Виктор Борисов - Юный радиолюбитель [7-изд]

Теперь измерь сопротивление рамки. Сначала, как и при измерении параметра Rи, переменным резистором Rp установи стрелку проверяемого прибора на конечную отметку шкалы и запиши показание образцового миллиамперметра. После этого подключи параллельно проверяемому прибору переменный резистор сопротивления 1,5–3 кОм (на рис. 110 он показан штриховыми линиями и обозначен Rш. Подбери такое его сопротивление, чтобы ток через проверяемый прибор РАп уменьшился вдвое. При этом общее сопротивление цепи уменьшится, а ток в ней увеличится. Резистором Rp установи в цепи (по миллиамперметру) начальный ток и точнее подбери сопротивление резистора Rш, добиваясь установки стрелки микроамперметра точно против отметки половины шкалы. Параметр Rи твоего микроамперметра будет равен сопротивлению введенной части резистора Rш.

Измерить это сопротивление можно омметром.

Теперь поговорим о том, как магнитоэлектрический прибор приспособить для измерения разных значений токов, напряжений, сопротивлений.

На практике тебе придется измерять постоянные токи в основном от нескольких долей миллиамперметра до 100 мА. Например, коллекторные токи транзисторов каскадов усиления радиочастоты и каскадов предварительного усиления звуковой частоты могут составлять примерно от 0,5 до 3–5 мА, а токи усилителей мощности достигать 60–80 мА. Значит, чтобы измерять сравнительно небольшие токи, нужен прибор на ток Iи не более 1 мА. А расширить пределы измеряемых токов можно путем применения шунта (см. рис. 109, а).

Сопротивление шунта можно рассчитать по такой формуле:

Rш = IиRи(Iи max — Iи),

где Iи max — требуемое наибольшее значение измеряемого тока, мА. Если, например, Iи = 1 мА, Rи = 100 Ом, а необходимый ток Iи max = 100 мА, то Rш должно быть: Rш = IиRи(Iи max — Iи) = 1·100/(100 — 1) ~= 1 Ом.

Таким миллиамперметром можно измерять токи: без шунта — до 1 мА, с шунтом — до 100 мА. При измерении наибольшего тока (до 100 мА) через прибор будет течь ток, не превышающий 1 мА, т. е. его сотая часть, а 99 мА — через шунт. Лучше, однако, иметь еще один предел измерений — до 10 мА. Это для того, чтобы более точно, чем по шкале 100 мА, можно было отсчитывать токи в несколько миллиампер, например коллекторные токи транзисторов выходных каскадов простых усилителей. В этом случае измеритель токов можно построить по схеме, показанной на рис. 111, а. Здесь используется универсальный шунт, составленный из трех проволочных резисторов R1-R3, позволяющий увеличить пределы измерений миллиамперметра в 10 и 100 раз. И если ток Iи = 1 мА, то, применив к нему такой шунт, суммарное сопротивление которого должно быть значительно больше Rи, прибором можно будет измерять постоянные токи трех пределов: 0–1 мА, 0-10 мА и 0-100 мА. Зажим «—Общ.» — общий для всех пределов измерений. Чтобы узнать измеряемый ток, надо ток, зафиксированный стрелкой прибора, умножить на численное значение коэффициента возле соответствующего зажима. А поскольку ток Iи прибора известен, то возле зажимов вместо множителей «х1», «х10», «х100» можно написать предельно измеряемые токи. Для нашего примера это могут быть надписи: «1 мА», «10 мА», «100 мА». Более подробно о расчете универсального шунта я расскажу еще в этой беседе.

Шунты изготовляют обычно из провода, обладающего высоким сопротивлением — манганина, никелина или константана, наматывая их на каркасы из изоляционных материалов. Каркасом шунта миллиамперметра может быть гетинаксовая планка длиной чуть больше расстояния между зажимами прибора (рис. 111, б). Выводами шунта и отводами его секций служат отрезки медного провода, укрепленные в отверстиях в планке. От них идут проводники к входным зажимам (или гнездам) прибора.

Рис. 111. Миллиамперметр с универсальным шунтом

Очень важно обеспечить надежность контактов в самом шунте. Если в нем появятся плохое соединение или обрыв, то весь измеряемый ток пойдет через прибор, и он может испортиться.

И еще одно обязательное требование: в измеряемую цепь должен включаться шунт, к которому подключен миллиамперметр, а не наоборот. Иначе из-за нарушения контакта между зажимами прибора и шунтом через прибор также пойдет весь измеряемый ток и он может также выйти из строя.

О пригодности вольтметра для измерения напряжений в тех или иных цепях радиотехнического устройства судят по его внутреннему или, что то же самое, входному сопротивлению, которое складывается из сопротивления рамки стрелочного прибора и сопротивления добавочного резистора. Так, например, если Rи прибора 800 Ом, а сопротивление добавочного резистора на пределе измерений, скажем 3 В, равно 2,2 кОм, то входное сопротивление вольтметра на этом пределе измерений будет 3 кОм. Для другого предела измерений данные добавочного резистора будут другими, а значит, изменится и входное сопротивление вольтметра.

Чаще, однако, вольтметр оценивают его относительным входным сопротивлением, характеризующим отношение входного сопротивления прибора к 1 В измеряемого напряжения, например 3 кОм/В. Это удобнее: входное сопротивление вольтметра на разных пределах измерений разное, а относительное входное сопротивление постоянное. Чем меньше ток измерительного прибора Iи, используемого в вольтметре, тем больше будет относительное входное сопротивление вольтметра, тем точнее будут производимые им измерения.

Для многих твоих измерений годится вольтметр с относительным входным сопротивлением не менее 1 кОм/В. Для более же точных измерений напряжений в цепях транзисторов нужен более высокоомный вольтметр. В транзисторных конструкциях приходится измерять напряжение от долей вольта до нескольких десятков вольт, а в ламповых еще больше. Поэтому однопредельный вольтметр неудобен. Например, вольтметром со шкалой на 100 В нельзя точно измерить даже напряжение 3–5 В, так как отклонение стрелки получится малозаметным. Вольтметром же со шкалой на 10 В нельзя измерять более высокие напряжения. Поэтому тебе нужен вольтметр, имеющий хотя бы три предела измерений.

Схема такого вольтметра постоянного тока показана на рис. 112. Наличие трех добавочных резисторов R1, R2 и R3 свидетельствует о том, что вольтметр имеет три предела измерений. В данном случае первый предел 0–1 В, второй 0-10 и третий 0-100 В.

Рис. 112. Вольтметр постоянного тока на три предела измерений

Сопротивление любого из добавочных резисторов можно рассчитать по формуле, вытекающей из закона Ома: Rд = Uп/Iи — Rи, здесь Uп - наибольшее напряжение данного предела измерений.

Так, например, для прибора на ток Iи = 500 мкА (0,005 А) и рамкой сопротивлением Rи = 500 Ом сопротивление добавочного резистора R1 для предела 0–1 В должно быть 1,5 кОм, резистора R2 для предела 0-10 В — 19,5 кОм, резистора R3 для предела 0-100 В — 195,5 кОм. Относительное входное сопротивление такого вольтметра будет 2 кОм/В. Обычно в вольтметр монтируют добавочные резисторы с номиналами, близкими к рассчитанным. Окончательно же «подгонку» их сопротивлений производят при градуировке вольтметра путем подключения к ним параллельно или последовательно других резисторов. Так делай и ты.

Но тебе надо измерять не только постоянные, но и переменные напряжения, например напряжение сети, напряжения на вторичных обмотках трансформаторов. Чтобы для этой цели приспособить вольтметр постоянного тока, его надо дополнить выпрямителем, преобразующим переменное напряжение в постоянное (точнее, пульсирующее), которое и будет показывать прибор. Возможная схема такого прибора показана на рис. 113.

Рис. 113. Вольтметр переменного тока

Работает прибор так. В те моменты времени, когда на левом (по схеме) зажиме прибора положительные полуволны переменного напряжения, ток идет через диод V1, включенный для него в прямом направлении, и далее через микроамперметр РА — к правому зажиму. В это время через диод V2 ток идти не может, так как для тока этого направления диод закрыт. Во время положительных полупериодов на правом зажиме диод V1 закрывается и положительные полуволны переменного напряжения замыкаются через диод V2, минуя микроамперметр.