Aktuel måling

DC strømmåling

I elektronisk teknologi er det ofte nødvendigt at måle direkte strømme. Tilsyneladende kan mange multimetre, for det meste billige, af denne grund kun måle jævnstrøm. Måleområdet for vekselstrøm er i nogle modeller af multimetre, hvilket er dyrere, men disse indikationer kan kun klareres, hvis strømmen har en sinusform og frekvensen ikke overstiger 50 Hz.

Ammeterkrav

Enhver måleenhed betragtes som god, hvis den ikke indfører forvrængninger i den målte mængde eller snarere introducerer, men så lidt som muligt. For et voltmeter er dette en høj indgangsimpedans, da det er forbundet parallelt med et afsnit af kredsløbet. Det er hensigtsmæssigt at huske, at med en parallel forbindelse falder sektionens totale modstand.

Ammeter er inkluderet i afbrydelsen af ​​kredsløbetderfor betragtes en positiv kvalitet, i modsætning til et voltmeter, til kun at være en lav indre modstand. Desuden er jo mindre, jo bedre, især når man måler lave strømme, så iboende i elektroniske kredsløb. Den aktuelle måleproces er vist i figur 1.

Diagrammet viser et simpelt elektrisk kredsløb bestående af et galvanisk batteri og to modstande, der kun er egnet til at udføre eksperimenter på måling af strømme. Først og fremmest skal du være opmærksom på enhedens polaritet, det skal falde sammen med strømens retning, som er indikeret med pile.

Figuren viser en markørenhed, der ikke vises i den modsatte retning. For et digitalt multimeter er strømstyringen ikke vigtig. Hvis det er forkert forbundet, viser det ganske enkelt et minustegn, og konflikten afvikles om dette. Matematikere vil sige, at modulet for et tal måles, det ser ud til, at det er navnet på det usignerede nummer.

Figur 1Aktuel måleproces

Hvad ammeteret viser

For et så simpelt kredsløb er det ikke svært at beregne strømmen, det vil være 0,018A eller 18mA. På samme tid viser figuren, at en milliammeter i det samme kredsløb er forbundet på tre forskellige punkter. I henhold til fysiklovene vil hans aflæsninger være nøjagtig de samme, fordi hvor mange elektroner "strømmer ud" fra batteriets plus, vender det samme nummer tilbage, men efter et "minus". Og stien for alle disse elektroner er den samme: disse er forbindelsesledninger, modstande, og hvis de er tilsluttet, så er millimeter.

Fig. 2 viser et diagram af en to-transistor-modtager fra M.M. bog. Rumyantsev "50 kredsløb af transistormodtagere" (1966).

Figur 2Dobbelt transistor-modtager kredsløb

I disse dage blev kredsløb i bøger ledsaget af detaljerede beskrivelser og metoder til deres justering. Det blev ofte anbefalet at måle strømme i specifikke sektioner af kredsløbet, som regel kollektorstrømme af transistorer. Steder til måling af strømme blev vist på diagrammet med et kryds. På dette tidspunkt var naturligvis en milliammeter forbundet til lederens spalte, og ved at vælge modstandsværdien markeret med en stjerne blev den aktuelle strøm, der blev angivet med det samme på diagrammet valgt.

Faldgruber i måling af strømme

Figur 3 og 4 viser det enkleste kredsløb, et batteri, en modstand og en multimeter. I henhold til Ohms lov er det let at beregne, at strømmen i dette kredsløb vil være

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

Hvis man ser nøje på begge figurer, viser det sig, at aflæsningen af ​​enhederne er forskellige, skønt intet er ændret i selve ordningerne, hvis de kan kaldes det. I figur 3 er målingerne fuldt ud i overensstemmelse med Ohms beregning.

Figur 3. Målinger strøm i programsimulatoren Multisim

Men i figur 4 blev de lidt lavere, nemlig 148,515mA. Spørgsmålet er, hvorfor? Der er trods alt intet ændret på kredsløbet, kilden er den samme, og modstanden er ikke blevet mere eller mindre.

Figur 4. Målinger strøm i programsimulatoren Multisim

Faktum er, at multimeterets egenskaber kan ændres, hvilket gøres ved at klikke på knappen "Indstillinger".I dette tilfælde blev ammeterets indgangsmodstand ændret: i figur 3 var det 1n & # 8486; og i figur 4 blev det øget til 100mΩ, eller kun 0,1Ω. Dette eksempel tilvejebringes for at demonstrere, hvordan egenskaberne for et måleinstrument påvirker resultatet. I dette tilfælde en ammeter.

Lad os prøve at øge strømmen 10 gange i dette kredsløb. For at gøre dette er det nok at reducere modstandens værdi også med 10 gange, så er det let at beregne, at ampermeteret viser en og en halv ampere. Hvis inputimpedansen antages at være 1n 1, som i figur 3, vil resultatet være 1,5A, hvilket er fuldt ud i overensstemmelse med Ohms beregning.

Hvis du bruger ovennævnte knap "Parametre" til at gøre ammeterets modstand 0.1Ω, kan du på enhedens skala se 1.364A. Selvfølgelig er 0.1Ω lidt for stor til et rigtigt ammeter, og 1nΩ sker sandsynligvis kun i programmet - simulatoren kan stadig se, hvordan enhedens interne modstand påvirker måleresultatet. Generelt, når man foretager sådanne målinger, skal man straks finde ud af ”i sindet” i det mindste rækkefølgen af ​​resultatet. Men du skal starte med en åbenlyst større rækkevidde på enheden.

Dette er tilfældet, når man måler strømme i et simulatorprogram, hvor alt er bevidst indstillet for at opnå bedre resultater. Alle dele med minimale tolerancer, indgangsimpedanser af enhederne er også ideelle, omgivelsestemperaturen er 25 grader. Men som netop vist, kan parametrene for enheder, dele og jævn temperatur indstilles på anmodning fra brugeren.

Målinger med dette instrument

I det virkelige liv er alt ikke så glat. Brede modstande kan have tolerancer som regel ± 5, 10 og 20 procent. Der er selvfølgelig modstande med tolerancer på en tiendedel af en procent, men de bruges kun, hvor det virkelig er nødvendigt, og slet ikke i udbredt brugsudstyr nær hver transistor og i nærheden af ​​hver mikrokredsløb.

Det antages, at eksperimenter til måling af strømme udføres med modstande med en 5% tolerance. Derefter til den nominelle værdi (hvad der er skrevet på modstandskassen), for eksempel 10KΩ, kan en modstand med en modstand i området 9,5 ... 10,5KΩ falde under armen. Hvis en sådan modstand er forbundet til en spændingskilde, for eksempel 10V, kan du ved måling af strømme få værdier i intervallet 1.053 ... 0,952mA i stedet for den forventede 1mA. En endnu større spredning opnås ved anvendelse af modstande med en tolerance på 10 eller 20 procent.

Og helt fantastiske resultater kan opnås, hvis disse eksperimenter udføres på batteristrøm. Kredsløbet er nøjagtigt det samme som i figur 3 og 4. Det er så enkelt, at du helt kan undlade at lodde og trykte kredsløbskort, gøre alt blot med vendinger eller blot holde det i dine hænder.

Lad os estimere, hvad der skal vise sig, hvad enheden skal vise. Det vides, at batterispændingen er 1,5V, modstand 10Ω. I overensstemmelse med Ohms lov er I = U / R = 1,5 / 10 = 0,15A eller 150mA.

I faktiske målinger, i stedet for den forventede 150mA, viste enheden 98,3 mA. Selv hvis vi antager, at modstanden er fanget med en 20 procents tolerance, er I = U / R = 1,5 / 12 = 0,125A eller 125mA.

Det vil ikke være nok! Hvor gik det hele hen? I vores tilfælde viste det sig at det "døde" batteri var skylden. Under operation mistede hun en del af ladningen, og hendes interne modstand steg. Ved at tilføje den eksterne modstands modstand gav den interne modstand sit "bidrag" til forvrængningen af ​​måleresultatet. Det var disse omstændigheder, der førte til, at enhedens målinger mildt sagt var meget langt fra de forventede.

Derfor, når man foretager målinger i elektroniske kredsløb, skal man være ekstremt omhyggelig, nøjagtigheden er heller ikke overflødig. Kvaliteter, der er direkte modsat dem, der netop er nævnt, fører til katastrofale resultater. Måleinstrumenter kan også brændes, enheder, der udvikles eller repareres, og i nogle tilfælde endda få et elektrisk stød. For at undgå skuffelse fra sådanne tilfælde kan vi igen anbefale at huske sikkerhedsforholdsregler.

Boris Aladyshkin