Отже, вимірювальні прилади, описані в цій книзі, зібрані і відрегульовані Але це ще не все Дуже важливо тепер навчитися правильно ним »користуватися Які ж ці правила Покажемо це на кількох прикладах, найбільш характерних для радіоаматорського практики

Точність вимірювань Як відомо, виміряти яку-небудь електричну величину абсолютно точно неможливо Спробуйте, наприклад, виміряти кілька разів одне і те ж напруга одним і тим же вольтметром – результати будуть трохи різними Відбувається це тому, що градуювання приладу не залишається постійною (нехай навіть у невеликих межах), умови вимірювань, хоча і непомітно, але все ж різняться, да і людина, що виробляє вимірювання, кожен раз відраховує показання приладу трохи інакше

Величина ΔΑ, на яку результат вимірювання А відрізняється від дійсного значення вимірюваної величини Ас, визначеної за зразковому (еталонному) приладу, називається абсолютною похибкою вимірювання Наприклад, якщо при вимірюванні напруги U0= 10 В отриманий результат вимірювань U = 9,9 B, то абсолютна похибка вимірювання дорівнює -0,1 В

Однак абсолютна похибка ще не визначає дійсною точності вимірювань Справді, похибка, що дорівнює -0,1 В, може бути цілком допустимою при вимірюванні напруги 10 В, але надмірно велика при вимірюванні напруги 1 В Тому точність вимірювань прийнято оцінювати відносною похибкою, яка чисельно дорівнює відношенню абсолютної похибки до виміряного значенням, вираженого у відсотках:

У розглянутому прикладі

Для більшості стрілочних вимірників абсолютну похибку для всіх точок шкали можна вважати практично однаковою, а відносна похибка (це неважко бачити з формули) зростає від кінця до початку шкали Тому при роботі з приладами, відліковим пристроєм яких є стрілочний вимірювач струму (авометр, вольтметри постійного і змінного струмів), слід вибирати такий межа вимірювання, при якому стрілка вимірювача відхиляється більш ніж на половину шкали (найкраще, якщо відлік проводиться в останній третині шкали)

Похибка, що виникає в нормальних умовах роботи вимірювального приладу, тобто таких же, як і ті, в яких проводилася градуювання, називають основною При зміні цих умов зявляються так звані додаткові похибки Так, зміна температури навколишнього середовища призводить до зміни опору додаткових резисторів в вольтметрі, шунтів в амперметр, зміни параметрів транзисторів і т д Її викликає цим похибка називається температурної У кімнатних умовах ця похибка мала, але якщо виміри доводиться вести на відкритому повітрі в різний час року, вона значно зростає

При вимірах на змінному струмі зявляються додаткові похибки, які залежать від таких параметрів вимірюваних величин, як частота, форма коливань і т д Наприклад, при вимірюванні змінної напруги, частота якого відрізняється від тієї, на якій він Градуйована, виникає частотна похибка

Зменшення додаткових похибок досягається схемотехническими рішеннями, застосуванням високостабільних електро радіоелементів, прийняттям спеціальних заходів, що зменшують вплив температури, стабілізацією живлять напруг, екрануванням приладів і т д

Точність, з якою необхідно виміряти ту чи іншу електричну величину, визначається в першу чергу впливом похибки її виміру на нормальну роботу досліджуваного або створюваного пристрою Наприклад, відомо, що зміна режиму роботи транзистора в межах 3 .. 5% (а часто і в більш широких межах) практично не позначається на нормальній роботі каскаду Отже, і немає особливої необхідності вимірювати струми та напруги у колах цього каскаду з точністю, що перевищує ті ж 3 .. 5% Прилади, описані в цій книзі, в основному забезпечують таку точність вимірювань

Вимірювання струмів Включення вимірювального приладу в проверяемую електричний ланцюг в тій чи іншій мірі змінює режим роботи цього ланцюга і породжує похибки вимірювання

Справді, міліамперметр, що використовується для вимірювання струму, володіє певним внутрішнім опором, і тим більшим, чим менше межа, на який він включений Введення такого приладу в проверяемую ланцюг збільшує її опір, тому струм в ланцюзі зменшується Іншими словами, міліамперметр показує струм, менший того, який насправді тече в цьому ланцюзі Якщо проверяемая ланцюг високоомних, включення миллиамперметра, внутрішній опір якого відносно невелика, незначно змінює опір ланцюга, тому викликана його включенням похибка вимірювання струму невелика Але якщо ланцюг низькоомних (тобто не містить великих опорів), то результат вимірювань буде далекий від істинного Для вимірювання струму в такому колі необхідний прилад з можливо меншим внутрішнім опором, що залежить в основному від опору рамки RH використаного в ньому стрілочного вимірювача

Таким чином, можна зробити наступний важливий висновок: вплив миллиамперметра на струм в ланцюга, що перевіряється (тобто похибка вимірювання струму в ній) тим менше, чим менше внутрішній опір приладу і його частка в загальному опорі ланцюга

Вимірювання напруг Вольтметр, як уже говорилося в першому розділі книги, підключають паралельно тому ділянці ланцюга, на якому хочуть виміряти падіння напруги Але вольтметр також має деяким, цілком певним, вхідним опором Це опір тим більше, чим більший межа вимірювань вибраний Проте яким би великим воно не було, підключення вольтметра зменшує опір перевіряється ділянки кола і тим самим знижує падіння напруги на ньому

Більшість ланцюгів радіотехнічної апаратури порівняно високоомні, тому вимірювати напруги в них можна тільки вольтметрами з відносним вхідним опором не менше 5 .. 10 кОм / В В іншому випадку вольтметр покаже значно меншу напругу, ніж було в ланцюзі до його підключення Так, якщо опір ланцюга, що перевіряється R = 50 кОм, то підключення паралельно їй вольтметра з відносним вхідним опором 1 кОм / В, включеним на межа вимірювань 100 В, рівнозначно підключенню до ланцюга опору RB, Рівного 100 кОм У результаті загальний опір кола зменшиться до значення

До чого це може привести · Якщо, наприклад, до підключення вольтметра струм в ланцюзі створював падіння напруги U, рівне 70 В (при цьому струм I = U / R == 70/50000 = 0,0014 А), то після підключення приладу падіння напруги зменшиться (при тому ж струмі) і буде

Ось ці-то 46,62 В (замість 70 В) і покаже вольтметр з відносним вхідним опором 1 кОм / В на межі 100 В Помилка у вимірах, як видно з прикладу, дуже велика Якщо ж падіння напруги в цьому ланцюзі виміряти вольтметром з відносним вхідним опором 10 кОм / В (межа вимірювань той же, тобто 100 В), то він покаже напругу 66,7 В Це вже досить близько до істини Нагадаємо, що саме таке відносне вхідний опір має описаний раніше авометр в режимі вимірювання напруги, тому їм можна вимірювати напруги в багатьох колах не тільки транзисторної, а й лампової радіоапаратури

Ще менше похибка вимірювань при використанні транзисторного вольтметра постійного струму, відносне вхідний опір якого дорівнює 100 кОм / В Він покаже в тих же умовах напруга 69,6 В

Враховуючи сказане про вплив вимірювального приладу на вимірювані величини, розглянемо декілька найбільш характерних прикладів вимірювань з радіоаматорського практики В описах аматорських і промислових конструкцій найчастіше вказують налряженія на електродах ламп і транзисторів, на висновках аналогових мікросхем Схеми вимірювань напруг на електродах транзисторів різної структури показані на рис 97, а і б Опір навантажувальних резисторів в колекторних ланцюгах RK зазвичай не перевищує кількох кіло Однак це зовсім не означає, що напруги на електродах транзисторів можна вимірювати низькоомними вольтметрами Справа в там що ці напруги невеликі, тому вольтметр доводиться перемикати на низькі межі вимірювань, де вхідний опір може виявитися лише ненабагато більше опору контрольованої ланцюга У всякому разі, щоб

Рис 97 Схеми вимірювання напруг на електродах транзисторів структури р-п-р (а) і п-р-п (б)

похибка вимірювань була не дуже велика, слід використовувати вольтметр з відносним вхідним опором не менше 10 кОм / В

Напруги в колах транзисторної апаратури можна виміряти і непрямим способом Припустимо, наприклад, що виникла необхідність перевірити напругу на колекторі транзистора, а підходящого приладу, тобто вольтметра з потрібним відносним вхідним опором, немає У подібному випадку спочатку визначають струм через транзистор: I = U3/ R 3, де іе– Напруга на резистори Яе, Виміряне вольтметром з відносним вхідним опором 3 .. 5 кОм / В Напруга Uk в цьому випадку розраховують за формулою

Значно більший вплив роблять вимірювальні прилади на режим роботи радіоапаратури · по змінному струмі Наприклад, якщо міліамперметр РА1 (рис 98, а) включити між колектором транзистора і коливальним контуром, то через прилад і зєднувальні дроти потечуть обидві складові колекторного струму – постійна і змінна Сам прилад магнітоелектричної системи не буде реагувати на змінну складову, але разом із сполучними проводами він може створити умови для виникнення (через паразитної ємності звязку по високій частоті між колекторної та базової ланцюгами) самозбудження перевіряється каскаду У результаті режим роботи транзистора значно зміниться і показання міліамперметра РА1 не відповідатимуть істинного значення струму в колекторної ланцюга Щоб цього не сталося, міліамперметр слід включати в ту ділянку колекторної ланцюга, де немає високочастотної складової (рис 98,6),

Рис 98 Неправильне (а) і правильне (б) підключення приладів для вимірювання колекторного струму і напруги на колекторі транзистора каскаду посилення РЧ / Рис 99 Ізмерейіе напруг на електродах електронної лампи

у нашому прикладі – після конденсатора СР розвязує фільтра, що замикає цю складову на загальний провід («землю») пристрою Якщо такого фільтра в пристрої немає, то на час вимірювань прилад необхідно шунтировать конденсатором ємністю 0,1 .. 0,5 мкФ А якщо цього виявиться недостатньо для зриву самозбудження (паразитне звязок можна виявити по зміні показань приладу при переміщенні сполучних проводів), то базу транзистора перевіряється каскаду необхідно зєднати з загальним проводом конденсатором ємністю 0,01 .. 0,05 мкФ

Вольтметр також треба підключати до тих точках ланцюгів, де відсутня змінна складова, і, якщо треба, шунтировать сам прилад конденсатором

Все сказане тут відносно пристроїв на транзисторах відноситься і до лампових конструкціям, з якими вам, можливо, ще доведеться мати справу, • наприклад, при ремонті Схема вимірювання напруг на електродах електронної лампи показана на рис 99 Напруга на аноді тріода Ua можна виміряти вольтметром з відносним вхідним опором 1 .. 5 кОм / В Похибка вимірювання буде невелика Але якщо таким вольтметром виміряти напругу на аноді пентода, що володіє великим внутрішнім опором (кілька сотень кіло), то похибка вимірювання значно возрас * тет, так як вхідний опір вольтметра в цьому випадку порівнянно з внутрішнім опором пентода

Тому для вимірювання напруги на анодах та екрануючих сітках тетродов і пентодов слід використовувати вольтметри з відносним вхідним опором це менше 10 .. 20 кОм / В Цій вимозі повною мірі відповідають авометр і вольтметр, описані в цій книзі

Складніше виміряти напругу зміщення на керуючій сітці електронної лампи Справа в тому, що якщо вольтметр включити безпосередньо між сіткою і катодом лампи (див рис 99), то він зашунтірует резистори Rc і RK Опір першого з них зазвичай велике (470 кОм .. 1 МОм), а вхідний опір вольтметра на межі вимірювань 5 10 У ледь сягає половини, загального опору між точками включення приладу Напруга на ділянці сітка – катод різко знизиться, і помилка вимірювання при такому включенні вольтметра буде дуже великий

Однак виміряти напругу зміщення можна не тільки безпосередньо на сітці щодо катода, а й на резисторі RK, На якому створюється цю напругу Опір цього резистора рідко перевищує 1 кОм, тому досить точно виміряти напругу на ньому можна навіть порівняно низькоомним вольтметром (PU4 на рис 99)

При вимірі змінних напружень як у транзисторної, так і в лампової апаратури вольтметр слід підключати до контрольованого ланцюга через керамічний, слюдяною або паперовий конденсатор, щоб не пропустити до приладу постійну складову струму Ємність розділового конденсатора повинна бути тим більше, чим нижче частота струму При вимірах в ланцюгах трактів 34 вона повинна становити 0,5 .. 1 мкФ

Вимірюючи змінні напруги і струми, важливо памятати про наступне Якщо постійні напруга і струм цілком характеризуються деяким одним числовим значенням, наприклад напруга 5 В, струм 8 мА, то змінні напруга і струм довільної форми одним числовим значенням повністю охарактеризувати неможливо Тому найбільш часто використовують наступні три ​​значення змінних напруг (струмів): максимальне, середньовипрямлене і среднеквадратическое

Максимальна – це найбільше миттєве значення сигналу протягом заданого інтервалу часу При синусоїдальної формі напруги (струму) його називають амплітудним значенням (або просто амплітудою) Його важливо знати, наприклад, для оцінки електричної міцності ізоляції і в ряді інших випадків

Середньовипрямлене – це середнє значення сигналу після повного випрямлення Для напруг і струмів симетричної форми (наприклад, синусоїдальної) його можна визначити як середнє арифметичне миттєвих значень за позитивний напівперіод Знати це значення важливо, наприклад, при проектуванні пристроїв для зарядки акумуляторів

Середньоквадратичне (ефективне) значення змінного струму (напруги) чисельно дорівнює такому постійному струму (напрузі), який створює у відповідних умовах рівний енергетичний (наприклад, тепловий) ефект Це значення іноді називають діючим Якщо в тексті або на схемі вказано числове значення змінного струму (напруги) без какихлибо застережень, то зазвичай мається на увазі його среднеквадратическое значення

Корисно памятати, що максимальне значення не може бути менше среднеквадратического, а середньоквадратичне – менше средневипрямленного Якщо струм має синусоїдальну форму, то максимальне, среднеквадратическое і середньовипрямлене значення відносяться одне до іншого так 1,41:1,0:0,9 Якщо ж струм має пилкоподібну (трикутну) форму, то ті ж значення співвідносяться як 1,73: 1,0: 0,86 А якщо форма сигналу симетрична прямокутна, то всі три значення однакові

Авометр в режимі вимірювання змінного струму і транзисторний вольтметр, що увійшли в описану вимірювальну лабораторію, є приладами випрямної системи і реагують на середньовипрямлене значення змінної напруги Але шкали цих вольтметрів проградуіровани в середньоквадратичних значеннях напруги синусоїдальної форми Тому, якщо виникає необхідність оцінити амплітудне значення того чи іншого синусоїдальної напруги, показання вольтметра треба помножити на 1,41, а для оцінки средневипрямленного значення – на 0,9

Якщо вимірювана змінна напруга має симетричну прямокутну форму, то, щоб знайти максимальне, середньовипрямлене або середньоквадратичне значення цієї напруги, показання вольтметрів лабораторії треба помножити на 0,9 Для отримання средневипрямленного значення напруги пилкоподібної форми показання вольтметра треба помножити на 0,9, максимального-на 1,8, а среднеквадратического-на 1,04

Вимірювання опорів Особливих труднощів тут немає Треба тільки памятати, що при вимірюванні опору високоомних резисторів можна торкатися пальцями одночасно обох висновків, інакше омметр покаже сопротійленіе менше фактичного – позначиться електрична провідність шкіри

Складніше виміряти опір резистора, вмонтованого в радіоприймач, підсилювач чи інше радіоелектронний пристрій При таких вимірах живлення пристрою має бути вимкнене, а конденсатори, особливо оксидні, повністю розряджені, інакше будуть значні похибки у вимірюваннях і омметр може зіпсуватися Далі треба за принциповою схемою простежити, не підключені чи паралельно вимірюваному резистору інші резистори, обмотки трансформаторів, дроселі, котушки індуктивності або інші деталі, так як в цьому випадку омметр буде вимірювати опір не одного резистора, а загальний опір складного ланцюга У більшості випадків для вимірювання опору резистора чи іншої деталі, вмонтованої в пристрій, доводиться випоювати їх повністю або відпаювати хоча б один з висновків

Вимірювання за допомогою осцилографа Найбільш простий вид вимірювань за допомогою осцилографа – це вимірювання напруг Досліджувана напруга подають на «Вхід Υ» осцилографа і встановлюють регулятор посилення в одне з оцифрованих положень, при якому розмах (подвійна амплітуда) сигналу займає більшу частину екрана Для оцінки досліджуваної напруги по сітці, накладеної на екран осцилографа, відраховують розмах сигналу в міліметрах і ділять його на чутливість каналу, відповідну даному положенню ручки регулятора посилення Наприклад, якщо ця ручка встановлена ​​в положення, відповідне чутливості 50 мВ, а розмах сигналу становить 40 мм, то це означає, що вимірюється напруга одно 40 / (50 · 2,8) = 0,29 В (середньоквадратичне значення)

Дещо складніше виміряти за допомогою осцилографа ток в якій-небудь ланцюга Справа в тому, що осцилограф реагує тільки на напругу, що подається на відхиляють Тому при вимірюванні струму надходять таким чином У проверяемую ланцюг послідовно включають резистор Протікаючи по ньому, струм створює на ньому деяке падіння напруги, яке вже можна виміряти описаним вище способом Якщо, це напруга відомо, то силу струму в ланцюзі можна визначити, розділивши напруга на опір включеного в ланцюг резистора Слід, однак, врахувати, що такий розрахунок вірний тільки на порівняно низьких частотах (до десятків кілогерц), де ще не позначається вплив ємності й індуктивності сполучних проводів, ре

Рис 100 Фігури Ліссажу при різних фазових зрушеннях коливань

зістора і вхідний ємності осцилографа Опір резистора вибирають невеликим, якщо сила струму в ланцюзі велика, і великим, якщо вона мала, тобто намагаються звести до мінімуму вплив резистора на струм в ланцюзі

Таким же способом вимірюють потужність, що розсіюється на якому-небудь елементі ланцюга, опір R якого відомо Визначивши напругу U на цьому елементі, потужність розраховують за формулою P = U2/R

За допомогою осцилографа неважко виміряти фазовий зсув між двома напругами або струмами синусоїдальної форми Для цього одне з досліджуваних напруг подають на «Вхід Υ», інше на «Вхід X» і зрівнюють (За допомогою регулятора посилення) їх амплітуди При цьому на екрані осцилографа буде спостерігатися одна з фігур Ліссажу: похила пряма, окружність або еліпс – залежно від фазового зсуву досліджуваних напруг Фігури Ліссажу, відповідні фазового зсуву, кратному 45 °, показані на рис 100 Проміжні значення фазового зсуву легко визначити за формулою 5ina = ± B / A Розміри А і Б вказані на малюнку

Якщо на входи каналів горизонтального і вертикального відхилення променя подати синусоїдальні сигнали різних частот, то при певних співвідношеннях частот на екрані осцилографа зявиться більш складна фігура Ліссажу, по виду якої можна визначити їх співвідношення Зазвичай сигнали відомої частоти подають на «Вхід X», а невідомою – на «Вхід Υ» При вимірі стараються, змінюючи частоту сигналу, поданого на «Вхід X», отримати якомога більш просту фігуру, так як це дозволяє уникнути помилок при розшифровці осциллограмм Розшифровують осцилограму так: підраховують число точок дотику фігури з вертикальною лінією і число точок дотику з горизонтальною, а потім ділять перше число на друге Припустимо, що при вимірюванні частоти ми отримали фігуру, зображену на рис 101 Її опуклі частини стосуються вертикальної лінії в двох місцях, а горизонтальній – у пяти Отже, відношення частот досліджуваного fx і еталонного f9 сигналів одно 5:2 Якщо частота еталонного сигналу дорівнює 200 Гц і поданий він на вхід X, то частота досліджуваного сигналу

При вимірі низьких частот (до 150 .. 200 Гц) у якості зображення сигналу можна використовувати напругу частотою 50 Гц, знявши його з понижувальної обмотки мережевого трансформатора

Найбільш характерні фігури Ліссажу для різних співвідношень частот і при різному фазовому зсуві показані на рис 102

Джерело: Борисов В Г, Фролов В В, Вимірювальна лабораторія початківця радіоаматора – 3-е изд, Стереотип – М: Радіо і звязок, 1995 – 144 с, Мул – (Масова радіобібліотека Вип 1213)