Poradnik dla początkującego elektronika.pdf

Przyrządy pomiarowe - uniwersalne, do pomiaru napięcia, prądu, oporności, pojemności,

wzmocnienia tranzystorów, sprawdzania diod, ciągłości obwodów itp.

W warsztacie każdego elektronika musi się znaleźć miernik uniwersalny. Mierniki te,

najprościej, dzielimy na wychyłowe (analogowe) i cyfrowe.

Różnice w budowie i zasadzie działania są znaczne, ale mierzą te same wielkości elektryczne.

Pomiar napięcia - V - stałego ( DC ) lub zmiennego ( AC ) - tą wielkość mierzymy

woltomierzem. Przyrząd ( woltomierz ) wpinamy do układu, zawsze równolegle do elementu

na którym mierzymy napięcie. Przykłady włączenia woltomierza przy pomiarze napięcia

stałego i zmiennego pokazane są na rys. 1 i 2.

Pomiar prądu - A - stałego ( DC ) lub zmiennego ( AC ) - tą wielkość mierzymy

amperomierzem. Przyrząd ( amperomierz ) wpinamy do układu, zawsze szeregowo z

elementem, przez który płynie mierzony prąd. Przykłady włączenia amperomierza przy

pomiarze prądu stałego i zmiennego pokazane są na rys. 3 i 4.

Pomiar rezystancji - W - tą wielkość mierzymy omomierzem. Pomiaru dokonujemy

bezpośrednio na elemencie (rezystorze) - pamiętać należy, że pomiar rezystora wlutowanego

w płytkę razem z innymi elementami może dawać wskazania odbiegające od faktycznej

wartości (rys. 5).

Pomiar pojemności - C - tą wielkość mierzymy miernikiem pojemności. Pomiaru dokonujemy

bezpośrednio na elemencie - kondensatorze (rys. 6)

Uwagi dotyczące przyrządów pomiarowych:

W praktyce amatorskiej, najczęściej używanym przyrządem jest miernik uniwersalny

(wychyłowy) lub cyfrowy, częściej nazywany multimetrem. Sama nazwa wskazuje co

możemy znaleźć w obudowie z ustrojem lub wyświetlaczem. Zazwyczaj taki miernik jest

"kombajnem" wyposażonym w woltomierz, amperomierz, omomierz oraz dodatkowe

"gadżety" do pomiaru, pojemności, tranzystorów, częstotliwości, temperatury i oczywiście

buzzer. Obsługa tych mierników nie jest skomplikowana, najczęściej na obudowie

zobaczymy: dwa lub cztery gniazda , przełącznik zakresów, wskaźnik i ewentualnie

dodatkowe gniazda do pomiaru kondensatorów, tranzystorów oraz temperatury. Informacje

jakimi parametrami dysponuje nasz miernik, znajdziemy w instrukcji obsługi. Gorzej kiedy

instrukcji nie posiadamy, wtedy musimy nasz przyrząd dokładnie obejrzeć i zorientować się

jakie parametry mierzy, jakie ma zakresy pomiarowe, do czego służy jakie pokrętło i gniazdo

itd. Generalnie należy przyjąć że nasz przyrząd mierzy:

Multimetry cyfrowe:

- napięcia stałe ( DC ) w zakresach 200mV, 2V, 20V, 200V , 1000V

- napięcie zmienne ( AC ) w zakresach 2V, 20V, 200V, 700V

- prąd stały ( DC ) w zakresach 2mA, 20mA, 200mA, 20A

- prąd zmienny ( AC ) w zakresach 200mA, 20A

- oporność w zakresach 200W, 2kW, 20kW, 200kW, 2MW, 20MW, 200MW

- pojemność w zakresach 2000pF, 20nF, 0,2µF, 2µF, 20µF

- współczynnik wzmocnienia tranzystorów w zakresie od 0 do 1000

- temperaturę w zakresie od 0 do 200 stopni °C

Mierniki uniwersalne - wskazówkowe:

- napięcia stałe ( DC ) w zakresie od 0 do 1000V

- napięcie zmienne ( AC ) w zakresie od 0 do 1000V

- prąd stały ( DC ) w zakresie od 0 do 500mA ( 10A )

- prąd zmienny ( AC ) w zakresie od 0 do 3A ( 10A )

- oporność w zakresie 0W do 20MW - pojemność w zakresie 2nF do 2µF

Istotna, jest wiedza jaką oporność wejściową ma nasz miernik. I tak, mierniki wychyłowe -

uniwersalne o klasie dokładności pomiaru 1,5 ; 2,5 , dla napięć stałych, oporność wewnętrzna

wynosi 20kW - 100 kW/V , dla napięć zmiennych średnio 1kW/V. Mierniki cyfrowe

( multimetry ) dla napięć stałych i zmiennych, oporność wejściowa wynosi ok. 10MW/V.

Jak działa woltomierz i amperomierz?

W ostatnim czasie dostałem kilka pytań na moja skrzynkę pocztową i wśród nich między

innymi pytanie dotyczące różnicy w budowie pomiędzy woltomierzem a amperomierzem.

Niby banalne, a jednak bardzo istotne.

Zaczniemy od woltomierza. Jak już wiemy ( a będę to powtarzał do

znudzenia ) woltomierz wpinamy do układu równolegle. Takie włączenie wynika z

konstrukcji tego miernika (patrz rys. 7).

W podstawowy skład każdego woltomierza wchodzą: amperomierz i opornik dodatkowy Rd

- szeregowy. Amperomierz ( ustrój ) ma zazwyczaj małą oporność wewnętrzną ( im mniejszy

prąd jest wymagany do pełnego wychylenia miernika, tym większa jest oporność cewki

ustroju - używa się cieńszego drutu do jej nawinięcia ), aby wywołać jego pełne wychylenie

należy spowodować przepływ prądu o wartości maksymalnej dla danego typu ustroju np.

100uA. Przepływający prąd, wytwarza pewien spadek napięcia na cewce ustroju. Aby można

było dokonywać pomiaru większych napięć od wartości spadku napięcia na ustroju, musimy

szeregowo z amperomierzem włączyć opornik dodatkowy. Wartość tego opornika musi być

tak dobrana aby uzyskać odpowiedni spadek umożliwiający pełne wychylenie ustroju.

Najprościej możemy to ująć analizując wzór:

gdzie:

- Rd - oporność opornika dodatkowego;

- U1 - napięcie mierzone;

- Um - spadek napięcia na ustroju;

- I - prąd amperomierza

Aby bardziej przybliżyć sprawę założymy:

- mamy miernik o prądzie I = 100µA;

- pełne wychylenie - wytwarza spadek napięcia na ustroju wynoszący

Um = 10mV;

- napięcie mierzone U1 = 10V;

Rd = 10V - 10 mV/100µA Rd = 9,99V/100µA

Rd = 99,9 [kW]

A teraz amperomierz - włączamy go do układu zawsze szeregowo.

Podstawowa konstrukcja zawiera w sobie dwa elementy, ustrój pomiarowy i opornik

równoległy Rb, zwany potocznie bocznikiem. Układ obrazuje rysunek 8. Zasada pracy opiera

się na podstawowym prawie (I prawo Kirchhoffa) algebraicznej sumy prądów wypływających

z węzła i sumy prądów dopływających do węzła ( patrz rys. 9).

Z rysunku jasno wynika że, przy pomiarze dużych prądów, znacznie przekraczających

wartość prądu potrzebnego do wychylenia ustroju, znaczna jego część musi przepływać przez

opornik Rb.

Zilustrujemy to na przykładzie - zakładamy:

- prąd ustroju pomiarowego I1 = 100µA;

- prąd pomiaru I = 0,5A;

I2 = I - I1 ; I2 = 0,5 [A] - 100 [µA] ;

I2 = 0,499 [A]

Pozostaje jeszcze do omówienia zasada pomiaru prądu przez multimetry cyfrowe. Młodzi

adepci elektroniki zadadzą pewnie pytanie w rodzaju: "...przecież tam nie ma ustroju

pomiarowego, to jak rozdzieli się prąd?" I tutaj dotykamy sedna pomiaru. Jak wiemy w

większości multimetrów operujemy napięciem na wejściu przetwornika pomiarowego np.

popularnej kostki 7107 ( min. zakres napięcia wejściowego to 200mV ). Jak zatem

dokonywany jest pomiar prądu? Poprzez pomiar spadku napięcia na opornikach

dodatkowych. Prąd wejściowy przetwornika jest tak mały, że praktycznie pomijalny, jeżeli do

wejścia przetwornika dopniemy równolegle rezystor o znanej wartości to przepływający przez

niego prąd wywoła na nim spadek napięcia, który zmierzymy naszym przetwornikiem.

Wpływ oporności wewnętrznej mierników na pomiary napięcia i prądu

Co to jest oporność wewnętrzna przyrządu? Jak już wiemy, dokonując pomiaru, nasz

przyrząd włączamy do układu w ściśle określony sposób. W tym momencie musimy sobie

zdawać sprawę z tego, co nasz przyrząd spowoduje w działającym urządzeniu, problem ten

dotyczy nie tylko miernika uniwersalnego ale też innych przyrządów pomiarowych. I tu

właśnie pojawia się temat oporności wewnętrznej. Dokonując pomiaru napięcia stałego, w

zasadzie problem jakby znika w przypadku stosowania multimetru, gdzie oporność wejściowa

wynosi np. 10MW/V, ale nie bez znaczenia jest kiedy stosujemy do pomiaru miernik

wychyłowy, średniej klasy, i tutaj oporność wejściowa waha się w granicach od 1kW/V do

100kW/V.

W czym tkwi problem? Posłużmy się wirtualnym przykładem: mierzymy napięcie między

bramką tranzystora, a minusem zasilania jak na rys. 10.

Zakładamy, że R1 = R2 = 100kW i napięcie zasilania wynosi 10V. Na "oko" widać, że

napięcie bramki powinno wynosić połowę napięcia zasilania, czyli 5V. Nasz miernik

(woltomierz) ustawiamy na zakres pomiaru 10V. Kiedy do pomiaru użyjemy miernika o

oporności wejściowej 10MW/V, to na zakresie pomiaru 10V, mamy oporność wejściową

miernika około 100MW. Taka oporność w naszym przypadku nie spowoduje błędnych

wskazań wynikających z równoległego połączenia miernika i rezystora R2 (ile wynosi

wypadkowa oporność wynikająca z równoległego połączenia multimetru i rezystora R2,

pozostawiam do samodzielnego wyliczenia - podpowiedź jak to zrobić znajdziesz tutaj ). Co

innego, gdy do pomiaru zastosujemy miernik o oporności wejściowej np. 10kW/V. Wtedy

nasza oporność wypadkowa, wyniesie 50kW. Czy taka wartość oporności spowoduje błąd

pomiaru? , odpowiedź brzmi: tak, uzasadnijmy nasze rozumowanie opierając się na

przykładzie z rys. 10. Poniżej jest już wyprowadzony wzór na mierzone napięcie ale jeśli ktoś

nie wie jak to wyliczyć to warto sobie przypomnieć co to takiego dzielnik napięcia.

Dzielnik napięcia jest układem, który jak sama nazwa już sugeruje

dzieli napięcie doprowadzone do jego wejścia, czyli jest to układ, którego napięcie wyjściowe

jest częścią napięcia wejściowego.

Przykład dzielnika jest pokazany na rysunku, jak widać są to po prostu dwa rezystory

połączone szeregowo. Napięcie wejściowe doprowadzone jest do rezystorów R1 i R2,

natomiast wyjściowe jest równe spadkowi napięcia na rezystorze R2.

Napięcie wyjściowe Uwy można obliczyć następująco:

- przez oba rezystory płynie taki sam prąd I (o ile wyjście nie jest obciążone jakąś

rezystancją), czyli

- napięcie na R2, czyli wyjściowe jest równe

Różnica pomiędzy napięciem faktycznym (5V), a zmierzonym wynosi, 1,7V !.

Błąd pomiaru 34%.

Oczywiście, ten przykład ma na celu uzmysłowić nam jakich wyników możemy się

spodziewać po pomiarach dokonanych miernikami o małej oporności wewnętrznej. Mógłby

ktoś powiedzieć, można przełączyć przyrząd na wyższy zakres i wtedy jego oporność będzie

większa, zgoda, ale dokładność odczytu będzie "mizerna". Starajmy się zawsze stosować, do

pomiaru napięć, przyrządy o jak największej oporności wewnętrznej i pamiętajmy,

woltomierz włączamy do układu zawsze równolegle.

A jak się ma sprawa z pomiarem prądu? Wiemy już że amperomierz wpinamy do układu

zawsze szeregowo i ma on bardzo małą oporność wewnętrzną, niemal pomijalną, rzędu

ułamków oma. Pamiętajmy, że nie bez znaczenia są przekroje przewodów pomiarowych,

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: