מעגלי מדידת מתח וזרם של מולטימטרים דיגיטליים

מעגלי מדידת מתח וזרם של מולטימטרים דיגיטליים

ניתן להשתמש במולטימטר דיגיטלי למדידת מעגלים שונים. היום יפרט העורך שני סוגים בפירוט: מעגלי מדידת מתח וזרם. בואו נסתכל ביחד. להלן לעיון בלבד:

1. מעגל מדידת זרם DC במולטימטר דיגיטלי

מעגל מדידת זרם DC מצויד ב-7 רמות: 20 μ Ω, 200 μ Ω, 2m Ω, 20m Ω, 200m Ω, 2 Ω ו-20 Ω, עם שקע כניסה ייעודי לרמת 20 Ω. מעגל המדידה מוצג בתרשים. הדיודה משמשת כהגנה מגבילה דו-כיוונית של מתח יתר, ונבחרה דיודת מיישר אטומה מפלסטיק סיליקון 1N4148 (1 Ω/400V). כאשר מתח הכניסה נמוך ממפל מתח ההולכה קדימה של דיודה Gui, הדיודה מנותקת ואין לה השפעה על המדידה. ברגע שמתח הכניסה עולה על 0.6~0.7V, הדיודה מוליכה מיד, ובכך מגבילה את מתח הכניסה של המכשיר. FU הוא צינור נתיך מהיר של 2 Ω/250V המספק הגנה מפני זרם יתר.

מעגל מדידת זרם DC רב טווח

R1~R7 יוצרים shunt עם התנגדות כוללת של 10k Ω. ביניהם, R1~R7 משתמשים בנגדי סרטי מתכת מדויקים (עם שגיאה של ± 0.5%), בעוד R5 ו-R6 משתמשים בנגדים מפותלים בחוטים מדויקים. בשל זרם העבודה הגבוה של שקע 20 Ω, נגד חוטי מנגן מנגן (עם מקדם טמפרטורה קטן) משמש כנגד shunt. ההתנגדות לקור שלו היא 0.01 Ω, ונוכל לחשב את ההספק המופץ שלו בטווח המלא ל-4W. מכיוון שאין התקן מגן בתחום 20 Ω, מומלץ שזרם הכניסה המקסימלי (20 Ω) הנמדד בטווח זה לא יעלה על 15 שניות כדי למנוע פגיעה בנגד חוטי נחושת מנגן.
בהנחה ש-Im הוא זרם הטווח ו-UIn הוא הערך בקנה מידה מלא של מתח הכניסה של המונה הדיגיטלי, ניתן לחשב את ערכי ההתנגדות של נגדי ה-shunt (נגדי דגימה) עבור כל הילוך לפי הנוסחה הבאה:

2. מעגל מדידת מתח DC במולטימטר דיגיטלי
טווח מתח ה-DC של מולטימטר דיגיטלי הוא בדרך כלל 200mV, 2V, 20V, 200V ו-1000V, עם עיצוב טווח בסיסי של 200mV. מעגל מדידת מתח DC מוצג בתרשים. מחלק מתח נגד דיוק מורכב מ-R1-R5, עם התנגדות כוללת של 10M Ω, שיכול להחליש באופן אחיד את מתח ה-DC הנמדד מ-0 ל-1000V עד מתחת ל-200mV, ולאחר מכן לשלוח אותו למדד הבסיסי של 200mV לצורך מדידה. R1-R5 כולם משתמשים בנגדי סרט מתכת עם שגיאה של ± 0.5%.

מעגל מדידת מתח DC

יש להסביר את הנקודות הבאות:
① The input resistance of each voltage level is 10M Ω, considering the input resistance RIN=102 Ω=10000M Ω (typical value) of ICL7106 single-chip 31/2 bit A/D converter. When designing a multi range digital voltmeter, the input resistance RIN=0.001rIN=10M Ω of the instrument is generally selected to make RI>RIN, כך שניתן להתעלם לחלוטין מהשפעת ה-shunt של RIN על האות.

② על מנת לחסוך רכיבים במולטימטרים דיגיטליים, ניתן לשאול אותם גם בעת מדידת מתח AC
מחלק מתח נגד דיוק לטווח מתח DC. בנוסף, נגד מחלק המתח הנ"ל משמש גם כמעגל סטנדרטי לחסימת נגדים. בהתחשב בכך שיש רק 5 רמות של מתח DC ו-6 רמות של נגדים (200 Ω, 20k Ω, 200k Ω, 2M Ω, 20M Ω), R5 מורכב למעשה מנגדים של 100 Ω ו- 900 Ω המחוברים בסדרה, כאשר הנגד 100 יכול לשמש כתקן Ω רמת הנגד Ω (ערך ההתנגדות הסטנדרטי עבור רמת הנגד צריך להיות שווה למחצית מטווח הנגדים).

③ בשל ערך ההתנגדות הגבוה של R1, על מנת להקל על כיול ערכי ההתנגדות, שני נגדים מזווגים מחוברים לרוב בטור ליצירת 9M Ω. חלק מהמולטימטרים הדיגיטליים משתמשים גם בנגד קבוע התנגדות גבוהה ובנגד מתכוונן התנגדות נמוכה המחוברים בסדרה ליצירת R1.

④ על מנת לסנן רעש בתדר גבוה בקצה הקלט, חלק מהמולטימטרים הדיגיטליים מחברים גם קבל קטן של כמה עשרות פיקופאראד במקביל למחלק מתח ה-DC.