Měření napětí » Informace pro elektrikáře

V radioamatérské praxi se jedná o nejběžnější typ měření. Například při opravě televizoru se měří napětí v charakteristických bodech zařízení, konkrétně na svorkách tranzistorů a mikroobvodů. Pokud máte po ruce schéma zapojení a jsou na něm uvedeny režimy tranzistorů a mikroobvodů, nebude pro zkušeného technika těžké najít chybu.

Při vlastní montáži konstrukcí se nelze obejít bez měření napětí. Jedinou výjimkou jsou klasická schémata, o kterých píší něco takového: „Pokud je konstrukce sestavena z provozuschopných dílů, není třeba žádné úpravy, bude fungovat okamžitě.“

Zpravidla se jedná o klasické elektronické obvody, například multivibrátor. Stejný přístup lze dokonce aplikovat na audio zesilovač, pokud je sestaven na specializovaném čipu. Jako jasný příklad TDA 7294 a mnoha dalších mikroobvodů v této sérii. Ale kvalita „integrovaných“ zesilovačů je nízká a skuteční znalci staví své zesilovače na diskrétních tranzistorech a někdy na elektronkách. A tady se to bez nastavení a souvisejících měření napětí prostě neobejde.

Jak a co měřit

Zobrazeno na obrázku 1.

Snad si někdo řekne, co se tu dá měřit? A jaký smysl má sestavení takového řetězu? Ano, pro takové schéma se asi těžko hledají praktické aplikace. A pro vzdělávací účely je to docela vhodné.

Nejprve byste měli věnovat pozornost tomu, jak je voltmetr připojen. Vzhledem k tomu, že na obrázku je stejnosměrný obvod, je voltmetr zapojen v souladu s polaritou vyznačenou na zařízení ve tvaru znaménka plus a mínus. V zásadě platí tato poznámka pro ukazovací přístroj: pokud není dodržena polarita, šipka se vychýlí v opačném směru, k nulovému dílku stupnice. Takže to bude nějaká záporná nula.

Digitální přístroje, multimetry, jsou v tomto ohledu demokratičtější. I když jsou testovací vodiče zapojeny v obrácené polaritě, napětí bude stále měřeno, pouze se na stupnici před výsledkem objeví znaménko mínus.

Další věc, na kterou byste si měli dát při měření napětí pozor, je měřicí rozsah přístroje. Pokud je očekávané napětí v rozsahu např. 10. 200 milivoltů, pak měřítko přístroje odpovídá tomuto rozsahu 200 milivoltů a měření uvedeného napětí na stupnici 1000 voltů pravděpodobně nedá srozumitelný výsledek.

Rozsah měření by měl být zvolen i v jiných případech. Pro naměřené napětí 100 voltů je rozsah 200V a dokonce i 1000V docela vhodný. Výsledek bude stejný. To platí pro moderní multimetr.

Pokud se měření provádí pomocí starého dobrého ukazovátka, pak pro měření napětí 100 V byste měli zvolit rozsah měření, když jsou hodnoty uprostřed stupnice, což umožňuje přesnější odečet.

A ještě jedno klasické doporučení pro použití voltmetru, totiž: pokud je neznámá hodnota měřeného napětí, pak by měření mělo začít nastavením voltmetru na nejvyšší rozsah. Pokud je totiž naměřené napětí 1V a rozsah 1000V, největší nebezpečí je v nesprávných odečtech z přístroje. Pokud to dopadne naopak – rozsah měření je 1V, a naměřené napětí 1000, nákupu nového zařízení se prostě nevyhnete.

Co ukáže voltmetr?

Ale možná se vraťme k obrázku 1 a pokusme se určit, co oba voltmetry ukážou. Abyste to mohli určit, budete muset použít Ohmův zákon. Problém lze vyřešit v několika krocích.

Nejprve vypočítejte proud v obvodu. K tomu je potřeba vydělit napětí zdroje (na obrázku se jedná o galvanickou baterii o napětí 1,5 V) odporem obvodu. Když jsou odpory zapojeny do série, bude to jednoduše součet jejich odporů. Ve formě vzorce to vypadá asi takto: I = U / (R1 + R2) = 4,5 / (100 + 150) = 0,018 (A) = 180 (mA).

Malá poznámka: pokud je výraz 4,5 / (100 + 150) zkopírován do schránky a poté vložen do okna kalkulačky Windows, pak po stisknutí klávesy „rovná se“ se získá výsledek výpočtu. V praxi se vyhodnocují i ​​složitější výrazy obsahující hranaté závorky, složené závorky, mocniny a funkce.

Za druhé, získejte výsledky měření jako pokles napětí na každém rezistoru:

U1 = I * R1 = 0,018 * 100 = 1,8 (V),

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

Pro kontrolu správnosti výpočtů stačí sečíst obě výsledné hodnoty úbytku napětí. Množství se musí rovnat napětí baterie.

Možná někoho napadne otázka: „Co když dělič není tvořen dvěma odpory, ale třemi nebo dokonce deseti? Jak určit úbytek napětí na každém z nich? Úplně stejně jako v popisovaném případě. Nejprve musíte určit celkový odpor obvodu a vypočítat celkový proud.

Poté se tento již známý proud jednoduše vynásobí odporem odpovídajícího rezistoru. Někdy se takové výpočty dělat musí, ale je zde také jeden problém. Abychom nezpochybnili získané výsledky, měl by být proud ve vzorcích nahrazen v ampérech a odpor v ohmech. Pak bude výsledek bezpochyby ve voltech.

Vstupní odpor voltmetru

Nyní jsou všichni zvyklí používat zařízení čínské výroby. To ale neznamená, že jejich kvalita je špatná. Jen u nás nikoho nenapadlo vyrábět vlastní multimetry a zřejmě zapomněli, jak se dělají testery ukazovátek. Je to jen ostuda země.

Rýže. 2. Multimetr DT838

Kdysi byly v pokynech pro zařízení uvedeny jejich technické vlastnosti. Zejména u voltmetrů a testerů ukazatelů to byl vstupní odpor a byl indikován v kilohmech/voltech. Existovaly přístroje s odporem 10 K/V a 20 K/V. Ty byly považovány za přesnější, protože přidaly méně k naměřenému napětí a ukázaly přesnější výsledek. To lze potvrdit na obrázku 3.

Na obrázku je napěťový dělič ze dvou rezistorů. Odpor každého rezistoru je 1KOhm, napájecí napětí je 3V. Není těžké uhodnout, ani nemusíte nic počítat, že každý rezistor bude mít přesně poloviční napětí.

Nyní si představme, že měření provádí zařízení TL4, které má v režimu měření napětí vstupní odpor 10 KOhm/V. Při napětí uvedeném v diagramu je docela vhodný limit měření 3V, při kterém bude celkový odpor voltmetru 10 * 3 = 30 (KOhm).

Ukazuje se tedy, že paralelně s rezistorem s odporem 1KOhm je zapojeno dalších 30KOhm. Pak bude celkový odpor při paralelním zapojení 999,999 Ohmů. Sice o něco menší než ten menší, ale ne o moc. Proto bude chyba ve výsledku měření napětí zanedbatelná.

Pokud mají oba dělicí rezistory nominální hodnotu 1 megaohm, budou výsledky výpočtu vypadat takto:

Celkový odpor paralelně zapojeného voltmetru a rezistoru R1 bude menší než u menšího a podle výpočtů bude 29,126 KOhm. Kdo nevěří, může si pro praxi přepočítat pomocí vzorců pro paralelní zapojení odporů.

Celkový proud v obvodu děliče: I = U / (R1 + R2) = 3 / (1000 + 29,126) = 0,0029150949446423470012418304464176 (mA).

Hodnoty odporu jsou v kiloohmech, takže proud je v miliampérech. Pak se ukáže, že voltmetr ukáže

0,0029150949446423470012418304464176 * 29,126 ≈ 0,085 V.

A polovina se očekávala, tzn. jeden a půl voltu! Pokud je proud v miliampérech, odpor je v kiloohmech, pak je výsledek ve voltech. Sice ne podle soustavy SI, ale někdy to tak dělají.

Samozřejmě, že takový dělič je poněkud nereálný: proč instalovat odpory s odporem 3 megaohm pro napětí pouze 1V? Nebo se možná někde používá takový dělič, ale napětí na něm se musí měřit úplně jiným přístrojem.

Například jeden z nejlevnějších čínských multimetrů, DT838, má vstupní impedanci 1 megaohm napříč všemi rozsahy měření napětí, mnohem vyšší než zařízení v předchozím příkladu. To ale vůbec neznamená, že ukazatelové avometry přežily svou užitečnost. V některých případech jsou prostě nenahraditelné.

Měření střídavého napětí

Všechny metody a doporučení týkající se měření stejnosměrných napětí platí i pro proměnné: voltmetr je zapojen paralelně k obvodové části, vstupní odpor voltmetru by měl být co největší, rozsah měření by měl odpovídat měřenému napětí. Ale při měření střídavých napětí je třeba vzít v úvahu ještě dva faktory, které konstantní napětí nemá. Jedná se o frekvenci napětí a jeho tvar.

Měření lze provádět dvěma typy zařízení: buď moderním digitálním multimetrem nebo „předpotopním“ ukazatelem testeru. Při takovém měření se samozřejmě obě zařízení přepnou do režimu měření střídavého napětí. Obě zařízení jsou navržena pro měření sinusových napětí a zobrazují efektivní hodnotu napětí.

Efektivní napětí U je 0,707 amplitudy napětí Um.

U = Um/√2 = 0,707 * Um, z čehož můžeme usoudit, že Um = U * √2 = 1,41 * U

Zde je vhodné uvést široce používaný příklad. Při měření střídavého napětí přístroj ukázal 220V, což znamená, že hodnota amplitudy podle vzorce bude

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

Tento výpočet je potvrzen pokaždé, když je síťové napětí usměrněno diodovým můstkem následovaným alespoň jedním elektrolytickým kondenzátorem: pokud změříte stejnosměrné napětí na výstupu můstku, zařízení ukáže přesně 310V. Toto číslo je třeba si zapamatovat, může být užitečné při vývoji a opravách spínaných zdrojů.

Tento vzorec platí pro všechna napětí, pokud mají sinusový tvar. Například za snižovacím transformátorem je 12V AC. Pak po usměrnění a vyhlazení na kondenzátoru bude

12 * 1,41 = 16,92 téměř 17V. Ale to je v případě, že zátěž není připojena. S připojenou zátěží klesne stejnosměrné napětí téměř na 12V. V případě, že je tvar napětí jiný než sinusoida, tyto vzorce nefungují, přístroje neukazují to, co se od nich očekávalo. Při těchto napětích provádějí měření jiná zařízení, například osciloskop.

Dalším faktorem ovlivňujícím hodnoty voltmetru je frekvence. Například digitální multimetr DT838 podle své charakteristiky měří střídavé napětí ve frekvenčním rozsahu 45. 450 Hz. Starý tester ukazatelů TL4 vypadá v tomto ohledu poněkud lépe.

V rozsahu napětí do 30V je jeho frekvenční rozsah 40. 15000Hz (téměř celý audio rozsah, lze využít při nastavování zesilovačů), ale s rostoucím napětím povolená frekvence klesá. V rozsahu 100V je to 40. 4000Hz, 300V 40. 2000Hz a v rozsahu 1000V je to pouze 40. 700Hz. Zde je nesporné vítězství nad digitálním zařízením. Tyto údaje platí také pouze pro sinusová napětí.

Ačkoli někdy nejsou vyžadovány žádné údaje o tvaru, frekvenci a amplitudě střídavých napětí. Jak například zjistit, zda místní oscilátor krátkovlnného přijímače funguje nebo ne? Proč přijímač nic “nechytí”?

Ukazuje se, že vše je velmi jednoduché, pokud používáte ukazovací zařízení. Pro měření střídavých napětí je potřeba jej zapnout na libovolnou mez a jednou sondou (!) se dotknout svorek tranzistoru lokálního oscilátoru. Pokud dojde k vysokofrekvenčním oscilacím, budou detekovány diodami uvnitř zařízení a ručička se vychýlí o nějakou část stupnice.

• O rezistorech pro začátečníky v elektronice
• DIY sklepní termostat
• Jak opravit nabíječku telefonu

Doufám, že vám byl tento článek užitečný. Podívejte se také na další články z kategorie Praktická elektronika, Opravy domácích spotřebičů

Přihlaste se k odběru kanálu Telegram o elektronice pro profesionály i amatéry: Praktická elektronika pro každý den

Sdílejte tento článek se svými přáteli: