Potensiometri voltmeter

PARTS DAN BAHAN

    * Dua baterai 6 volt
    * Satu potensiometer, putar tunggal, 10 kΩ, lancip linear (Radio Shack katalog # 271-1715)
    * Dua resistor bernilai tinggi (paling sedikit 1 MΩ masing-masing)
    * Detektor tegangan Sensitive (dari percobaan sebelumnya)
    * Analog voltmeter (dari percobaan sebelumnya)
Nilai potensiometer tidak kritis: apa-apa dari 1 kΩ sampai 100 kΩ dapat diterima. Jika Anda telah membangun potensiometer "presisi" dijelaskan sebelumnya dalam bab ini, dianjurkan agar Anda menggunakan dalam percobaan ini.
Demikian juga, nilai-nilai sebenarnya dari resistor tidak kritis. Dalam percobaan tertentu, semakin besar nilai, semakin baik hasilnya. Mereka tidak harus tepat sama nilai, baik.
Jika Anda belum membangun detektor tegangan sensitif, dianjurkan bahwa Anda membangun satu sebelum melanjutkan dengan percobaan ini! Ini adalah, sangat berguna namun sederhana, peralatan uji bahwa Anda tidak boleh tanpa. Anda dapat menggunakan multimeter digital set ke millivolt DC "" (DC mV) adalah sebagai pengganti detektor tegangan, tetapi detektor tegangan headphone berbasis lebih tepat karena menunjukkan bagaimana Anda dapat membuat pengukuran tegangan yang tepat tanpa menggunakan mahal atau canggih peralatan meter. Saya sarankan Anda menggunakan multimeter rumah-dibuat untuk alasan yang sama, meskipun voltmeter apapun akan cukup untuk percobaan ini.
CROSS-DAFTAR PUSTAKA
Pelajaran Dalam Sirkuit Listrik, Volume 1, Bab 8: "DC Metering Circuits"
TUJUAN BELAJAR

    * Meter volt loading: penyebab dan solusinya
    * Dengan menggunakan potensiometer sebagai sumber tegangan variabel
    * Metode pengukuran tegangan Potensiometri

Skematis DIAGRAM

ILUSTRASI

INSTRUKSI
Membangun rangkaian pembagi tegangan dua resistor ditunjukkan di sebelah kiri dari diagram skema dan ilustrasi. Jika kedua tinggi nilai resistor mempunyai nilai sama, tegangan baterai harus terbelah dua, dengan sekitar 3 volt turun di masing-masing resistor.
Ukur tegangan baterai langsung dengan voltmeter, lalu mengukur tegangan drop masing-masing resistor itu. Apakah Anda melihat sesuatu yang aneh tentang pembacaan itu voltmeter's? Biasanya, seri tetes menambah tegangan sama dengan tegangan total diterapkan, tetapi dalam kasus ini Anda akan melihat sebuah kesenjangan yang serius. Apakah Hukum Tegangan Kirchhoff tidak benar? Apakah ini pengecualian untuk salah satu hukum yang paling mendasar dari rangkaian listrik? Tidak! Apa yang terjadi adalah ini: ketika Anda menghubungkan voltmeter resistor baik, dengan voltmeter sendiri mengubah sirkuit sehingga tegangan yang tidak sama dengan tanpa meter terhubung.
Aku suka menggunakan analogi dari tekanan udara gauge digunakan untuk memeriksa tekanan ban pneumatik. Ketika gauge dihubungkan pada katup mengisi ban, ini melepaskan udara keluar dari ban. Hal ini mempengaruhi tekanan ban, dan mengukur tekanan membaca sedikit lebih rendah daripada apa yang di ban sebelum mengukur terhubung. Dengan kata lain, tindakan untuk mengukur tekanan ban mengubah tekanan ban. Mudah-mudahan, meskipun, ada begitu sedikit udara dikeluarkan dari ban selama tindakan pengukuran bahwa penurunan tekanan diabaikan. Dampak yang sama voltmeter mengukur tegangan, dengan melewati beberapa saat di sekitar komponen yang drop tegangan yang diukur. Hal ini mempengaruhi drop tegangan, tetapi efeknya sangat sedikit yang Anda biasanya tidak menyadarinya.
Di sirkuit ini, meskipun, efeknya sangat terasa. Mengapa demikian? Cobalah mengganti dua resistor bernilai tinggi dengan dua dari 100 kΩ setiap nilai dan ulangi percobaan. Ganti resistor mereka dengan dua 10 unit KΩ dan ulangi. Apa yang Anda ingat tentang pembacaan tegangan dengan resistor nilai lebih rendah? Apakah ini bercerita tentang voltmeter "dampak" pada sirkuit yang sehubungan dengan perlawanan sirkuit? Mengganti resistor rendah nilai dengan nilai, asli tinggi (> = 1 MΩ) resistor sebelum melanjutkan.
Coba ukur tegangan di dua resistor bernilai tinggi - satu per satu - dengan voltmeter digital bukan suatu voltmeter analog. Apa yang Anda perhatikan bacaan tentang meter digital versus analog meter itu? voltmeter digital biasanya memiliki lebih internal (probe-ke-probe) resistensi, yang berarti mereka menarik kurang lancar dari voltmeter analog dibandingkan ketika mengukur sumber tegangan yang sama. Sebuah voltmeter ideal nol akan menarik arus dari rangkaian yang sedang diuji, dan dengan demikian menderita tegangan tidak "dampak" masalah.
Jika Anda kebetulan memiliki dua voltmeter, coba ini: menghubungkan satu voltmeter di satu resistor, dan voltmeter lainnya di seluruh resistor lainnya. Pembacaan tegangan Anda akan menambahkan hingga total tegangan saat ini, tidak peduli apa nilai resistor tersebut, meskipun mereka berbeda dengan pembacaan yang diperoleh dari satu meter yang digunakan dua kali. Sayangnya, meskipun, itu tidak mungkin bahwa pembacaan tegangan diperoleh dengan cara ini adalah sama dengan tegangan tetes benar tanpa meter terhubung, dan karena itu bukan solusi praktis untuk masalah ini.
Apakah ada cara untuk membuat sebuah "sempurna" voltmeter: satu yang memiliki ketahanan yang tak terbatas dan tidak menarik arus dari sirkuit yang sedang diuji? voltmeter laboratorium modern pendekatan tujuan ini dengan menggunakan semikonduktor "penguat" sirkuit, tetapi metode ini terlalu berteknologi maju untuk siswa atau hobi untuk menduplikasi. A jauh lebih sederhana dan jauh lebih tua teknik disebut metode potensiometri atau null-balance. Ini melibatkan penggunaan sumber tegangan disesuaikan dengan "keseimbangan" tegangan diukur. Ketika dua tegangan adalah sama, seperti ditunjukkan oleh detektor null sangat sensitif, sumber tegangan disesuaikan diukur dengan voltmeter biasa. Karena dua sumber tegangan adalah sama satu sama lain, mengukur sumber disesuaikan adalah sama dengan pengukuran di rangkaian tes, kecuali bahwa tidak ada dampak "" kesalahan karena sumber disesuaikan menyediakan setiap saat dibutuhkan oleh voltmeter tersebut. Akibatnya, rangkaian yang sedang diuji tetap tidak terpengaruh, memungkinkan pengukuran drop tegangan yang benar.
Periksa skematis berikut untuk melihat bagaimana metode voltmeter potensiometri diimplementasikan:

Simbol lingkaran dengan kata "nol" tertulis di dalam merupakan detektor null. Hal ini dapat setiap gerakan meter secara sewenang-wenang sensitif atau indikator tegangan. Satu-satunya tujuan nya di sirkuit ini adalah untuk menunjukkan bila ada tegangan nol: ketika sumber tegangan adjustable (potensiometer) adalah tepat sama dengan drop tegangan pada rangkaian yang sedang diuji. Detektor ini lebih sensitif null, semakin tepat sumber dapat disesuaikan disesuaikan sebesar tegangan sedang diuji, dan lebih tepat bahwa tegangan uji dapat diukur.
Membangun sirkuit ini seperti ditunjukkan pada gambar dan menguji operasi mengukur jatuh tegangan salah satu resistor bernilai tinggi dalam rangkaian tes. Mungkin akan lebih mudah untuk menggunakan multimeter biasa sebagai detektor nol pada awalnya, sampai Anda menjadi terbiasa dengan proses menyesuaikan potensiometer untuk indikasi yang "null", kemudian membaca voltmeter terhubung di potensiometer tersebut.
Jika Anda menggunakan detektor tegangan headphone berbasis null meter, Anda akan perlu sesekali membuat dan memutuskan kontak dengan sirkuit di bawah pengujian dan mendengarkan untuk "mengklik" suara. Lakukan ini dengan tegas mengamankan salah satu probe rangkaian tes untuk menguji dan sesaat menyentuh probe test lainnya ke titik lainnya dalam rangkaian tes lagi dan lagi, mendengarkan suara-suara di headphone menunjukkan perbedaan tegangan antara rangkaian pengujian dan potensiometer. Atur potensiometer sampai tidak mengklik suara dapat didengar dari headphone. Hal ini menunjukkan "null" atau "seimbang" kondisi, dan Anda dapat membaca indikasi voltmeter untuk melihat seberapa besar tegangan dijatuhkan di resistor rangkaian tes. Sayangnya, detektor null headphone berbasis tidak memberikan indikasi apakah tegangan potensiometer lebih besar daripada, atau kurang dari tegangan rangkaian tes, sehingga Anda akan harus mendengarkan untuk mengurangi "klik" intensitas sementara memutar potensiometer untuk menentukan apakah Anda perlu menyesuaikan tegangan yang lebih tinggi atau lebih rendah.
Anda mungkin menemukan bahwa turn-tunggal ("04/03 mengubah") potensiometer terlalu kasar pada perangkat penyesuaian secara akurat "null" rangkaian pengukuran. A multi-putar potensiometer dapat digunakan bukan unit tunggal-putar untuk penyesuaian lebih presisi, atau "potensiometer presisi" sirkuit dijelaskan dalam percobaan sebelumnya dapat digunakan.
Sebelum munculnya teknologi voltmeter diperkuat, metode potensiometri adalah metode hanya untuk melakukan pengukuran tegangan yang sangat akurat. Bahkan sekarang, listrik standar laboratorium menggunakan teknik ini bersama dengan teknologi terbaru untuk meminimalkan meter meter "dampak" kesalahan dan memaksimalkan akurasi pengukuran. Walaupun metode potensiometri membutuhkan keterampilan lebih digunakan daripada hanya menghubungkan voltmeter digital modern di seluruh komponen, dan dianggap usang untuk semua tetapi aplikasi pengukuran yang paling tepat, itu masih merupakan proses pembelajaran berharga bagi siswa baru elektronik, dan berguna teknik untuk hobi instrumentasi yang mungkin tidak mahal di laboratorium rumah mereka.
SIMULASI KOMPUTER
Skematis dengan nomor node SPICE:

Netlist (membuat teks file yang berisi teks berikut, verbatim):
Potensiometri voltmeter v1 1 0 dc 6 v2 3 0 r1 1 2 1meg r2 2 0 1meg rnull 2 3 10k rmeter 3 0 50k dc v2 0 6 0.5. cetak v dc (2,0) v. (2,3) v (3,0) . Akhir

SPICE simulasi ini menunjukkan tegangan aktual melintasi R2 dari rangkaian pengujian, tegangan detektor nol, dan tegangan sumber tegangan disesuaikan, sebagai sumber yang disesuaikan dari 0 volt sampai 6 volt dengan langkah-langkah 0,5 volt. Dalam output dari simulasi ini, Anda akan melihat bahwa tegangan di R2 yang berdampak signifikan pada saat rangkaian pengukuran tidak seimbang, kembali ke tegangan yang sesungguhnya hanya ketika ada tegangan praktis nol detektor null. Pada saat itu, tentu saja, sumber tegangan disesuaikan berada pada nilai 3,000 volts: tepat sama dengan drop (tidak terpengaruh) rangkaian tes tegangan.
Apa pelajaran yang harus dipelajari dari simulasi ini? Bahwa suatu voltmeter potensiometri menghindari berdampak rangkaian tes hanya ketika berada dalam kondisi keseimbangan yang sempurna ("null") dengan rangkaian tes!