전위차 전압계

상호 참조

전기 회로의 교훈 , 1권, 8장:"DC 측정 회로"

학습 목표

개략도

그림

지침

개략도와 그림의 왼쪽에 표시된 2개 저항 전압 분배기 회로를 구성합니다.

두 개의 고가 저항기가 동일한 값이면 배터리 전압을 반으로 나누어 각 저항에서 약 3볼트를 떨어뜨려야 합니다.

전압계로 직접 배터리 전압을 측정한 다음 각 저항의 전압 강하를 측정합니다.

전압계의 판독값에서 이상한 점을 발견하셨습니까? 일반적으로 직렬 전압 강하는 총 인가 전압과 같아지지만 이 경우 심각한 불일치가 발생합니다.

Kirchhoff의 전압 법칙은 사실이 아닙니까? 이것은 전기 회로의 가장 기본적인 법칙 중 하나에 대한 예외입니까?

아니! 발생하는 일은 다음과 같습니다. 두 저항 중 하나에 전압계를 연결하면 전압계 자체가 변경됩니다. 전압이 미터가 연결되지 않은 경우와 동일하지 않도록 회로.

저는 공기압 타이어의 압력을 확인하는 데 사용되는 공기압 게이지의 비유를 사용하고 싶습니다.

게이지가 타이어의 충전 밸브에 연결되면 타이어에서 약간의 공기가 방출됩니다.

이것은 타이어의 압력에 영향을 미치므로 게이지는 게이지를 연결하기 전에 타이어에 있던 것보다 약간 낮은 압력을 읽습니다.

즉, 타이어 공기압을 측정하는 행위가 변경됩니다. 타이어의 압력. 그러나 측정하는 동안 타이어에서 방출되는 공기가 너무 적어 압력 감소가 무시할 수 있기를 바랍니다.

전압계는 전압 강하가 측정되는 구성 요소 주변의 일부 전류를 우회하여 측정하는 전압에 유사하게 영향을 줍니다.

이는 전압 강하에 영향을 주지만 그 영향이 너무 미미하여 일반적으로 알아차리지 못합니다.

그러나 이 회로에서는 그 효과가 매우 두드러집니다. 왜 이런거야? 두 개의 고가치 저항을 각각 100kΩ 값의 두 개로 교체하고 실험을 반복하십시오.

이러한 저항을 2개의 10KΩ 장치로 교체하고 반복합니다. 낮은 값의 저항을 사용한 전압 판독값에 대해 무엇을 알 수 있습니까?

이것은 회로의 저항과 관련하여 회로에 대한 전압계 "영향"에 대해 무엇을 알려줍니까?

진행하기 전에 낮은 값의 저항을 원래의 높은 값(>=1MΩ) 저항으로 교체하십시오.

아날로그 전압계 대신 디지털 전압계를 사용하여 두 개의 고가치 저항기의 전압을 한 번에 하나씩 측정해 보십시오.

디지털 미터의 판독값과 아날로그 미터의 판독값에 대해 무엇을 알 수 있습니까?

디지털 전압계는 일반적으로 내부(프로브 간) 저항이 더 크므로 동일한 전압 소스를 측정할 때 유사한 아날로그 전압계보다 더 적은 전류를 소비합니다.

이상적인 전압계는 테스트 중인 회로에서 제로 전류를 끌어내므로 전압 "영향" 문제가 발생하지 않습니다.

두 개의 전압계가 있는 경우 다음을 시도하십시오. 하나의 전압계를 한 저항에 연결하고 다른 전압계를 다른 저항에 연결합니다.

전압 판독값은 저항 값이 무엇이든 상관없이 이번에는 총 전압에 합산됩니다. 두 번 사용한 단일 미터에서 얻은 판독값과 다르더라도요.

그러나 불행히도 이 방법으로 얻은 전압 판독값은 미터가 연결되지 않은 실제 전압 강하와 같을 가능성이 낮으므로 문제에 대한 실용적인 해결책이 아닙니다.

"완벽한" 전압계를 만드는 방법이 있습니까? 즉, 저항이 무한대이고 테스트 중인 회로에서 전류가 흐르지 않는 것입니다.

최신 실험실 전압계는 반도체 "증폭기" 회로를 사용하여 이 목표에 접근하지만 이 방법은 학생이나 취미 생활자가 복제하기에는 너무 기술적으로 발전되어 있습니다.

훨씬 간단하고 훨씬 오래된 기술을 전위차라고 합니다. 또는 null-balance 방법.

여기에는 측정된 전압을 "균형"하기 위해 조정 가능한 전압 소스를 사용하는 것이 포함됩니다.

매우 민감한 null 감지기로 표시되는 두 전압이 같을 때 , 조정 가능한 전압 소스는 일반 전압계로 측정됩니다.

두 전압 소스가 서로 동일하기 때문에 조정 가능한 소스를 측정하는 것은 테스트 회로 전체에서 측정하는 것과 동일하지만 조정 가능한 소스가 전압계에 필요한 모든 전류를 제공하기 때문에 "충격" 오류가 없다는 점만 다릅니다. 결과적으로 테스트 중인 회로는 영향을 받지 않고 실제 전압 강하를 측정할 수 있습니다.

전위차계 전압계 방법이 어떻게 구현되는지 보려면 다음 회로도를 살펴보십시오.

내부에 "null"이라는 단어가 있는 원 기호는 null 감지기를 나타냅니다.

이것은 임의의 민감한 미터 움직임 또는 전압 표시기가 될 수 있습니다.

이 회로의 유일한 목적은 0이 있을 때를 나타내는 것입니다. 전압:조정 가능한 전압 소스(전위차계)가 테스트 중인 회로의 전압 강하와 정확히 같은 경우.

이 널 감지기가 더 민감할수록 조정 가능한 소스는 테스트 중인 전압과 동일하게 조정될 수 있으며 테스트 전압은 더 정확하게 측정될 수 있습니다.

이 회로를 그림과 같이 구성하고 테스트 회로의 고가 저항기 중 하나에서 전압 강하를 측정하여 작동을 테스트합니다.

"null" 표시에 대해 전위차계를 조정한 다음 전위차계에 연결된 전압계를 읽는 과정에 익숙해질 때까지 처음에는 일반 멀티미터를 null 감지기로 사용하는 것이 더 쉬울 수 있습니다.

헤드폰 기반 전압 감지기를 널 미터로 사용하는 경우 테스트 중인 회로와 간헐적으로 접촉을 하고 끊고 "딸깍" 소리를 들어야 합니다.

테스트 프로브 중 하나를 테스트 회로에 단단히 고정하고 다른 테스트 프로브를 테스트 회로의 다른 지점에 순간적으로 몇 번이고 터치하여 테스트 회로와 테스트 회로 사이의 전압차를 나타내는 헤드폰에서 소리를 들으면서 이를 수행합니다. 전위차계.

헤드폰에서 딸깍 소리가 들리지 않을 때까지 전위차계를 조정합니다. 이것은 "null" 또는 "평형" 상태를 나타내며 전압계 표시를 읽고 테스트 회로 저항에서 얼마나 많은 전압이 떨어지는지 확인할 수 있습니다.

불행히도 헤드폰 기반 널 감지기는 전위차계 전압이 보다 큰지 여부를 표시하지 않습니다. , 또는 미만 테스트 회로 전압, 그래서 당신은 감소를 들어야 할 것입니다 전위차계를 돌리는 동안 강도를 "클릭"하여 전압을 더 높이거나 낮추어야 하는지 결정합니다.

단일 회전("3/4 회전") 전위차계가 측정 회로를 정확하게 "무효화"하기에는 조정 장치가 너무 조잡하다는 것을 알 수 있습니다.

조정 정밀도를 높이기 위해 단일 회전 장치 대신 다중 회전 전위차계를 사용하거나 이전 실험에서 설명한 "정밀 전위차계" 회로를 사용할 수 있습니다.

증폭 전압계 기술의 출현 이전에는 전위차계 방법이 유일한 매우 정확한 전압 측정을 위한 방법.

지금도 전기 표준 연구소는 최신 미터 기술과 함께 이 기술을 사용하여 미터 "충격" 오류를 최소화하고 측정 정확도를 최대화하고 있습니다.

전위차계 방법은 구성 요소 전체에 최신 디지털 전압계를 연결하는 것보다 사용하는 데 더 많은 기술이 필요하고 가장 정확한 측정 응용 프로그램을 제외한 모든 응용 분야에서 쓸모없는 것으로 간주되지만 전자공학을 처음 배우는 학생에게는 여전히 가치 있는 학습 과정이며 유용합니다. 집 연구실에 값비싼 장비가 부족할 수 있는 애호가를 위한 기술입니다.

컴퓨터 시뮬레이션

SPICE 노드 번호가 있는 도식:

Netlist(다음 텍스트를 포함하는 텍스트 파일 만들기, 그대로):

전위차 전압계 v1 1 0 dc 6 v2 3 0 r1 1 2 1meg r2 2 0 1meg rnull 2 ​​3 10k rmeter 3 0 50k .dc v2 0 6 0.5 .print dc v(2,3) v( v(3,0) .end 

이 SPICE 시뮬레이션은 R₂의 실제 전압을 보여줍니다. 테스트 회로, 널 감지기의 전압 및 조정 가능한 전압 소스 양단의 전압은 소스가 0.5볼트 단위로 0볼트에서 6볼트로 조정되기 때문입니다.

이 시뮬레이션의 출력에서 ​​R₂ 양단의 전압이 이다 측정 회로가 불평형일 때 상당한 영향을 미치고 널 검출기에 실제로 전압이 0일 때만 실제 전압으로 돌아갑니다.

물론 그 시점에서 조정 가능한 전압 소스는 3.000볼트의 값에 있습니다. 이는 (영향을 받지 않는) 테스트 회로 전압 강하와 정확히 동일합니다.

이 시뮬레이션에서 배울 수 있는 교훈은 무엇입니까? 전위차계 전압계는 테스트 회로에 만 영향을 미치는 것을 방지합니다. 테스트 회로와 완벽한 균형("null") 상태일 때!

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