forum szukaj książki linki artykuły
teoria dla poczÄ…tkujÄ…cych schematy elektronika retro mikrokontrolery
Dla poczÄ…tkujÄ…cych
Co, jak i czym mierzyć?
Co mierzyć? - Jak działa woltomierz i amperomierz? -
Wpływ oporności wewnętrznej mierników na pomiary napięcia i prądu - Pomiar oporności -
Pomiar pojemności - Pomiar diody - Pomiar tranzystorów - Pomiar bezpieczników - Pomiar transformatorów
Większość początkujących elektroników w zderzeniu z praktyką jest trochę zagubionych gdyż nie potrafią szybko
znalez
ć odpowiedzi na pytanie "co, jak i czym mierzyć?", o czym świadczą maile jakie otrzymuję i pojawiające się
na różnych forach pytania dotyczące tego tematu. Dlatego postanowiłem, że powstanie ten dział, który pomoże
odpowiedzieć na to pytanie.
W jednym z tematów na forum autor poniższych tekstów napisał "... Zawsze twierdziłem że, dobry elektronik, to nie
ten co potrafi lutować, tylko ten co potrafi mierzyć i wyciągać wlaściwe wnioski ...", muszę przyznać, że zgadzam się z tym
b@p
stwierdzeniem, dlatego poprosiłem go o pomoc w stworzeniu tego działu. Autorem tekstów i schematów jest .
Zmiany jakich dokonałem w stosunku do nadesłanego oryginału były podyktowane stylem strony
www.elektronika.priv.pl. Wszelkie pytania oraz sugestie proszę kierować na adres [e-mail] z tematem
"Pomiary"
Co mierzyć?
W elektronice jak i we wszystkim, co jest związane z elektrycznością,
dokonujemy podstawowych pomiarów, napięcia, prądu i oporności.
Bardziej zaawansowane pomiary obejmują pomiary częstotliwości,
okresu, mocy, harmonicznych, przesunięć fazowych, badanie przebiegów
za pomocą oscyloskopu i wiele innych. Wymienione przykłady obejmują
tylko wąski zakres pomiarów.
Przyrządy pomiarowe - uniwersalne, do pomiaru napięcia, prądu,
oporności, pojemności, wzmocnienia tranzystorów, sprawdzania diod,
ciągłości obwodów itp.
W warsztacie każdego elektronika musi się znalez
ć miernik uniwersalny.
Mierniki te, najprościej, dzielimy na wychyłowe (analogowe) i cyfrowe.
Różnice w budowie i zasadzie działania są znaczne, ale mierzą te same
wielkości elektryczne.
Pomiar napięcia - V - stałego ( DC ) lub zmiennego ( AC ) - tą wielkość
mierzymy woltomierzem. Przyrząd ( woltomierz ) wpinamy do układu,
zawsze równolegle do elementu na którym mierzymy napięcie. Przykłady
włączenia woltomierza przy pomiarze napięcia stałego i zmiennego
pokazane sÄ… na rys. 1 i 2.
Pomiar prądu - A - stałego ( DC ) lub zmiennego ( AC ) - tą wielkość
mierzymy amperomierzem. Przyrząd ( amperomierz ) wpinamy do układu,
zawsze szeregowo z elementem, przez który płynie mierzony prąd.
Przykłady włączenia amperomierza przy pomiarze prądu stałego
i zmiennego pokazane sÄ… na rys. 3 i 4.
Pomiar rezystancji - - tą wielkość mierzymy omomierzem. Pomiaru
W
dokonujemy bezpośrednio na elemencie (rezystorze) - pamiętać należy,
że pomiar rezystora wlutowanego w płytkę razem z innymi elementami
może dawać wskazania odbiegające od faktycznej wartości (rys. 5).
Pomiar pojemności - C - tą wielkość mierzymy miernikiem pojemności.
Pomiaru dokonujemy bezpośrednio na elemencie - kondensatorze (rys. 6)
Uwagi dotyczące przyrządów pomiarowych:
W praktyce amatorskiej, najczęściej używanym przyrządem jest miernik
uniwersalny (wychyłowy) lub cyfrowy, częściej nazywany multimetrem.
Sama nazwa wskazuje co możemy znalez
ć w obudowie z ustrojem lub
wyświetlaczem. Zazwyczaj taki miernik jest "kombajnem" wyposażonym
w woltomierz, amperomierz, omomierz oraz dodatkowe "gadżety" do
pomiaru, pojemności, tranzystorów, częstotliwości, temperatury
i oczywiście buzzer. Obsługa tych mierników nie jest skomplikowana,
najczęściej na obudowie zobaczymy: dwa lub cztery gniazda , przełącznik
zakresów, wskaz
nik i ewentualnie dodatkowe gniazda do pomiaru
kondensatorów, tranzystorów oraz temperatury. Informacje jakimi
parametrami dysponuje nasz miernik, znajdziemy w instrukcji obsługi.
Gorzej kiedy instrukcji nie posiadamy, wtedy musimy nasz przyrzÄ…d
dokładnie obejrzeć i zorientować się jakie parametry mierzy, jakie ma
zakresy pomiarowe, do czego służy jakie pokrętło i gniazdo itd.
Generalnie należy przyjąć że nasz przyrząd mierzy:
Multimetry cyfrowe:
- napięcia stałe ( DC ) w zakresach 200mV, 2V, 20V, 200V , 1000V
- napięcie zmienne ( AC ) w zakresach 2V, 20V, 200V, 700V
- prąd stały ( DC ) w zakresach 2mA, 20mA, 200mA, 20A
- prÄ…d zmienny ( AC ) w zakresach 200mA, 20A
W W W W W W W
- oporność w zakresach 200 , 2k , 20k , 200k , 2M , 20M , 200M
- pojemność w zakresach 2000pF, 20nF, 0,2µF, 2µF, 20µF
- współczynnik wzmocnienia tranzystorów w zakresie od 0 do 1000
- temperaturÄ™ w zakresie od 0 do 200 stopni °C
Mierniki uniwersalne - wskazówkowe:
- napięcia stałe ( DC ) w zakresie od 0 do 1000V
- napięcie zmienne ( AC ) w zakresie od 0 do 1000V
- prąd stały ( DC ) w zakresie od 0 do 500mA ( 10A )
- prÄ…d zmienny ( AC ) w zakresie od 0 do 3A ( 10A )
W
- oporność w zakresie 0W do 20M - pojemność w zakresie 2nF do 2µF
Istotna, jest wiedza jaką oporność wejściową ma nasz miernik. I tak,
mierniki wychyłowe - uniwersalne o klasie dokładności pomiaru 1,5 ; 2,5 ,
W W
dla napięć stałych, oporność wewnętrzna wynosi 20k - 100 k /V , dla
W
napięć zmiennych średnio 1k /V. Mierniki cyfrowe ( multimetry ) dla napięć
W
stałych i zmiennych, oporność wejściowa wynosi ok. 10M /V.
Jak działa woltomierz i amperomierz?
W ostatnim czasie dostałem kilka pytań na moja skrzynkę pocztową
i wśród nich między innymi pytanie dotyczące różnicy w budowie pomiędzy
woltomierzem a amperomierzem. Niby banalne, a jednak bardzo istotne.
Zaczniemy od woltomierza. Jak już wiemy ( a będę to powtarzał do
znudzenia ) woltomierz wpinamy do układu równolegle. Takie włączenie
wynika z konstrukcji tego miernika (patrz rys. 7).
W podstawowy skład każdego woltomierza wchodzą: amperomierz
i opornik dodatkowy Rd - szeregowy. Amperomierz ( ustrój ) ma zazwyczaj
małą oporność wewnętrzną ( im mniejszy prąd jest wymagany do pełnego
wychylenia miernika, tym większa jest oporność cewki ustroju - używa się
cieńszego drutu do jej nawinięcia ), aby wywołać jego pełne wychylenie
należy spowodować przepływ prądu o wartości maksymalnej dla danego
typu ustroju np. 100uA. Przepływający prąd, wytwarza pewien spadek
napięcia na cewce ustroju. Aby można było dokonywać pomiaru większych
napięć od wartości spadku napięcia na ustroju, musimy szeregowo
z amperomierzem włączyć opornik dodatkowy. Wartość tego opornika
musi być tak dobrana aby uzyskać odpowiedni spadek umożliwiający
pełne wychylenie ustroju. Najprościej możemy to ująć analizując wzór:
gdzie:
- Rd - oporność opornika dodatkowego;
- U1 - napięcie mierzone;
 - U1 - napięcie mierzone;
- Um - spadek napięcia na ustroju;
- I - prÄ…d amperomierza
Aby bardziej przybliżyć sprawę założymy:
- mamy miernik o prÄ…dzie I = 100µA;
- pełne wychylenie - wytwarza spadek napięcia na ustroju wynoszący
Um = 10mV;
- napięcie mierzone U1 = 10V;
Rd = 10V - 10 mV/100µA Rd = 9,99V/100µA
Rd = 99,9 [kW ]
A teraz amperomierz - włączamy go do układu zawsze szeregowo.
Podstawowa konstrukcja zawiera w sobie dwa elementy, ustrój
pomiarowy i opornik równoległy Rb, zwany potocznie bocznikiem. Układ
obrazuje rysunek 8. Zasada pracy opiera siÄ™ na podstawowym prawie
(I prawo Kirchhoffa) algebraicznej sumy prądów wypływających z węzła
i sumy prądów dopływających do węzła ( patrz rys. 9). Z rysunku jasno
wynika że, przy pomiarze dużych prądów, znacznie przekraczających
wartość prądu potrzebnego do wychylenia ustroju, znaczna jego część
musi przepływać przez opornik Rb.
Zilustrujemy to na przykładzie - zakładamy:
- prÄ…d ustroju pomiarowego I1 = 100µA;
- prÄ…d pomiaru I = 0,5A;
I2 = I - I1 ; I2 = 0,5 [A] - 100 [µA] ;
I2 = 0,499 [A]
Pozostaje jeszcze do omówienia zasada pomiaru prądu przez
multimetry cyfrowe. MÅ‚odzi adepci elektroniki zadadzÄ… pewnie pytanie
w rodzaju: "...przecież tam nie ma ustroju pomiarowego, to jak rozdzieli się
prąd?" I tutaj dotykamy sedna pomiaru. Jak wiemy w większości
multimetrów operujemy napięciem na wejściu przetwornika pomiarowego
np. popularnej kostki 7107 ( min. zakres napięcia wejściowego to 200mV
). Jak zatem dokonywany jest pomiar prÄ…du? Poprzez pomiar spadku
napięcia na opornikach dodatkowych. Prąd wejściowy przetwornika jest
tak mały, że praktycznie pomijalny, jeżeli do wejścia przetwornika
dopniemy równolegle rezystor o znanej wartości to przepływający przez
niego prąd wywoła na nim spadek napięcia, który zmierzymy naszym
przetwornikiem.
Wpływ oporności wewnętrznej mierników na pomiary napięcia i prądu
Co to jest oporność wewnętrzna przyrządu? Jak już wiemy, dokonując
pomiaru, nasz przyrząd włączamy do układu w ściśle określony sposób.
W tym momencie musimy sobie zdawać sprawę z tego, co nasz przyrząd
spowoduje w działającym urządzeniu, problem ten dotyczy nie tylko
miernika uniwersalnego ale też innych przyrządów pomiarowych. I tu
właśnie pojawia się temat oporności wewnętrznej. Dokonując pomiaru
napięcia stałego, w zasadzie problem jakby znika w przypadku
W
stosowania multimetru, gdzie oporność wejściowa wynosi np. 10M /V, ale
nie bez znaczenia jest kiedy stosujemy do pomiaru miernik wychyłowy,
W
średniej klasy, i tutaj oporność wejściowa waha się w granicach od 1k /V
W
do 100k /V.
W czym tkwi problem? Posłużmy się wirtualnym przykładem: mierzymy
napięcie między bramką tranzystora, a minusem zasilania jak na rys. 10.
W
Zakładamy, że R1 = R2 = 100k i napięcie zasilania wynosi 10V. Na "oko"
widać, że napięcie bramki powinno wynosić połowę napięcia zasilania,
czyli 5V. Nasz miernik (woltomierz) ustawiamy na zakres pomiaru 10V.
W
Kiedy do pomiaru użyjemy miernika o oporności wejściowej 10M /V, to na
W
zakresie pomiaru 10V, mamy oporność wejściową miernika około 100M .
Taka oporność w naszym przypadku nie spowoduje błędnych wskazań
wynikających z równoległego połączenia miernika i rezystora R2 (ile
wynosi wypadkowa oporność wynikająca z równoległego połączenia
multimetru i rezystora R2, pozostawiam do samodzielnego wyliczenia -
podpowiedz
jak to zrobić znajdziesz tutaj ). Co innego, gdy do pomiaru
W
zastosujemy miernik o oporności wejściowej np. 10k /V. Wtedy nasza
W
oporność wypadkowa, wyniesie 50k . Czy taka wartość oporności
spowoduje błąd pomiaru? , odpowiedz
brzmi: tak, uzasadnijmy nasze
rozumowanie opierając się na przykładzie z rys. 10. Poniżej jest już
wyprowadzony wzór na mierzone napięcie ale jeśli ktoś nie wie jak to
wyliczyć to warto sobie przypomnieć co to takiego dzielnik napięcia.
wyliczyć to warto sobie przypomnieć co to takiego dzielnik napięcia.
Różnica pomiędzy napięciem faktycznym (5V), a zmierzonym wynosi, 1,7V
!. BÅ‚Ä…d pomiaru 34%.
Oczywiście, ten przykład ma na celu uzmysłowić nam jakich wyników
możemy się spodziewać po pomiarach dokonanych miernikami o małej
oporności wewnętrznej. Mógłby ktoś powiedzieć, można przełączyć
przyrząd na wyższy zakres i wtedy jego oporność będzie większa, zgoda,
ale dokładność odczytu będzie "mizerna". Starajmy się zawsze stosować,
do pomiaru napięć, przyrządy o jak największej oporności wewnętrznej i
pamiętajmy, woltomierz włączamy do układu zawsze równolegle.
A jak się ma sprawa z pomiarem prądu? Wiemy już że amperomierz
wpinamy do układu zawsze szeregowo i ma on bardzo małą oporność
wewnętrzną, niemal pomijalną, rzędu ułamków oma. Pamiętajmy, że nie
bez znaczenia są przekroje przewodów pomiarowych, wyobraz
my sobie
ciągły pomiar prądu 10A za pomocą naszych cieniutkich przewodzików od
miernika, po chwili będą gorące jak diabli że nie wspomnę o spadku
napięcia na nich. A jak mierzymy prądy w układach elektronicznych np.
naszych pięknie zmontowanych płytkach drukowanych?, przecież nie
zawsze możemy lub chcemy przerwać ścieżki na płytce, lub nawet
fizycznie, nie mamy tego jak zrobić. Czy nie ma wyjścia z tej sytuacji? Jest,
mierzymy spadki napięć. Zilustrujemy to na przykładzie, rys. 11.
Zakładamy w naszym przykładzie:
- napięcie zasilania Uz = 10V;
W
- rezystor emiterowy R4 = 82
Chcemy zmierzyć prąd emitera tranzystora (prąd który płynie przez R4)
i jego prąd bazy. Nasz woltomierz pokazuje napięcie 2,5V ( spadek
napięcia na oporniku emiterowym ). Teraz wyliczamy prąd emitera jaki
płynie w naszym układzie, w praktyce jest on równy prądowi kolektora:
Prosto, łatwo i tylko odrobina liczenia. Wszystko ładnie, a jak określić prąd
bazy? Znamy już prąd emitera, a przecież można przyjąć, że prąd
kolektora jest równy prądowi emitera. Dlaczego wystarczy sobie
przypomnieć co jest napisane w dziale tranzystory. Musimy jeszcze znać
b ). Tą wartość można uzyskać
wartość tranzystora (patrz: tranzystory
z karty katalogowej dla danego tranzystora, można też przyjąć np.
b
wartość =100 (wartość typowa dla tranzystorów małej mocy) lub jeśli w
b
naszym mierniku mamy możliwość pomiaru tranzystora, czyli
współczynnika h21e to po prostu zmierzymy. Teraz już idzie gładko, ze
Ib = Ic / b ) wyliczamy z grubsza nasz szukany
wzoru (patrz: tranzystory
prÄ…d bazy.
W praktyce spotykamy układy w których musimy dokonać badania
przebiegu sygnału, oscyloskopem, miernikiem częstotliwości itd. Czy
w tym przypadku mamy do czynienia z opornością wewnętrzną? Jak
najbardziej, dla przykładu, przeciętny oscyloskop ma oporność wejściową
W
rzędu 1M , a dodatkowo jeszcze dokłada pojemność doprowadzeń.
Wpływ tych dwóch wielkości ma ogromne znaczenie przy badaniu
sygnałów w układach cyfrowych i urządzeniach w.cz., powoduje czasem
tak duże zniekształcenie sygnału, że określenie kształtu przebiegu jest
praktycznie niemożliwe. W praktyce ratujemy się dodatkową sondą
W
pomiarową, która ma oporność wej. 10M i więcej, oraz wprowadza
minimalne obciążenie pojemnościowe.
Czy zastanawiałeś się czasem nad taką rzeczą, co się dzieje w układzie
w sytuacji kiedy wzrasta temperatura otoczenia. Często opracowując
jakiś układ planujemy położenie elementów w pobliżu innego podzespołu
np. radiatora. Ciepło które pojawia się w czasie pracy urządzenia ma
ogromny wpływ na pracę całości, a najszybciej i najgorzej na zmiany
ogromny wpływ na pracę całości, a najszybciej i najgorzej na zmiany
temperatury, reagują półprzewodniki. Dobrze zaprojektowany układ daje
sobie z tymi problemami radę ale są granice wytrzymałości po
przekroczeniu których nastąpi nieuchronnie katastrofa. Dlatego w trakcie
planowania położenia elementów na płytce trzeba o tym również
pomyśleć. Warto pomierzyć temperaturę w jakimś układzie, jak nie
multimetrem to termometrem, a już wręcz należy zadbać o to, aby
w obudowie naszego urządzenia był swobodny przepływ powietrza,
szczególnie w naszych zasilaczach warsztatowych. Doświadczenie
podpowiada nam, że wzrost temperatury jest wywołany wzrostem prądu
płynącego przez dany element i odwrotnie, wzrost temperatury powoduje
wzrost prÄ…du.
Teraz trochę, może banalnych i często pomijalnych problemów ale
czasami bardzo istotnych. Rzecz dotyczy pomiarów elementów, a raczej
badanie ich wartości. Zanim zaczniemy montować jakieś układ,
gromadzimy niezbędne elementy i dokonujemy ich pomiaru, sprawdzenia (
powinien to być nawyk każdego konstruktora ).
Mało kiedy zastanawiamy się, jak wykonany jest np. rezystor węglowy,
a jak drutowy, jak wykonany jest kondensator styrofleksowy, jak
ceramiczny, a jak elektrolityczny, mało kiedy również zastanawiamy się
nad sposobem dokonywania pomiaru. Ale w trakcie badania danego
elementu musimy się już przez chwilę nad tym zastanowić. Poniżej
omówimy sposoby pomiaru różnych elementów.
Pomiar oporności
Wyobraz
my sobie że mamy do zbadania rezystor. Pomiar jego oporności
W
jest banalny, bierzemy omomierz, ustawiamy zakres np. 200k
i przykładamy końcówki przyrządu do wyprowadzeń elementu. Naszym
W W
oczom ukazuje się jakaś wartość bardzo zbliżona do 200k , np. 199,5k
W
czy też 200,2k . Zdarza się że, podczas pomiaru łapiemy nasz rezystor za
końcówki palcami w których trzymamy już końcówki przyrządu, czy wtedy
W
nasz przyrząd pokaże wartość 200k ?. Zapewniam, że pokaże inną,
a dlaczego? Bo "dokładamy" równolegle oporność naszego ciała
(patrz: elementy RLC). Również podobny problem napotkacie przy
pomiarze oporności w zmontowanym układzie. W większości przypadków
zmierzona wartość nie będzie odpowiadała faktycznej wartości oporności
gdyż dokładają się równolegle oporności innych elementów układu.
W takim przypadku jeśli nie da się odczytać wartości z kodu paskowego
(patrz: kod paskowy), to najlepiej wylutować jedną końcówkę z układu
i wtedy dokonać pomiaru.
Pomiar pojemności
Jak zmierzyć pojemność kondensatora? Posłużmy się przykładem pomiaru
kondensatora o pojemności powiedzmy 100pF. Pół biedy kiedy mamy
multimetr i osobne gniazdo do pomiaru pojemności, chociaż musimy
wiedzieć, że nasz wyświetlacz wcale nie musi pokazywać równe 100 (
pomijam tolerancje ), a może jeszcze "dołożyć" parę pF tzw. pojemność
doprowadzeń. A co począć kiedy nasz przyrząd nie ma miernika
pojemności? Wtedy stosujemy do badania omomierz. Przykładamy
końcówki do wyprowadzeń kondensatora i widzimy, że na wskaz
niku nic,
ani drgnie. Zadowoleni stwierdzamy, że nasz kondensator nie ma
zwarcia, a co z pojemnością? I na to jest rada. Pamiętamy że kondensator
nie przepuszcza prądu stałego, ale przepuszcza prąd zmienny przy okazji
stanowiąc dla niego pewną oporność. Mamy rozwiązanie, do pomiaru
kondensatora zastosować miliamperomierz prądu zmiennego i z
ródło
napięcia zmiennego, transformator (byle napięcie tego z
ródła nie było
większe od 24V - napięcie bezpieczne), można też zastosować generator
np. akustyczny, musi tylko mieć odpowiednie napięcie na wyjściu i układ
separujÄ…cy. Podpinamy nasz kondensator i miliamperomierz do z
ródła
napięcia jak na rysunku 12.
Teraz odczytujemy, jaki prąd pokazuje miliamperomierz. Pojemność
obliczamy z wzoru zamieszczonego pod rysunkiem. Niestety, ta metoda
nie zda egzaminu przy małych pojemnościach, nie jest też polecana dla
kondensatorów powietrznych i z oczywistych względów elektrolitycznych.
I uwaga, bÄ…dz
my przytomni i zwracajmy uwagę na jakie napięcie pracy
jest badany kondensator, aby go nie "zabić" już w trakcie badania.
Kondensator ładuje się do wartości maksymalnej napięcia, czyli 1,41
(pierwiastek z 2) razy większej od wartości skutecznej, którą to wartość
zmierzy nasz woltomierz gdy będziemy mierzyli napięcie zmienne, musimy
o tym pamiętać.
Mały przykład - mamy układ jak na rysunku 13.
Zakładamy:
- U1 = 20V (zmierzona wartość skuteczna);
- prostownik złożony z diod krzemowych, czyli spadek napięcia na
tutaj
diodach ok. 1,5V (dlaczego? - zobacz );
Teraz liczymy:
Teraz liczymy:
- napięcie po prostowniku, bez kondensatora C1,
U2 = U1 - 1,5 [V] = 20 - 1,5 = 18,5 [V];
- po podpięciu kondensatora, napięcie U2 zmieni się
U2 = 1,41 · 18,5 = 26 [V]
Jak na "patelni" widać na jakie napięcie pracy musimy zastosować nasz
kondensator.
I jeszcze drobne uwagi dotyczące kondensatorów:
1. kondensator zmienia pojemność wraz ze zmianą temperatury;
2. kondensator elektrolityczny musi mieć właściwą polaryzacje napięcia;
3. nie wolno rozładowywać kondensatorów o dużej pojemności metodą
zwarcia końcówek, należy tego dokonywać za pomocą właściwego
W
rezystora np. 100 /2W;
4. nie stosować w torze sygnału m.cz. kondensatorów ceramicznych
i odwrotnie, w torach sygnałów w.cz. kondensatorów zwijanych;
5. kondensator dla napięcia zmiennego stanowi oporność bierną czyli
tzw. reaktancje, zależną od częstotliwości napięcia;
6. przy połączeniu kondensatorów szeregowo, pojemność wypadkowa
jest mniejsza od najmniejszej pojemności zastosowanego
w połączeniu kondensatora ;
7. przy połączeniu równoległym pojemność wypadkowa jest równa
sumie pojemności poszczególnych kondensatorów;
Pomiar diody
Co jeszcze mamy do badania? nasze ulubione półprzewodniki. Zaczniemy
od diody - więcej na temat diody znajdziesz tutaj. Wiadomo że dioda jest
elementem prostowniczym dla prądu zmiennego. Najczęściej sprawdzenia
jej dokonujemy omomierzem mierząc oporność złącza w obu kierunkach
jak na rys. 14. Raz mamy małą oporność, a raz dużą. I wszystko gra,
dioda jest dobra i możemy śmiało ją zastosować. Inaczej sprawa wygląda
gdy mamy już gotowy układ a dioda jest wlutowana i nie za bardzo chce
się nam ją wylutowywać. Wtedy zaczynamy mierzyć spadek napięcia na
diodzie. Pamiętamy że na złączu diody krzemowej występuje spadek
napięcia ok. 0,5 do 0,7V , a na diodzie germanowej 0,2 do 0,5V. Z reguły
zakładamy 0,7V Si oraz 0,2V Ge. Ale są przypadki ( pomijam diody Zenera
) kiedy pomiar spadku napięcia daje inne wyniki. Dla przykładu, badamy
mostek prostowniczy w układzie Gretza, wiadomo że w trakcie półokresu
napięcia zmiennego w procesie prostowania prądu, pracują dwie diody
szeregowo, czyli sumarycznie, nasz spadek napięcia na diodach powinien
wynosić ok. 1,5V, a wynosi np. 2V i w dodatku wszystko działa. Gdzie tkwi
problem? wszystko zależy od prądu jaki płynie przez diody. Wraz ze
zmianami prądu, zmienia się również oporność złącza diody i stąd zmienia
się też spadek napięcia na diodzie.
Pomiar tranzystorów
Najprostsza i zarazem najpopularniejsza metodÄ… badania tranzystora jest
sprawdzanie oporności złącz za pomocą omomierza. Sama metoda ma
zalety i wady. Zalety to, szybkie zorientowanie się o poprawności złącz,
określenie typu przewodności i możliwość, orientacyjnego, pomiaru
w układzie. Wady, brak 100% pewności że tranzystor jest naprawdę
dobry, niemożność określenia poprawności złącza tranzystorów
wysokonapięciowych brak możliwości określenia współczynnika h21e.
Badanie omomierzem przebiega w określony sposób i dokładnie pokazuje
to rys. 15 i tabelka.
Tabelka
K E B NPN PNP
+ - duża duża
- + duża duża
+ - duża mała
- + mała duża
- + mała duża
+ - duża mała
Podobnie możemy badać tranzystory polowe. Rzecz jest trochę prostsza
bo omomierz podpinamy do złącz D - dren, S - z
ródło (A) i dotykamy
palcem bramki G tranzystora (B) rys. 16. Omomierz powinien wskazywać
spadek oporności złącza. Pamiętajmy przy okazji o bardzo ważnej rzeczy,
ładunek elektrostatyczny, "pasażer" wędrujący na nas ( może osiągać
wartość kilku kV ) bardzo lubi gdzieś "uciekać" do miejsc o niższym
potencjale, w momencie sprawdzania tranzystora ma wprost wymarzone
warunki ku temu aby przeskoczyć do bramki tranzystora. Skutek będzie
tragiczny dla tranzystora, praktycznie możemy go już wyrzucić do śmieci.
Wniosek: ta metoda nie jest najlepsza.
Pomiar bezpieczników
Bezpiecznik, prosty element, zawsze skazany na zagładę, którego
jedynym celem w życiu jest przep alić się. Należy wiedzieć, że bezpiecznik
ulegnie przepaleniu, kiedy już prąd przez niego przepłynie! nigdy
wcześniej. Występują jako bezpieczniki zwłoczne i bezzwłoczne.
Najczęściej spotykane, są bezpieczniki topikowe w szklanej rurce,
bezpieczniki wykonane w formie rezystorów i elementów
półprzewodnikowych, bezpieczniki termiczne oraz bezpieczniki
polimerowe. Bezpieczniki zawsze powinniśmy sprawdzać omomierzem,
a nie zestawem bateria + żarówka (chyba, że te o prądach kilkanaście lub
kilkadziesiąt amper, ale to już nie jest elektronika). Stosujemy
bezpieczniki wszędzie tam gdzie musi zostać wymuszone przerwanie
obwodu prÄ…du z powodu zwarcia lub przekroczenia krytycznie jego
wartości. Przede wszystkim mają one na celu "ochronę naszych kieszeni"
przed dodatkowymi wydatkami (lub też stosowanie ich wymuszone jest
odpowiednią normą dla danych urządzeń), dla przykładu cena
bezpiecznika to ok. 0,5 zł podczas gdy cena np. transformatora to
przeciętnie ok. 20zł. Jakiego typu stosujemy bezpieczniki, to zależy od
układu, bezzwłoczne wszędzie tam gdzie pobór prądu jest mniej więcej
stały na średnim poziomie i muszą one pewnie i szybko zadziałać
w momencie gwałtownego wzrostu prądu. Zwłoczne w układach, gdzie
w momencie rozruchu występuje gwałtowny pobór prądu, a następnie
prąd maleje (np. w obwodzie uzwojenia pierwotnego transformatorów
dużej mocy, autotransformatorów czy silników). Bezpieczniki
półprzewodnikowe w układach o małym ale bardzo szybkim, impulsowym
poborze prądu, gdzie prąd narasta do bardzo dużej wartości w bardzo
krótkim czasie (np. takie bezpieczniki są stosowane w dyskach twardych
komputerów), zaletą ich jest to, że są małe gabarytowo i bardzo szybko
działające. Wreszcie bezpieczniki termiczne, te maja na celu ochronę
urzÄ…dzenia np. transformatora w przypadku wzrostu jego temperatury.
Bezpieczniki rezystorowe o małej oporności rzędu 1 - 3W, ale
odpowiednio wykonane, te stosujemy w układach jako zwłoczne i tanie
elementy zabezpieczające, np. w zasilaczach komputerowych. Można je
łatwo montować (lutujemy je jak oporniki) w przeciwieństwie do
bezpieczników topikowych i możemy ich zastosować kilka w różnych
miejscach układu. Bezpieczniki polimerowe, szybkie elementy o małym
zakresie prądów, tanie i łatwo adoptowane do delikatnych układów
elektronicznych, niestety w większości pracujące przy niskich napięciach
rzędu 30 do 60V. Musimy sobie uświadomić, że przepalenie bezpiecznika
to nic innego jak przerwanie drucika pod wpływem wzrostu jego
temperatury na wskutek przepływu prądu. Często na bezpieczniku
widzimy napis np. 1A/250V. Co on oznacza?, że bezpiecznik zadziała przy
prądzie powyżej 1A ale niezawodnie przy napięciu 250V.
Reasumując, musimy stosować i wybierać bezpieczniki bardzo dokładnie
aby mogły one pewnie i właściwie zadziałać. Miejmy na uwadze, że
w momencie przepalenia bezpiecznika, pojawia siÄ™ w rurce Å‚uk elektryczny
który też trwa jakiś czas.
Pomiar transformatorów
Teraz zajmiemy siÄ™ przez chwilkÄ™ transformatorami. Jest to element
niezastąpiony i sprawiający często wiele problemów, pomijam te
mechaniczne. Pierwszy, to gdzie i jakie uzwojenie jest wyprowadzone na
końcówki? Drugi i podstawowy, jakie napięcia daje nasz transformator?
Trzeci, jaką ma moc? Czwarty jaki prąd można z niego pobrać?
Ad.1 - na wstępie należy dokładnie oglądnąć transformator i z grubsza
określić gdzie ma końcówki. Teraz bierzemy omomierz i badamy pomiędzy
którymi końcówkami jest pokazywana oporność uzwojeń, jednym słowem
znajdujemy obwody. Wiemy, że uzwojenia pierwotne oraz wtórne
W W
anodowe, mają duże oporności rzędu od kilkudziesięciu do kilku k
z racji dużej ilości zwojów, małej średnicy drutu, wymuszonych przez moc
transformatora. Może wydawać się niektórym kolegom dziwne, ale
transformatory o małej mocy mają duże oporności uzwojeń. Uzwojenia
wtórne, nisko napięciowe maja małe oporności, w zależności od ilości
W W
zwojów i średnicy drutu, od kilku do kilku dziesięciu .
Ad.2 - mając rozpoznane wyprowadzenia uzwojeń, możemy podłączyć
nasz transformator do napięcia zmiennego. Wymarzonym sposobem
i zarazem bezpiecznym, jest podłączenia przez autotransformator lub
trafo separujące. Po podłączeniu, badamy woltomierzem napięcia
zmiennego, napięcia na poszczególnych uzwojeniach.
Ad.3 - moc można określić, w przybliżeniu, na podstawie wyliczenia
przekroju rdzenia z wzoru:
P = 0,69·S2
P - moc transformatora w [W] ; S - przekrój rdzenia [cm2]
Ad.4 - prąd jaki możemy pobrać z naszego transformatora wstępnie
można określić na podstawie grubości, przekroju drutu jakim nawinięte
jest uzwojenie. Niezbędne są w tym przypadku tablice z parametrami
drutów nawojowych.
Kilka uwag o których nie powinniśmy zapominać.
Transformator jest elementem indukcyjnym. Pracuje tylko po podłączeniu
do prÄ…du zmiennego. Jest z
ródłem zakłóceń spowodowanych zmiennym
polem magnetycznym, dlatego trzeba bardzo starannie wybierać miejsce
i sposób jego umiejscowienia w urządzeniu. Uzwojenia można łączyć
szeregowo i równolegle ale o takich samych prądach i przekrojach.
A
ączymy uzwojenia wg. zasady początek z końcem - szeregowo lub
początek z początkiem, koniec z końcem - równolegle. Zamiana kierunku
uzwojeń spowoduje zniesienie się napięć w uzwojeniach. Zawsze
stosujmy bezpiecznik po stronie pierwotnej transformatora. Starac siÄ™ nie
dopuszczac do grzania transformatora, na skutek przeciążenia.
I najważniejsze, transformator jest elementem do którego powinniśmy
podchodzić z dużą ostrożnością i uwagą, ze względu na pojawienie się
napięć niebezpiecznych dla naszego zdrowia i życia.
W kolejnym cyklu zajmiemy się da lej elementami i zaczniemy już "mierzyć
w układach". Wszelkie pytania oraz sugestie proszę kierować na adres
[e-mail] z tematem "Pomiary".
UWAGA: Wszystkie um ieszczone schem aty, inform acje i przykłady m ają służyć tylko do własnych celów edukacyjnych i nie należy ich
wykorzystywać do żadnych konkretnych zastosowań bez przeprowadzenia własnych prób i doświadczeń, gdyż nie udzielam żadnych
gwarancji, że podane inform acje są całkowicie wolne od błędów i nie biorę odpowiedzialności za ewentualne szkody wynikające
z zastosowania podanych inform acji, schem atów i przykładów.
Wszystkie nazwy handlowe, nazwy produktów oraz znaki towarowe um ieszczone na tej stronie są zastrzeżone dla ich właścicieli.
Używanie ich tutaj nie powinno być uważane za naruszenie praw właściciela, jest tylko potwierdzeniem ich dobrej jakości.
All tradem arks m entioned herein belong to their respective owners.
They aren't intended to infringe on ownership but only to confirm a good quality.
Strona wygląda równie dobrze w rozdzielczości 1024x768, jak i 800x600.
Optym alizowana była pod IE dlatego polecam przeglądanie jej w IE5.5 lub nowszych przy rozdzielczości 1024x768.
© Copyright 2001-2005 Elektronika analogowa