정밀 전압계 레인지 설계: 민감한 무브먼트에서 풀스케일 판독까지

대부분의 미터 무브먼트는 매우 민감합니다. 예를 들어 일부 다르손발 무브먼트는 풀스케일 편향 전류가 50µA까지 낮고, 내부 권선 저항은 1kΩ 미만입니다. 이로 인해 무브먼트의 직접적인 풀스케일 전압은 50mV(50µA × 1kΩ)에 불과합니다. 더 높은 전압을 측정하는 실용적인 전압계를 만들려면, 입력 전압을 감쇄시켜 안전한 일부만 무브먼트에 도달하게 해야 합니다.

다르손발 무브먼트 예제

풀스케일 편향 정격이 1mA이고 코일 저항이 500Ω인 다르손발 무브먼트를 생각해 봅시다. 옴의 법칙으로 이 무브먼트를 풀스케일로 구동하는 전압은:

E = I R
E = (1mA)(500Ω) = 0.5V

따라서 베어 무브먼트는 최대 0.5V까지 읽을 수 있습니다. 이 값을 넘어 레인지를 확장하려면, 무브먼트 양단 전압을 제한하면서 미터가 더 높은 인가 전압을 표시하도록 하는 비례 회로가 필요합니다.

직렬 저항(소위 멀티플라이어 저항)을 추가하면 무브먼트는 전압 분배기의 일부가 됩니다. 직렬 쌍에 인가된 총 전압은 멀티플라이어와 무브먼트 사이에 분배되어, 적절한 비율만 코일에 도달하게 합니다.

멀티플라이어 저항 계산

1mA, 500Ω 무브먼트가 인가 전압 10V에서 풀스케일에 도달하게 하고 싶다고 가정합시다. 두 직렬 요소에 대한 E/I/R 표를 먼저 작성합니다:

무브먼트가 풀스케일(1mA)이고 총 인가 전압이 10V일 때 표는 다음과 같습니다:

멀티플라이어 저항을 구하는 두 가지 일반적인 방법이 있습니다:

• 총 저항법: R_total = E/I = 10V/1mA = 10kΩ. 무브먼트의 500Ω을 빼면 R_multiplier = 9.5kΩ.
• 전압 강하법: 무브먼트에서 0.5V(E = IR) 강하. 나머지 9.5V는 멀티플라이어에서 강하해야 함. R = E/I로 R_multiplier = 9.5kΩ.

두 방법 모두 9.5kΩ 멀티플라이어가 필요함을 확인합니다. 리드에 10V를 인가하면 회로에 1mA가 흐르고, 무브먼트는 정확히 0.5V를 보며, 바늘은 풀스케일을 가리킵니다. 미터 눈금을 단순히 0-10V로 다시 라벨링하면, 사용자는 내부 분배를 몰라도 올바른 10볼트 판독을 얻습니다.

따라서 민감한 무브먼트는 정밀 저항 네트워크에 의해 '속아' 더 큰 전압을 표시하게 됩니다. 전류계는 병렬 션트 저항으로 전류를 분배하지만, 근본 원리는 동일합니다.

멀티 레인지 전압계 설계

단일 무브먼트에 여러 전압 레인지를 제공하려면, 멀티폴 셀렉터 스위치로 다른 멀티플라이어 저항을 선택하게 합니다. 1mA, 500Ω 무브먼트 기반의 일반적인 4레인지 전압계(1V, 10V, 100V, 1kV)는 다음 저항값을 사용합니다:

이 값들은 직접 구하기 어렵습니다. 설계자는 따라서 표준 저항값을 조합해 필요 총합을 만드는 계단식 접근을 사용합니다. 1kV 레인지의 경우 셀렉터가 900kΩ, 90kΩ, 9kΩ, 500Ω 직렬 스택을 접촉시킵니다:

이들을 더하면 정확히 999.5kΩ이 필요합니다:

R_total = R4 + R3 + R2 + R1 = 900kΩ + 90kΩ + 9kΩ + 500Ω = 999.5kΩ

사용자 관점에서 미터는 모든 레인지에서 동일하게 동작하며, 오직 눈금 라벨만 바뀝니다.

요약

• 확장된 전압계 레인지는 직렬 멀티플라이어 저항을 추가해 전압 분배기를 형성함으로써 달성됩니다.
• 각 레인지는 고유한 저항값 또는 표준값 조합을 사용합니다.
• 무브먼트의 감도를 유지하면서 고전압 측정을 가능하게 합니다.

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