Измерение переменных напряжений

Все методы и рекомендации, касающиеся измерения постоянных напряжений, справедливы и для переменных: вольтметр включается параллельно участку цепи, входное сопротивление вольтметра должно быть по возможности большим, диапазон измерений должен соответствовать измеряемому напряжению. Но при измерении переменных напряжений следует учитывать еще два фактора, которых постоянное напряжение не имеет. Это частота напряжения и его форма.

Измерения могут проводиться двумя типами приборов: либо современным цифровым мультиметром, либо «допотопным» стрелочным тестером. Естественно, что оба прибора при таком измерении включаются в режим измерения переменных напряжений. Оба прибора рассчитаны на измерение напряжений синусоидальной формы, и при этом будут показывать действующее значение напряжения.

Действующее напряжение U составляет 0,707 амплитудного напряжения Uм.

U = Uм/√2 = 0,707 * Uм, откуда можно сделать вывод, что Uм = U * √2 = 1,41 * U

Здесь уместно привести широко распространенный пример. При измерении переменного напряжения прибор показал 220В, значит, амплитудное значение по формуле получится

Uм = U * √2 = 1,41 * U = 220 * 1,41 = 310В.

Этот расчет подтверждается каждый раз, когда сетевое напряжение выпрямляется диодным мостом после которого стоит хотя бы один электролитический конденсатор: если померить постоянное напряжение на выходе моста, то прибор покажет как раз 310В. Эту цифру следует запомнить, она может пригодиться при разработке и ремонте импульсных блоков питания.

Указанная формула справедлива для всех напряжений, если они будут иметь синусоидальную форму. Например, после понижающего трансформатора имеется 12В переменки. Тогда после выпрямления и сглаживания на конденсаторе получится

12 * 1,41 = 16,92 почти 17В. Но это если не подключена нагрузка. При подключенной нагрузке постоянное напряжение подсядет почти до 12В. В случае, когда форма напряжения иная, чем синусоида эти формулы не работают, приборы показывают не то, что от них ожидалось. На этих напряжениях измерения производятся другими приборами, например, осциллографом.

Еще один фактор, влияющий на показания вольтметра это частота. Например, цифровой мультиметр DT838 согласно своих характеристик меряет переменные напряжения в диапазоне частот 45…450Гц. Несколько лучше в этом плане выглядит старенький стрелочный тестер ТЛ4.

В диапазоне напряжений до 30В его частотный диапазон составляет 40…15000Гц (почти весь звуковой диапазон, можно пользоваться при настройке усилителей), но с увеличением напряжения допустимая частота падает. В диапазоне 100В это 40…4000Гц, 300В 40…2000Гц, а в диапазоне 1000В всего 40…700Гц. Вот тут уже бесспорная победа над цифровым прибором. Эти цифры также справедливы лишь для напряжений синусоидальной формы.

Хотя иногда и не требуется никаких данных о форме, частоте и амплитуде переменных напряжений. Например, как определить работает гетеродин коротковолнового приемника или нет? Почему приемник ничего не «ловит»?

Оказывается, все очень просто, если воспользоваться стрелочным прибором. Надо включить его на любой предел измерения переменных напряжений и одним щупом (!) коснуться выводов транзистора гетеродина. Если есть высокочастотные колебания, то они продетектируются диодами внутри прибора, и стрелка отклонится на некоторую часть шкалы.

Измерение тока

Измерение постоянных токов

В электронной технике чаще всего приходится измерять постоянные токи. Видимо, по этой причине многие мультиметры, большей частью дешевые, могут измерять только постоянный ток. Диапазон измерения переменного тока есть у некоторых моделей мультиметров, которые подороже, но верить этим показаниям можно лишь в случае, когда ток имеет синусоидальную форму и частота не превышает 50 Гц.

Требования к амперметру

Любой измерительный прибор считается хорошим, если он не вносит искажений в измеряемую величину, вернее говоря, вносит, но как можно меньше. Для вольтметра это высокое входное сопротивление, поскольку он включается параллельно участку цепи. Здесь уместно вспомнить, что при параллельном соединении общее сопротивление участка уменьшается.

Амперметр включается в разрыв участка цепи, поэтому для него положительным качеством считается, в отличие от вольтметра, как раз низкое внутреннее сопротивление. При этом, чем меньше, тем лучше, особенно при измерении малых токов, столь присущих электронным схемам. Процесс измерения тока показан на рисунке 1.

На схеме показана простая электрическая цепь, состоящая из гальванической батареи и двух резисторов, пригодная только для проведения опытов по измерению токов. Прежде всего, следует обратить внимание на полярность включения прибора, она должна совпадать с направлением тока, которое обозначено стрелками.

На рисунке показан стрелочный прибор, который в обратную сторону показывать не будет. Для цифрового мультиметра направление тока безразлично. При неправильном подключении он просто покажет знак «минус», и на этом конфликт будет исчерпан. Математики бы сказали, что измерен модуль числа, кажется, так называется число без знака.

Рисунок 1. Процесс измерения тока