какое входное сопротивление должен иметь амперметр
Какое сопротивление должны иметь амперметр и вольтметр
Всякий вольтметр включается параллельно тому участку цепи, напряжение на котором мы хотим измерить (рис. 89), и поэтому на него ответвляется некоторый ток от основной цепи. При его включении и ток и напряжение в основной цепи несколько изменяются, так как теперь мы имеем уже другую цепь проводников, состоящую из прежних проводников и вольтметра. Присоединив, например, вольтметр с сопротивлением 
параллельно лампочке, сопротивление которой равно 
, мы найдем по формуле (50.5) их общее сопротивление 
:
. (54.1)
Чем больше сопротивление вольтметра по сравнению с сопротивлением лампочки , тем меньше отличается общее их сопротивление от и тем меньше искажение, вносимое вольтметром. Мы видим, что вольтметр должен иметь большое сопротивление. Для этого последовательно с его измерительной частью (рамкой, нагревающейся нитью и т. д.) нередко включают дополнительный резистор, имеющий сопротивление несколько тысяч Ом (рис. 90).
Рис. 90. К вольтметру присоединяется последовательно дополнительное сопротивление 
В противоположность вольтметру, амперметр всегда включают в цепь последовательно (§ 44). Если сопротивление амперметра равно 
, а сопротивление цепи равно 
, то при включении амперметра сопротивление цепи становится равным
. (54.2)
Для того чтобы амперметр не изменял заметно общего сопротивления цепи, собственное его сопротивление, как следует из формулы (54.2), должно быть малым по сравнению с сопротивлением цепи. Поэтому амперметры делают с очень малым сопротивлением (несколько десятых или сотых долей Ома).
54.1. Сопротивление амперметра равно 0,1 Ом. Чему равно напряжение на амперметре, если он показывает силу тока 10 А?
54.2. Сопротивление вольтметра равно 12 кОм. Какой ток проходит через вольтметр, если он показывает напряжение 120 В?
54.3. Вольтметр со шкалой 0-120 В имеет сопротивление 12 кОм. Какое сопротивление и каким способом нужно подключить к этому вольтметру, чтобы им можно было измерять напряжение до 240 В? Начертите схему включения. Изменится ли чувствительность вольтметра в предыдущей задаче, если указанное сопротивление включить параллельно вольтметру?
Внутреннее сопротивление вольтметра
Вольтметр обладает внутренним сопротивлением. Чем больше величина внутреннего сопротивления, тем более точно прибор показывает измеряемую величину. В идеальном вольтметре эта величина должна равняться бесконечности.
Внутреннее сопротивление можно измерить с помощью чувствительного амперметра, источника питания и вольтметра. Подключив приборы к источнику питания, по показаниям приборов, используя закон Ома можно вычислить искомое значение сопротивления.
Также можно взять аккумуляторную батарею(RБ), сопротивление(R) и вольтметр. Измерить напряжение на вольтметре с включенным последовательно в цепь сопротивлением, записать показания U1. Измерить напряжение на вольтметре с закороченным сопротивлением, и также записать показания U2. Затем по формуле отыскать значение сопротивления. RВ=R/(U2/U1-1)-RБ. Чем выше величина R, тем точнее будут измерения.
Добавочное сопротивление вольтметра
Добавочное сопротивление используют для расширения величины измеряемого напряжения вольтметра. Оно подключается последовательно к прибору
Величина рассчитывается по формуле Rдоб=RВ(n-1)
Где Rдоб — добавочное сопротивление вольтметра, RВ – внутреннее сопротивление вольтметра, n – отношение величины желаемого измеряемого напряжения к реально измеряемому напряжению.
Добавочное сопротивление состоит из проволоки, намотанной на каркас и располагают внутри прибора или вне прибора. Для измерения больших напряжений вольтметр включают через измерительный трансформатор напряжения.
Вольтметр (вольт + гр. μετρεω измеряю) — измерительный прибор непосредственного отсчёта для определениянапряжения или ЭДС в электрических цепях. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии.
Идеальный вольтметр должен обладать бесконечным внутренним сопротивлением. В реальном вольтметре, чем выше внутреннее сопротивление, тем меньше влияния прибор будет оказывать на измеряемый объект и, следовательно, тем выше будет точность и разнообразнее области применения.
Содержание
· 1 Классификация и принцип действия
o 1.1 Классификация
o 1.2 Аналоговые электромеханические вольтметры
o 1.3 Аналоговые электронные вольтметры общего назначения
o 1.4 Цифровые электронные вольтметры общего назначения
o 1.5 Диодно-компенсационные вольтметры переменного тока
o 1.6 Импульсные вольтметры
o 1.7 Фазочувствительные вольтметры
o 1.8 Селективные вольтметры
· 2 Наименования и обозначения
o 2.1 Видовые наименования
· 3 Основные нормируемые характеристики
o 5.1 Другие средства измерения напряжений и ЭДС
o 5.2 Прочие ссылки
· 6 Литература и документация
o 6.2 Нормативно-техническая документация
Классификация и принцип действия[править | править вики-текст]
Классификация[править | править вики-текст]
· По принципу действия вольтметры разделяются на:
· электромеханические — магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, выпрямительные, термоэлектрические;
· электронные — аналоговые и цифровые
· По конструкции и способу применения:
Аналоговые электромеханические вольтметры[править | править вики-текст]
· Магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические и электростатические вольтметры представляют собойизмерительные механизмы соответствующих типов с показывающими устройствами. Для увеличения предела измерений используются добавочные сопротивления. Технические характеристики аналогового вольтметра во многом определяются чувствительностью магнитоэлектрического измерительного прибора. Чем меньше его ток полного отклонения, тем более высокоомные добавочные резисторы можно применить. А значит, входное сопротивление вольтметра будет более высоким. Тем не менее, даже при использовании микроамперметра с током полного отклонения 50 мкА (типичные значения 50..200 мкА), входное сопротивление вольтметра составляет всего 20 кОм/В (20 кОм на пределе измерения 1 В, 200 кОм на пределе 10 В). Это приводит к большим погрешностям измерения в высокоомных цепях (результаты получаются заниженными), например при измерении напряжений на выводах транзисторов и микросхем, и маломощных источников высокого напряжения.
· ПРИМЕРЫ: М4265, М42305, Э4204, Э4205, Д151, Д5055, С502, С700М
· Выпрямительный вольтметр представляет собой сочетание измерительного прибора, чувствительного к постоянному току (обычно магнитоэлектрического), и выпрямительного устройства.
· ПРИМЕРЫ: Ц215, Ц1611, Ц4204, Ц4281
· Термоэлектрический вольтметр — прибор, использующий ЭДС одной или более термопар, нагреваемых током входного сигнала.
Аналоговые электронные вольтметры общего назначения[править | править вики-текст]
 | Этот раздел не завершён. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его. |
Аналоговые электронные вольтметры содержат, помимо магнитоэлектрического измерительного прибора и добавочных сопротивлений, измерительный усилитель(постоянного или переменного тока), который позволяет иметь более низкие пределы измерения (до десятков — единиц милливольт и ниже), существенно повысить входное сопротивление прибора, получить линейную шкалу на малых пределах измерения переменного напряжения.
Цифровые электронные вольтметры общего назначения[править | править вики-текст]
Дополнительные сведения: [[Цифровой мультиметр]]
Принцип работы вольтметров дискретного действия состоит в преобразовании измеряемого постоянного или медленно меняющегося напряжения в электрический код с помощью аналого-цифрового преобразователя, который отображается на табло в цифровой форме.
Диодно-компенсационные вольтметры переменного тока[править | править вики-текст]
Принцип действия диодно-компенсационных вольтметров состоит в сравнении с помощью вакуумного диода пикового значения измеряемого напряжения с эталонным напряжением постоянного тока с внутреннего регулируемого источника вольтметра. Преимущество такого метода состоит в очень широком рабочем диапазоне частот (от единиц герц до сотен мегагерц), с весьма хорошей точностью измерения, недостатком является высокая критичность к отклонению формы сигнала от синусоиды.
· ПРИМЕРЫ: В3-49, В3-63 (используется пробник 20 мм)
В настоящее время разработаны новые типы вольтметров, такие как В7-83 (пробник 20 мм) и ВК3-78 (пробник 12 мм), с характеристиками аналогичными диодно-компенсационным. Последние в скором времени могут быть допущены к примирению в качестве рабочих эталонов. Из иностранных аналогов можно выделить вольтметры серии URV фирмы Rohde&Schwarz с пробниками диаметром 9 мм.
Импульсные вольтметры[править | править вики-текст]
1. Импульсные вольтметры предназначены для измерения амплитуд периодических импульсных сигналов с большой скважностью и амплитуд одиночных импульсов.
| Этот раздел не завершён. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его. |
Фазочувствительные вольтметры[править | править вики-текст]
Фазочувствительные вольтметры (векторметры) служат для измерения квадратурных составляющих комплексных напряжений первой гармоники. Их снабжают двумя индикаторами для отсчета действительной и мнимой составляющих комплексного напряжения. Таким образом, фазочувствительный вольтметр дает возможность определить комплексное напряжение, а также его составляющие, принимая за нуль начальную фазу некоторого опорного напряжения. Фазочувствительные вольтметры очень удобны для исследования амплитудно-фазовых характеристик четырехполюсников, например усилителей.
Селективные вольтметры[править | править вики-текст]
Селективный вольтметр способен выделять отдельные гармонические составляющие сигнала сложной формы и определять среднеквадратичное значение их напряжения. По устройству и принципу действия этот вольтметр аналогичен супергетеродинному радиоприёмнику без системы АРУ, в качестве низкочастотных цепей которого используется электронный вольтметр постоянного тока. В комплекте с измерительными антеннами селективный вольтметр можно применять какизмерительный приёмник.
· ПРИМЕРЫ: В6-4, В6-6, В6-9, В6-10, SMV 8.5, SMV 11, UNIPAN 233 (237), Селективный нановольтметр «СМАРТ»
Наименования и обозначения[править | править вики-текст]
Видовые наименования[править | править вики-текст]
· Нановольтметр — вольтметр с возможностью измерения очень малых напряжений (менее 1мкВ)
· Микровольтметр — вольтметр с возможностью измерения очень малых напряжений (менее 1мВ)
· Милливольтметр — вольтметр для измерения малых напряжений (единицы — сотни милливольт)
· Киловольтметр — вольтметр для измерения больших напряжений (более 1 кВ)
· Векторметр — фазочувствительный вольтметр
Обозначения[править | править вики-текст]
· Электроизмерительные вольтметры обозначаются в зависимости от их принципа действия
· Дxx — электродинамические вольтметры
· Мxx — магнитоэлектрические вольтметры
· Сxx — электростатические вольтметры
· Тxx — термоэлектрические вольтметры
· Фxx, Щxx — электронные вольтметры
· Цxx — вольтметры выпрямительного типа
· Эxx — электромагнитные вольтметры
· Радиоизмерительные вольтметры обозначаются в зависимости от их функционального назначения по ГОСТ 15094
· В2-xx — вольтметры постоянного тока
· В3-xx — вольтметры переменного тока
· В4-xx — вольтметры импульсного тока
· В5-xx — вольтметры фазочувствительные
· В6-xx — вольтметры селективные
· В7-xx — вольтметры универсальные
Основные нормируемые характеристики[править | править вики-текст]
· Диапазон измерения напряжений
· Допустимая погрешность или класс точности
· Диапазон рабочих частот
История[править | править вики-текст]
Первым в мире вольтметром был «указатель электрической силы» русского физика Г. В. Рихмана (1745). Принцип действия «указателя» используется в современном электростатическом вольтметре.
Внутреннее сопротивление — амперметр
Внутреннее сопротивление амперметра 1 мОм ( миллиОм), устанавливаемое по умолчанию, в большинстве случаев оказывает пренебрежимо малое влияние на работу схемы. Можно снизить это сопротивление, однако использование амперметра с очень низким сопротивлением в схемах с высоким выходным импедансом ( относительно выводов амперметра) может привести к математической ошибке во время моделирования работы схемы. [1]
Внутренние сопротивления амперметров составляют десятые сотые доли ома, миллиамперметров — единицы ом, вольтметров — сотни и тысячи ом, милливольтметров — десятки ом. [2]
Определить внутреннее сопротивление амперметра для задачи 7 — 32, если известно сопротивление резистора / ч10 Ом. [3]
В этом случае внутреннее сопротивление амперметра для разных пределов измерения приблизительно обратно пропорционально квадрату отношения пределов измерения. [5]
I б) внутреннее сопротивление амперметра f 1 йЧ U U Равно нулю. [6]
Эта поправка значительна при небольших значениях R, меньших внутреннего сопротивления амперметра или соизмеримых с ним. [8]
Падение напряжения, создаваемое током нагрузки на резисторе R14 и внутреннем сопротивлении амперметра РА1, приложено к эмиттерному переходу транзистора V22, причем полярность этого напряжения такова, что при его увеличении транзистор открывается. Последний, в свою очередь, еще более открывает V22 — процесс протекает лавинообразно. При этом регулирующий элемент ( V23V24) закрывается, и выходное напряжение блока становится близким к нулю. Одновременно включается сигнальная лампа Н2 Перегрузка. [9]
Включенный в цепь прибор оказывает на ее режим определенное влияние, для уменьшения которого необходимо строго выполнять следующие условия: внутреннее сопротивление амперметра RA должно быть много меньше сопротивления нагрузки RH; внутреннее сопротивление вольтметра должно быть много больше сопротивления нагрузки. Невыполнение этих условий приводит к систематической методической погрешности, которая приблизительно совпадает со значениями отношений RA / R и RjRv Условие Rv J Ra особенно трудно выполнить при измерении напряжения на участках ( нагрузках) с большим сопротивлением в так называемых слаботочных цепях. Для этой цели применяют электронные вольтметры с входным сопротивлением до сотен мегаом. [12]
Во втором случае, если внутреннее сопротивление амперметра имеет величину более 2 % измеренного сопротивления, то погрешность будет завышенной. [15]
Входное и выходное сопротивление
Входное и выходное сопротивление является очень важным в электронике.
Предисловие
Ладно, начнем издалека… Как вы знаете, все электронные устройства состоят из блоков. Их еще часто называют каскады, модули, узлы и тд. В нашей статье будем использовать понятие «блок». Например, источник питания, собранный по этой схеме:
состоит из двух блоков. Я их пометил в красном и зеленом прямоугольниках.
В красном блоке мы получаем постоянное напряжение, а в зеленом блоке мы его стабилизируем. То есть блочная схема будет такой:
Блочная схема — это условное деление. В этом примере мы могли бы даже взять трансформатор, как отдельный блок, который понижает переменное напряжение одного номинала к другому. Как нам удобнее, так и делим на блоки нашу электронную безделушку. Метод «от простого к сложному» полностью работает в нашем мире. На низшем уровне находятся радиоэлементы, на высшем — готовое устройство, например, телевизор.
Ладно, что-то отвлеклись. Как вы поняли, любое устройство состоит из блоков, которые выполняют определенную функцию.
— Ага! Так что же получается? Я могу просто тупо взять готовые блоки и изобрести любое электронное устройство, которое мне придет в голову?
Да! Именно на это нацелена сейчас современная электроника 😉 Микроконтроллеры и конструкторы, типа Arduino, добавляют еще больше гибкости в творческие начинания молодых изобретателей.
На словах все выходит прекрасно, но всегда есть подводные камни, которые следует изучить, чтобы начать проектировать электронные устройства. Некоторые из этих камушков называются входным и выходным сопротивлением.
Думаю, все помнят, что такое сопротивление и что такое резистор. Резистор хоть и обладает сопротивлением, но это активное сопротивление. Катушка индуктивности и конденсатор будут уже обладать, так называемым, реактивным сопротивлением. Но что такое входное и выходное сопротивление? Это уже что-то новенькое. Если прислушаться к этим фразам, то входное сопротивление — это сопротивление какого-то входа, а выходное — сопротивление какого-либо выхода. Ну да, все почти так и есть. И где же нам найти в схеме эти входные и выходные сопротивления? А вот «прячутся» они в самих блоках радиоэлектронных устройств.
Входное сопротивление
Итак, имеем какой-либо блок. Как принято во всем мире, слева — это вход блока, справа — выход.
Как и полагается, этот блок используется в каком-нибудь радиоэлектронном устройстве и выполняет какую-либо функцию. Значит, на его вход будет подаваться какое-то входное напряжение Uвх от другого блока или от источника питания, а на его выходе появится напряжение Uвых (или не появится, если блок является конечным).
Но раз уж мы подаем напряжение на вход (входное напряжение Uвх), следовательно, у нас этот блок будет кушать какую-то силу тока Iвх.
Теперь самое интересное… От чего зависит Iвх ? Вообще, от чего зависит сила тока в цепи? Вспоминаем закон Ома для участка цепи :
Значит, сила тока у нас зависит от напряжения и от сопротивления. Предположим, что напряжение у нас не меняется, следовательно, сила тока в цепи будет зависеть от… СОПРОТИВЛЕНИЯ. Но где нам его найти? А прячется оно в самом каскаде и называется входным сопротивлением.
То есть, разобрав такой блок, внутри него мы можем найти этот резистор? Конечно же нет). Он является своего рода сопротивлением радиоэлементов, соединенных по схеме этого блока. Скажем так, совокупное сопротивление.
Как измерить входное сопротивление
Как мы знаем, на каждый блок подается какой-либо сигнал от предыдущего блока или это может быть даже питание от сети или батареи. Что нам остается сделать?
1)Замерить напряжение Uвх, подаваемое на этот блок
2)Замерить силу тока Iвх, которую потребляет наш блок
3) По закону Ома найти входное сопротивление Rвх.
Если у вас входное сопротивление получается очень большое, чтобы замерить его как можно точнее, используют вот такую схему.
Мы с вами знаем, что если входное сопротивление у нас большое, то входная сила тока в цепи у нас будет очень маленькая (из закона Ома).
Падение напряжения на резисторе R обозначим, как UR
Из всего этого получаем…
Когда мы проводим эти измерения, имейте ввиду, что напряжение на выходе генератора не должно меняться!
Итак, давайте посчитаем, какой же резистор нам необходимо подобрать, чтобы как можно точнее замерять это входное сопротивление. Допустим, что у нас входное сопротивление Rвх=1 МегаОм, а резистор взяли R=1 КилоОм. Пусть генератор выдает постоянное напряжение U=10 Вольт. В результате, у нас получается цепь с двумя сопротивлениями. Правило делителя напряжения гласит: сумма падений напряжений на всех сопротивлениях в цепи равняется ЭДС генератора.
В результате получается цепь:
Высчитываем силу тока в цепи в Амперах
Получается, что падение напряжения на сопротивлении R в Вольтах будет:
Грубо говоря 0,01 Вольт. Вряд ли вы сможете точно замерить такое маленькое напряжение на своем китайском мультиметре.
Какой отсюда вывод? Для более точного измерения высокого входного сопротивления надо брать добавочное сопротивление также очень большого номинала. В этом случае работает правило шунта: на бОльшем сопротивлении падает бОльшее напряжение, и наоборот, на меньшем сопротивлении падает меньшее напряжение.
Измерение входного сопротивления на практике
Ну все, запарка прошла ;-). Давайте теперь на практике попробуем замерить входное сопротивление какого-либо устройства. Мой взгляд сразу упал на Транзистор-метр. Итак, выставляем на блоке питания рабочее напряжение этого транзистор-метра, то есть 9 Вольт, и во включенном состоянии замеряем потребляемую силу тока. Как замерить силу тока в цепи, читаем в этой статье. По схеме все это будет выглядеть вот так:
Итак, у нас получилось 22,5 миллиАмпер.
Теперь, зная значение потребляемого тока, можно найти по этой формуле входное сопротивление:
Выходное сопротивление
Яркий пример выходного сопротивления — это закон Ома для полной цепи, в котором есть так называемое «внутреннее сопротивление». Кому лень читать про этот закон, вкратце рассмотрим его здесь.
Что мы имели? У нас был автомобильный аккумулятор, с помощью которого мы поджигали галогенную лампочку. Перед тем, как цеплять лампочку, мы замеряли напряжение на клеммах аккумулятора:
И как только подсоединяли лампочку, у нас напряжение на аккумуляторе становилось меньше.
Разница напряжения, то есть 0,3 Вольта (12,09-11,79) у нас падало на так называемом внутреннем сопротивлении r 😉 Оно же и есть ВЫХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. Его также называют еще сопротивлением источника или эквивалентным сопротивлением.
У всех аккумуляторов есть это внутреннее сопротивление r, и «цепляется» оно последовательно с источником ЭДС (Е).
Но только ли аккумуляторы и различные батарейки обладают выходным сопротивлением? Не только. Выходным сопротивлением обладают все источники питания. Это может быть блок питания, генератор частоты, либо вообще какой-нибудь усилитель.
В теореме Тевенина (короче, умный мужик такой был) говорилось, что любую цепь, которая имеет две клеммы и содержит в себе туеву кучу различных источников ЭДС и резисторов разного номинала можно привести тупо к источнику ЭДС с каким-то значением напряжения (Eэквивалентное) и с каким-то внутренним сопротивлением (Rэквивалентное).
Eэкв — эквивалентный источник ЭДС
Rэкв — эквивалентное сопротивление
То есть получается, если какой-либо источник напряжения питает нагрузку, значит, в источнике напряжения есть ЭДС и эквивалентное сопротивление, оно же выходное сопротивление.
В режиме холостого хода (то есть, когда к выходным клеммам не подцеплена нагрузка) с помощью мультиметра мы можем замерить ЭДС (E). С замером ЭДС вроде бы понятно, но вот как замерить Rвых ?
В принципе, можно устроить короткое замыкание. То есть замкнуть выходные клеммы толстым медным проводом, по которому у нас будет течь ток короткого замыкания Iкз.
В результате у нас получается замкнутая цепь с одним резистором. Из закона Ома получаем, что
Но есть небольшая загвоздка. Теоретически — формула верна. Но на практике я бы не рекомендовал использовать этот способ. В этом случае сила тока достигает бешеного значения, да вообще, вся схема ведет себя неадекватно.
Измерение выходного сопротивления на практике
Есть другой, более безопасный способ. Не буду повторяться, просто скопирую со статьи закон Ома для полной цепи, где мы находили внутреннее сопротивление аккумулятора. В той статье, мы к акуму цепляли галогенную лампочку, которая была нагрузкой R. В результате по цепи шел электрический ток. На лампочке и на внутреннем сопротивлении у нас падало напряжение, сумма которых равнялась ЭДС.
Итак, для начала замеряем напряжение на аккумуляторе без лампочки.
Так как у нас в этом случае цепь разомкнута (нет внешней нагрузки), следовательно сила тока в цепи I равняется нулю. Значит, и падение напряжение на внутреннем резисторе Ur тоже будет равняться нулю. В итоге, у нас остается только источник ЭДС, у которого мы и замеряем напряжение. В нашем случае E=12,09 Вольт.
Как только мы подсоединили нагрузку, то у нас сразу же упало напряжение на внутреннем резисторе и на нагрузке, в данном случае на лампочке:
Сейчас на нагрузке (на галогенке) у нас упало напряжение UR=11,79 Вольт, следовательно, на внутреннем резисторе падение напряжения составило Ur=E-UR=12,09-11,79=0,3 Вольта. Сила тока в цепи равняется I=4,35 Ампер. Как я уже сказал, ЭДС у нас равняется E=12,09 Вольт. Следовательно, из закона Ома для полной цепи высчитываем, чему у нас будет равняться внутреннее сопротивление r:
Заключение
Входное и выходное сопротивление каскадов (блоков) в электронике играют очень важную роль. В этом мы убедимся, когда начнем рассматривать статью по согласованию узлов радиоэлектронных схем. Все качественные вольтметры и осциллографы также стараются делать с очень высоким входным сопротивлением, чтобы оно меньше сказывалось на замеряемый сигнал и не гасило его амплитуду.
С выходным сопротивлением все намного интереснее. Когда мы подключаем низкоомную нагрузку, то чем больше внутреннее сопротивление, тем больше напряжение падает на внутреннем сопротивлении. То есть в нагрузку будет отдаваться меньшее напряжение, так как разница осядет на внутреннем резисторе. Поэтому, качественные источники питания, типа блока питания либо генератора частоты, пытаются делать как можно с меньшим выходным сопротивлением, чтобы напряжение на выходе «не проседало» при подключении низкоомной нагрузки. Даже если сильно просядет, то мы можем вручную подкорректировать с помощью регулировки выходного напряжения, которые есть в каждом нормальном источнике питания. В некоторых источниках это делается автоматически.