de berekeningen te verifiëren, is het voldoende om beide resulterende waarden van de spanningsval toe te voegen. De som moet gelijk zijn aan de batterijspanning.

Misschien vraagt ​​iemand zich af: “En als de deler niet van twee weerstanden komt, maar van drie of zelfs van tien? Hoe de spanningsval op elk van hen te bepalen? " Op dezelfde manier als in het beschreven geval. Eerst moet u de totale weerstand van het circuit bepalen en de totale stroom berekenen.

Waarna deze reeds bekende stroom eenvoudig wordt vermenigvuldigd met weerstand van de bijbehorende weerstand. Soms moet je dergelijke berekeningen doen, maar er is ook één ding. Om niet te twijfelen aan de verkregen resultaten, moet de stroom in de formules worden vervangen in Ampères en de weerstand in Ohm. Dan zal het resultaat zonder twijfel in Volt zijn.

Voltmeter ingangsimpedantie

Nu is iedereen gewend om Chinese apparaten te gebruiken. Maar dit betekent niet dat hun kwaliteit nutteloos is. Het is alleen dat in Rusland niemand dacht aan het produceren van hun eigen multimeters, en de pijltesters waren blijkbaar vergeten hoe het moest. Gewoon jammer voor de staat.

Fig. 2. MultimeterDT838

Er was eens een beschrijving van de technische kenmerken van de instrumenten. In het bijzonder voor voltmeters en schakeltesters was dit de ingangsweerstand en deze werd aangegeven in kilo-ohm / volt. Er waren apparaten met een weerstand van 10 K / V en 20 K / V. Deze laatste werden als nauwkeuriger beschouwd, omdat de gemeten spanning minder werd verlaagd en een nauwkeuriger resultaat vertoonde. Het bovenstaande kan worden bevestigd door figuur 3.

Figuur 3

De figuur laat zien spanningsdeler van twee weerstanden. De weerstand van elke weerstand is 1KΩ, de voedingsspanning is 3V. Het is gemakkelijk te raden, zelfs al is het niet nodig om iets te overwegen, dat er op elke weerstand precies de helft van de spanning zal zijn.

Stel je nu voor dat de metingen worden uitgevoerd door het TL4-apparaat, dat in de spanningsmetingsmodus een ingangsimpedantie van 10KΩ / V heeft. Bij de spanning aangegeven in het diagram is de meetlimiet van 3V heel geschikt, waarbij de totale weerstand van de voltmeter 10 * 3 = 30 (KOhm) zal zijn.

Het blijkt dus dat nog een 30KΩ parallel is verbonden met de weerstand met een weerstand van 1KΩ. Dan is de totale weerstand bij parallel aangesloten 999.999 Ohm. Hoewel iets kleiner, maar niet veel. Daarom zal de fout van het spanningsmeetresultaat te verwaarlozen zijn.

Als beide weerstanden van de deler een nominale waarde van 1 megaohm hebben, zien de berekeningsresultaten er ongeveer zo uit:

De totale weerstand van een parallel aangesloten voltmeter en weerstand R1 zal minder zijn dan minder, en door berekening zal deze 29.126KΩ zijn. Wie niet gelooft, kan in de praktijk herberekenen volgens formules voor parallelle verbinding van weerstanden.

Totale stroom in het scheidingscircuit: I = U / (R1 + R2) = 3 / (1000 + 29.126) = 0.0029150949446423470012418304464176 (mA).

De weerstandswaarden worden vervangen in kilo-ohm, dus de stroom bleek in milliampère. Dan blijkt dat de voltmeter zal tonen

0.0029150949446423470012418304464176 * 29.126 ≈ 0.085 V.

En de helft werd verwacht, d.w.z. anderhalve volt! Als de stroom in milliampère is, is de weerstand in kilo-ohm, het resultaat wordt verkregen in volt. Hoewel niet volgens het SI-systeem, doen ze dat soms wel.

Natuurlijk is zo'n verdeler enigszins onrealistisch: waarom slechts 3 megaohm-weerstanden op een spanning van slechts 3V zetten? Of misschien wordt zo'n verdeler ergens gebruikt, alleen de spanning erop moet met een volledig ander apparaat worden gemeten.

Een van de goedkoopste Chinese multimeters DT838, op alle spanningsmeetbereiken, heeft bijvoorbeeld een ingangsweerstand van 1 megohm, veel hoger dan het apparaat in het vorige voorbeeld. Maar dit betekent helemaal niet dat pijlmeters hun leeftijd hebben overleefd. In sommige gevallen zijn ze eenvoudigweg onvervangbaar.

AC-spanningsmeting

Alle methoden en aanbevelingen met betrekking tot de meting van constante spanning zijn ook geldig voor variabelen: de voltmeter is parallel verbonden met het circuitgedeelte, de ingangsweerstand van de voltmeter moet zo groot mogelijk zijn, het meetbereik moet overeenkomen met de gemeten spanning. Maar bij het meten van wisselspanningen moeten nog twee factoren in aanmerking worden genomen, welke constante spanning niet heeft. Dit is de frequentie van de spanning en zijn vorm.

Metingen kunnen worden uitgevoerd door twee soorten apparaten: een moderne digitale multimeter of een "antediluviaanse" pointer tester. Natuurlijk zijn beide apparaten in deze meting inbegrepen in de modus voor het meten van wisselspanningen. Beide apparaten zijn ontworpen om de spanning van een sinusvormige vorm te meten en laten tegelijkertijd zien rms waarde.

De effectieve spanning U is 0,707 van de amplitudespanning Um.

U = Um / √2 = 0.707 * Um, waaruit kan worden geconcludeerd dat Um = U * √2 = 1.41 * U

Een doordringend voorbeeld is hier geschikt. Bij het meten van wisselspanning vertoonde het apparaat 220V, wat betekent dat de amplitudewaarde volgens de formule is

Um = U * √2 = 1.41 * U = 220 * 1.41 = 310V.

Deze berekening wordt elke keer bevestigd wanneer de netspanning wordt gecorrigeerd door een diodebrug waarna er ten minste één elektrolytische condensator is: als u de constante spanning aan de bruguitgang meet, toont het apparaat slechts 310V. Dit cijfer moet worden onthouden, het kan nuttig zijn bij de ontwikkeling en reparatie van schakelende voedingen.

De aangegeven formule is geldig voor alle spanningen als ze een sinusvormige vorm hebben. Na een step-down transformator is er bijvoorbeeld een verandering van 12 V. Dan, na het rechtzetten en gladmaken van de condensator, krijgen we

12 * 1.41 = 16.92 bijna 17V. Maar dit is als de belasting niet is aangesloten. Wanneer de belasting is aangesloten, zal de DC-spanning dalen tot bijna 12V. In het geval dat de spanningsvorm anders is dan de sinusgolf, werken deze formules niet, de apparaten laten niet zien wat van hen werd verwacht. Bij deze spanningen worden metingen uitgevoerd door andere instrumenten, bijvoorbeeld een oscilloscoop.

Een andere factor die de voltmeterwaarden beïnvloedt, is de frequentie. De digitale multimeter DT838 meet bijvoorbeeld, afhankelijk van zijn kenmerken, wisselspanningen in het frequentiebereik 45 ... 450 Hz. Een beetje beter in dit opzicht is de oude TL4 pointer tester.

In het spanningsbereik tot 30V is het frequentiebereik 40 ... 15000Hz (bijna het hele geluidsbereik kan worden gebruikt bij het afstemmen van versterkers), maar met een toename in spanning neemt de toegestane frequentie af. In het 100V-bereik is dit 40 ... 4000Hz, 300V 40 ... 2000Hz en in het 1000V-bereik is dit slechts 40 ... 700Hz. Hier is een onbetwistbare overwinning op een digitaal apparaat. Deze cijfers zijn ook alleen geldig voor sinusvormige spanningen.

Hoewel soms geen gegevens vereist zijn over de vorm, frequentie en amplitude van de wisselspanningen. Hoe bijvoorbeeld te bepalen of de lokale oscillator van een kortegolfontvanger werkt of niet? Waarom 'ving' de ontvanger niets?

Het blijkt dat alles heel eenvoudig is, als je een aanwijsapparaat gebruikt. Het is noodzakelijk om het op elke limiet in te schakelen voor het meten van wisselspanningen en met één sonde (!) Raak de klemmen van de lokale oscillator transistor aan. Als er hoogfrequente oscillaties zijn, worden deze gedetecteerd door de diodes in het apparaat en zal de pijl afwijken van een deel van de schaal.