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电位电压表

第三章-直流电路

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零部件和材料

  • 2节6伏电池
  • 一个电位器,单匝,10kΩ,线性锥度(无线电小屋目录#271-1715)
  • 两个高值电阻器(每个至少1个MΩ)
  • 敏感电压探测器(来自上一个实验)
  • 模拟电压表(来自前期实验)

电位器的值不是临界值:从1 kΩ到100 kΩ都是可以接受的。

如果您在本章中描述的“精密电位器”构建了“精密电位器”,建议您在此实验中使用它。

同样地,电阻器的实际值不是临界的。在这个实验中,数值越大,结果越好。它们也不需要完全相等。

如果您还没有建立敏感的电压检测器,建议您在继续这个实验之前建立一个!

这是一个非常有用,但简单的测试设备,你不应该没有。您可以使用数字万用表设置为“直流毫伏”(DC mV)范围,以代替电压检测器,但基于耳机的电压检测器更合适,因为它演示了如何使您可以做到精确电压测量没有使用昂贵或高级仪表设备。我建议使用您的自制的万用表出于同样的原因,尽管任何电压表都足够了解了这项实验。

交叉引用

电路中的课程,第1卷,第8章:“直流计量电路”

学习目标

  • 描述电压表负载:其原因及解决方法
  • 说明如何使用电位器作为可变电压源
  • 说明电压测量的电位法

原理图

插图

指令

构建示意图和图示左侧所示的双电阻分压器电路。

如果两者价值高电阻具有相等的值,电池的电压应分成一半,每种电阻均落在大约3伏上。

用电压表直接测量电池电压,然后测量每个电阻的压降。

你注意到电压表的读数有什么异常吗?通常,串联电压降加起来等于总的施加电压,但在这种情况下,您会注意到一个严重的差异。

基尔霍夫电压定律不成立吗?这是电路最基本定律之一的例外吗?

不!发生的是这样的:当你将一个电压表连接到任意一个电阻上时,电压表本身改变使电路的电压不一样,没有仪表连接。

我喜欢用气压计的类比来检查充气轮胎的压力。

当一个压力表连接到轮胎的充气阀上时,它会从轮胎中释放一些空气。

这会影响轮胎中的压力,因此测量仪读取比在仪表连接之前的轮胎略低的压力。

换句话说,测量轮胎压力的行为改变轮胎的压力。但希望,在测量行为期间,在轮胎中释放的空气很少,以降低压力的降低可忽略不计。

类似地,电压表通过绕过被测电压降的元件周围的一些电流来影响它们测量的电压。

这会影响电压降,但效果如此轻微,即您通常不会注意到它。

然而,在该电路中,效果非常明显。为什么是这样?尝试使用每个100kΩ值替换两个高值电阻,然后重复实验。

更换电阻与两个10 KΩ单位,并重复。你注意到低电阻的电压读数是什么?

这是什么告诉你关于电路对电阻相关的电路上的电压表“影响”?

在进行之前,用原稿高值(> =1mΩ)电阻更换任何低值电阻器。

试着用数字电压表代替模拟电压表测量两个高值电阻器之间的电压——一次一个。

你注意到数字仪表的读数和模拟仪表的读数有什么区别?

数字电压表通常具有更大的内部(探头 - 探测)电阻,这意味着在测量相同的电压源时,它们比相对模拟电压计更少的电流。

理想的电压表将从被测电路中汲取零电流,因此不会影响电压“影响”问题。

如果你碰巧有两个电压表,试试这个:连接一个电压表横跨一个电阻,另一个电压表横跨另一个电阻。

不管电阻器的值是多少,你得到的电压读数将加起来等于这一次的总电压,即使它们与使用两次的单个电表获得的读数不同。

然而,不幸的是,在没有仪表连接的情况下,以这种方式获得的电压读数不太可能等于真正的电压降,因此这不是一个实际的解决方案。

有没有办法制造一个“完美的”电压表:一个有无限的电阻,并且不从被测电路中吸取电流的电压表?

现代实验室电压表通过使用半导体来接近这个目标“放大器“电路,但这种方法对于学生或Hobbyist进行了复制,这种方法太高了。

一种更简单、更古老的技术叫做电位零点平衡方法。

这涉及到使用一个可调电压源来“平衡”测量的电压。

当两个电压相等时,如非常敏感的null探测器,可调节电压源用普通电压计测量。

因为两个电压源是相等的,测量可调电源和通过测试电路测量是一样的,除了没有“冲击”误差,因为可调电源提供了电压表所需的任何电流。因此,被测电路不受影响,允许测量其真实电压降。

检查下面的原理图,看看电位伏特计方法是如何实现的:

带有“null”单词的圆符号表示为空探测器。

这可以是任何任意敏感的仪表运动或电压指示器。

它在这个电路里的唯一目的是指出什么时候有电压:当可调节电压源(电位计)精确等于被测电路中的电压下降时。

该空检测器的敏感性越敏感,可以将可调源更精确地调整为等于被测电压,并且可以更精确地测量测试电压。

构建如图所示的电路,并测试其操作,测量测试电路中一个高值电阻上的电压降。

首先使用常规万用表作为空探测器可能更​​容易,直到熟悉调整电位器的过程,然后读取跨电量计连接的电压表。

如果您使用基于耳机的电压检测器作为零值表,您需要间歇地断开和测试电路的接触,并听到“滴答”的声音。

为此,坚决确保测试电路和测试探针之一暂时接触其他测试探针测试电路中的其他点一次又一次监听耳机的声音表明之间的电压差测试电路和电位计。

调整电位器,直到耳机可以听到单击声音。这表示“空白”或“平衡”条件,并且您可以读取电压表指示以查看测试电路电阻器上丢弃的电压量。

不幸的是,基于耳机的空探测器不提供电位计电压是否为比...更棒, 或者不到测试电路电压,所以你要听清楚减少“点击”强度,同时转动电位器,以确定是否需要调整电压更高或更低。

你可能会发现,一个单匝(“3/4匝”)电位器是一个调整装置太粗糙,以准确地“零”测量电路。

可以使用多匝电位器代替单匝装置,以获得更大的调整精度,或者可以使用早期实验中描述的“精密电位器”电路。

在放大电压表技术出现之前,电势法是最常用的方法只有高精度电压测量的方法。

即使现在,电气标准实验室利用这项技术和最新的仪表技术来减少仪表的“冲击”误差,并最大限度地提高测量精度。

虽然电位法比简单地在一个元件上连接一个现代数字电压表需要更多的技能,并且被认为是过时的,除了最精确的测量应用,它仍然是一个有价值的学习过程的电子学的新学生,雷竞技最新app对于那些可能在家里实验室里缺少昂贵仪器的爱好者来说,这是一项有用的技术。

电脑仿真

SPICE节点编号示意图:

Netlist(制作一个包含以下文本的文本文件,逐字逐句):

输出直流v(2,0) v(2,3) v(3,0)

香料模拟显示r的实际电压2在测试电路中,零检测器的电压,以及可调电压源上的电压,因为该电压源以0.5伏为阶跃从0伏调整到6伏。

在这个模拟的输出中,你会注意到R上的电压2当测量电路不平衡时,会受到显著影响,只有当零检测器上的电压实际上为零时,才返回到它的真实电压。

在这一点上,当然,可调电压源的值为3000伏:正好等于(未受影响的)测试电路电压降。

从这个模拟中吸取的课程是什么?电位电压表避免了影响测试电路只有当它处于完美平衡的条件(“空”)与测试电路!

相关工作表: