Измерение силы тока и напряжения в цепях постоянного тока. Измерение силы тока

Цель лекции:

изучить основные методы и средства измерения силы тока и напряжения в радиотехнических цепях

Вопросы:

Общие сведения. Классификация вольтметров и амперметров.

Общие сведения об электромеханических приборах

Общие сведения об электронных вольтметрах

Литература по дисциплине:

Основная: 1. Метрология и радиоизмерения: Учебник для вузов./.И. Нефедов, В.И. Хахин, В.К. Битюков и др./ Под ред. проф. Нефедова. – М.: Высш. шк., 2006. – 526с.

Литература по теме лекции: , с. 176-214

Вопрос 1.

Измерение напряжения и силы тока наиболее часто применяют в практике метрологии и электрорадиоизмерений. При этом преобладающее значение имеет измерение на­пряжения, так как чаще всего этой величиной принято характеризовать режимы работы различных радиотехнических цепей и устройств. К тому же параллельный метод подключения вольтметра к участку цепи, как правило, не приводит к нарушению электрических процессов в ней, по­скольку его входное сопротивление выбирается достаточно большим. При измерениях же тока приходится размыкать исследуемую цепь и в ее разрыв последовательно включать амперметр, внутреннее сопротивле­ние которого отлично от нуля. Однако в ряде случаев необходимы пря­мые или косвенные измерения силы тока, поэтому вопросы измерения напряжения и силы тока рассматриваются совместно.

Измерение постоянных напряжения и силы тока заключается в нахо­ждении их значения (величины) и полярности. Целью измерения пере­менных напряжения и силы тока является определение какого-либо их параметра.

Поскольку напряжение и ток связаны прямо пропорциональной зави­симостью, чаще проводят измерение напряжения и по его значению ана­литически вычисляют силу тока.

В настоящее время метрологическая техника позволяет измерять на­пряжения в диапазоне 10 -10 ...10 6 B и токи в диапазоне 10 -18 ...10 5 A. Вме­сте с тем данные измерения должны осуществляться в очень широкой полосе частот - от постоянного тока и инфранизких частот (сотые доли герца) до сверхвысоких частот (1 ГГц и более). Поэтому такие крайние значения величин требуют уникальных методов измерения.

Как уже отмечалось, приборы, измеряющие параметры сигналов с частотами до 10 4 Гц, являются низкочастотными, до 10 8 - высо­кочастотными , свыше - диапазон сверхвысоких частот , требующий специальных измерительных методов.

Измерение параметров напряжения переменного тока - довольно сложная метрологическая задача, связанная с обеспечением требуемого частотного диапазона и учетом формы кривой измеряемого сигнала. Переменное напряжение характеризуется несколькими параметрами, и его уровень может быть определен по амплитудному, действующему (среднеквадратическому, эффективному) или средневыпрямленному (постоянному) значению . Напомним некоторые характеристики и пара­метры напряжения переменного тока.

Напряжение постоянного тока и постоянный ток характеризуются величиной и полярностью.

Переменный ток и напряжение промышленной частоты имеют синусоидальную форму

и характеризуются следующими значениями:

Мгновенное значение тока (напряжения) – это значение сигнала в заданный момент времени Оно может наблюдаться на осциллографе и быть вычислено по осциллограмме для каждого момента времени.

Максимальным значением напряжения (тока) называют наибольшее мгновенное значение напряжения на протяжении периода Т.

Пиковое отклонение “вверх” и “вниз” – это соответственно наибольшее и наименьшее мгновенные значения переменной составляющей сигнала на протяжении заданного периода Т.

Разность между максимальным и минимальным значениями сигнала на протяжении заданного периода называется "размахом" напряжения

Постоянная составляющая (среднее значение) напряжения (тока) является среднеарифметическим мгновенных значений на протяжении периода Т.

. (3)

Величину постоянной составляющей сигнала за период можно найти и графически. Для этого необходимо из площади, находящейся над осью абсцисс, вычесть площадь под осью абсцисси полученную разность разделить на период. Иначе: ось времени надо переместить так, чтобы площади, занимаемые кривой напряжения над и под осью абсцисс, были равными.

Отсюда следует, что у всех электрических сигналов, симметричных относительно оси абсцисс (например, синусоидальный сигнал), постоянная составляющая равна 0.

Пример 1. Определить постоянную составляющую сигнала (напряжения), приведенного на рисунке:

а) используем графический способ: размах амплиту-

ды сигнала составит

. Учитывая,

что для "синуса" размах

, получим

,

Следовательно постоянная составляющая сигнала

равна

, а функция имеет вид:

0 4В

.

б) определим расчётным путём:

т.к. интеграл от синуса любого угла за период равен нулю, получим

.

Средневыпрямленное значение – определяется как среднее арифметическое из модуля мгновенных значений

. (4)

При однополярных напряжениях постоянная составляющая равна средневыпрямленному значению (см. ф-лы 3 и 4). Для разнополярных напряжений эти два параметра различны. Так известно, что для гармонического напряжения

. Рассчитаем

для такого сигнала:

Следовательно, для гармонического сигнала при

двухполупериодном выпрямлении

Среднеквадратическим (действующим) значением напряжения является корень квадратный из среднего значения квадрата мгновенных значений

. (5)

Подставляя

в формулу (5) и используя подстановку

можно получить для гармонического сигнала

.

Связь между амплитудой (максимальным значением) и среднеквадратическим значением при любой форме изменения мгновенных значений определяется формулой

, (6)

где

-коэффициент амплитуды . Для синусоидального напряжения

.

Между среднеквадратическим и средневыпрямленным значениями напряжения существует связь:

(7)

-коэффициент формы . Для синусоидального напряжения можно получить

1

Подставляя в формулу (7) формулу (6) получим зависимость между амплитудным и средневыпрямленными значениями гармонического сигнала

(8)

При определении среднеквадратического напряжения для сигналов несинусоидальной формы пользуются той же формулой (5) подставляя в качестве подынтегральной функции заданную форму напряжения.

Однако, для определения среднеквадратичного значения можно заданное напряжение разложить в ряд Фурье, определив среднеквадратическое значение каждой гармоники U i и постоянную составляющуюU 0 . Тогда среднеквадратическое значение несинусоидального напряженияU ск составит

Средневыпрямленное значение находят по формуле (4), а максимальное значение по формулам (6) и (8).

Для некоторых часто встречающихся форм напряжения известны и табулированы их значенияи. Например, для напряжения пилообразной формы можно получить при подстановкеu(t)=t:

;

Пример 2. Рассмотрим определение значенийU ск,,

для импульсных напряжений:

Где

- скважность импульсов.

, подставляяU m =U ск

, получим

.

Следовательно, постоянная составляющая равна или.

.

Для импульсных однополярных сигналов

Классифицировать электронные вольтметры можно по нескольким признакам:

По назначению:

вольтметры постоянного напряжения,

вольтметры перемен­ного напряжения;

вольтметры импульсного напряжения,

фазочувствительные,

селективные,

универсальные;

По способу измерения:

приборы непосредственной оценки;

при­боры сравнения;

По характеру измеряемого значения напряжения:

амплитудные (пиковые),

действующего значения,

средневыпрямленного значения;

По частотному диапазону:

низкочастотные,

высокочастотные,

сверхвысокочастотные.

При необходимости измерения силы тока электронным вольтметром, ток преобразуется в напряжение по формуле

I х R o = U х .

Электронные приборы для измерения силы тока (подгруппа А) согласно ГОСТ 15094-86 делятся на следующие виды:

А2 Амперметры постоянного тока (приборы для измерения силы постоянного тока);

А3 Амперметры переменного тока (приборы для измерения силы переменного тока);

А9 Преобразователи тока (средства измерений для преобразования информативного параметра силы тока в другую электрическую величину и (или) кодированные сигналы).

Электронные приборы приборы для измерения напряжения (подгруппа В) согласно ГОСТ 15098-86 делятся на следующие виды:

В1 Установки или приборы для поверки вольтметров

В2 Вольтметры постоянного напряжения (приборы для измерения значений постоянного напряжения);

В3 Вольтметры переменного напряжения (приборы для измерения средних и (или) среднеквадратических значений переменного напряжения);

В4 Вольтметры импульсного напряжения (приборы для измерения максимального значения напряжения видео- и (или) радиоимпульсов);

В6 Вольтметры селективные (приборы для измерения средних и (или) среднеквадратических значений переменного напряжения в известной полосе частот, ширина и положение которой могут изменяться в диапазоне частот);

В7 Вольтметры универсальные (приборы для измерения значений постоянного и переменного напряжения, силы постоянного и переменного тока, сопротивления);

В8 Измерители отношения и (или) разности напряжений, измерители нестабильности напряжений (приборы для измерения нестабильности напряжений, отношения напряжений и (или) разности напряжений);

В9 Преобразователи напряжения (средства измерений для преобразования информативного параметра напряжения в другую электрическую величину и (или) кодированные сигналы).

Наиболее распространенными видами электрических измерений являются измерения силы тока и напряжения.

В зависимости от вида тока (напряжения), его величины, частоты, формы, требуемой точности измерения, сопротивления цепи, в которой производится измерение, используются различные типы приборов.

При измерении силы тока на участке цепи сопротивлением R последовательно с R в разрыв цепи включается амперметр (рис 7а). Тогда сила тока, текущего через измерительный прибор и участок с сопротивлением R, будет одинаковой.

Вольтметр подсоединяется параллельно участку цепи с сопротивлением R, напряжение на котором измеряется (рис 7б). При параллельном подключении напряжение на измерительном приборе и участке цепи R одинаково. Подключение в электрическую цепь измерительного прибора оказывает влияние на режим работы этой цепи, что приводит к ошибкам в измерениях.

Рис. 7. Подключение амперметра (а) и вольтметра (б)

Последовательное подключение амперметра с сопротивлением r а увеличивает общее сопротивление участка цепи до значения R + r а , что больше R . В результате ток уменьшится. Чтобы изменение тока было незначительным, необходимо, чтобы выполнялось условие: r а << R .

При параллельном подключении вольтметра с сопротивлением r v общее сопротивление становится равным

,

что меньше R . Измеренное напряжение будет заниженным. Чтобы вольтметр не вносил больших искажений в режим работы цепи, должно выполняться условие: r v >> R .

1. Шунты к амперметру

Ток, вызывающий отклонение подвижной части прибора на всю шкалу, называется током полного отклонения I 0 . Если с помощью амперметра необходимо измерить силу тока I больше, чем I 0 , к нему параллельно подключается дополнительное сопротивление R ш , называемое шунтом (рис 8)

Рис. 8. Подключение шунта к амперметру.

Измеряемый ток разветвляется и только часть его проходит через измерительный прибор. Так достигается расширение предела измерений амперметра. По первому правилу Кирхгофа величины токов связаны соотношением:

, (12)

где I – сила измеряемого тока,I p – сила тока, текущего через измерительный механизм (рамку) прибора,I ш – сила тока, текущего через шунт.

По второмуправилу Кирхгофа имеем:

, (13)

где r - сопротивление рамки амперметра, R ш – сопротивление шунта. Из (12) и (13) следует, что

. (14)

Выражение (14) позволяет определить R ш , при котором отклонение стрелки измерительного прибора на всю шкалу будет соответствовать требуемому пределу измерения силы тока I пр . Иначе говоря, при I = I пр ток через амперметр I р будет равен току полного отклонения: I р = I 0 . В таком случае выражение (14) принимает вид:

. (15)

На практике используют коэффициент шунтирования (или коэффициент растяжения предела измерений) n для данного значения I пр , который равен

(16)

Тогда выражение (15) принимает вид:

. (17)

С данным шунтом цена деления амперметра также возрастет в n раз.

1. Добавочные сопротивления к вольтметру

Предел измерения вольтметра зависит от силы тока полного отклонения подвижной части прибора I о и его внутреннего сопротивления r . Для расширения пределов измерения вольтметра последовательно с измерительным механизмом прибора подключают добавочное сопротивление (рис 9).

Напряжение на измерительном механизме U р меньше измеряемого напряжения U и связано с ним соотношением:

,

где – напряжение на добавочном сопротивлении. По такой цепи течет ток

Из последней формулы следует, что

(18)

Рис. 9. Подключение добавочного сопротивления к вольтметру.

Из (18) можно определить величину , при котором отклонение стрелки на всю шкалу (I = I 0 ) будет соответствовать требуемому пределу измерения напряжения U = U пр

. (19)

Набор добавочных сопротивлений позволяет создать многопредельный вольтметр. Применяются также и наружные по отношению к прибору добавочные сопротивления.

КАФЕДРА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

Практикум
ВВЕДЕНИЕ В ТЕХНИКУ ЭКСПЕРИМЕНТА

Лабораторная работа 2

ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ В ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Задача посвящена знакомству с техникой измерений си­лы тока и напряжения в цепи постоянного тока с помощью широко рас­пространенных в лабораторной практике приборов: многопредельных стрелочных и электронных вольтметров, амперметров, комбини­рованных приборов (тестеров).

Общие сведения

Для измерения силы тока применяют приборы, называемые ампермет­рами. В основе их работы лежит однозначная зависимость угла поворо­та стрелки индикатора (а, следовательно, и показаний прибора), соеди­ненной с подвижным узлом, от величины силы тока, протекающего через измерительный узел прибора. Для измерения амперметры включают после­довательно в разрыв цепи в том ее участке, где необходимо определить силу тока (рис.1 ).

Очевидно, что чем меньше внутреннее сопротивление ам­перметра, тем меньшее изменение величины силы тока в цепи вызовет его включение, а следовательно, тем точнее будет определено истинное значение. Поэтому подобные измерения имеют смысл лишь когда выполняется условие

r A << R

где r A – внутреннее сопротивление прибора. Для расширения преде­лов измерений параллельно амперметру подключают резисторы, сопроти­вление которых меньше внутреннего сопротивления прибора. Их назы­вают шунтами. Сопротивление шунта определяется из соотношения

где n - число, показывающее во сколько раз увеличен предел измере­ния, r ш - величина сопротивления шунта.

Шкалы амперметров обычно градуируют непосредственно в единицах силы тока: амперах, миллиамперах или микроамперах. Нередко в ла­бораторной практике применяет многопредельные амперметры. Внутри ко­рпуса таких приборов размещают несколько различных шунтов, которые подключаются параллельно индикатору с помощью переключателя пределов измерений. На лицевой панели многопредельных приборов указывают мак­симальные значения силы тока, которые могут быть измерены при том или ином положении переключателя пределов измерений. Цена деления шкалы (если у прибора имеется единственная шкала) будет разной для каждого предела измерений. Часто многопредельные приборы имеют нес­колько шкал, каждая из которых соответствует определенному пределу измерений.

Если для измерений в цепи постоянного тока применяется универ­сальный прибор, допускавший выполнение измерений а цепях и постоян­ного, и переменного тока, или комбинированный прибор, предназначен­ный для измерения различных электрических величин, то переключатель рода работы следует установить в положение, соответствующее измере­нию силы тока в режиме "постоянный ток" (обычно это положение обоз­начается символом "– "). Отсчет показаний при этом производится по той шкале, против которой указаны символы "– " и "А" (или "mА", "m А"). Если нулевое значение шкалы амперметра расположено слева (а не посередине), то во избежание выхода из строя прибора необходимо следить за полярностью его подключения в цепь. Входную клемму при­бора, обозначаемую символами "T ", "– " или "общ", подключают к той точке разрыва цепи, которая имеет меньший потенциал, относительно другой точки, подключаемой к входной клемме, обозначаемой символа­ми + или "А".

Заметим, что из-за малой величины внутреннего сопротивления амперметров измерения силы тока сле­дует производить, по возможности, лишь после того, как известно приблизительно (хотя бы по порядку величины) ожидаемое значение.

Если оно не известно, то измерение следует начинать, используя максимальный предел, так как в этом случае вероятность превышения значения силы тока в цепи максимально допустимой для данного прибо­ра (а следовательно, и выхода его из строя) будет наименьшей. Если после такого включения в цепь прибора стрелка отклонится на слишком малый угол, то необходимо перейти

на меньший предел, предварительно отклю­чив прибор из цепи. Оптимальным можно считать выбор того предела из­мерений, при котором стрелка индикатора в процессе измерения будет располагаться в правой части шкалы.

Для измерения напряжения на участке цепи (разности потенциалов между точками, ограничивавшими исследуемый участок, применяет при­боры - вольтметры, подключаемые параллельно исследуемому участку (рис.2 ). Фактически вольтметр (кроме приборов некоторых систем, например электростатической) представляет собой амперметр, шкала кото­рого проградуирована в единицах напряжения - вольтах, милливольтах, микровольтах, киловольтах. Однако в отличие от амперметров, внутреннее сопротивление вольтметра r в должно быть как можно больше соп­ротивления того участка цепи R , на котором проводятся измерения. В противном случае параллельное подключение прибора приведет к существенному изменению величины силы тока в цепи и, следовательно, к заметному изменению разности потенциалов, подвергаемой измерению.

Для расширения пределов измерений последовательно с вольтметром включают добавочные сопротивления rд , величина которых может быть определена из соотношения

rд = (n –1)r в

где п - число, определяющее во сколько раз требуется увеличить пре­дел измерений. Размещение нескольких добавочных сопротивлений и пе­реключателя, позволяющего их подключать к индикатору, внутри корпуса прибора, дает возможность конструировать многопредельные вольтметры. На их лицевых панелях рядом с переключателем пределов измерений ука­зывают максимальные значения разности потенциалов , которые могут быть измерены при том или ином положении переключателя.

При выполнении измерений в целях постоянного тока следует, так же как и при измерениях силы тока, соблюдать полярность подключения прибора к цепи. При использовании комбинированных многопредельных приборов переключатель рода работы должен быть установлен в положе­ние, соответствующее измерению напряжения в цепи постоянного тока (оно обычно обозначается символами " – ","+U", " – U" или "V"). От­счет показаний производится по тем шкалам, рядом с которыми указаны символы "V" и " – ". Цена делений определяется для каждого предела измерений или для каждой шкалы в отдельности.

Большой точности измерения напряжения можно достичь, если вос­пользоваться ламповыми, транзисторными или электронно-цифровыми во­льтметрами. Их внутреннее сопротивление, как правило, значительно превышает внутреннее сопротивление обычных стрелочных вольтметров. Однако, в силу конструктивных особенностей и способов преобразования исследуемой величины в показания прибора, при выполнении измерений, а также перед их началом, необходимо периодически проверять правиль­ность установки нулевого значения по шкале или цифровому индикатору. Для этого переключатель режимов работы необходимо установить в поло­жение "контроль нуля" (иногда оно обозначается символом ">0<") и замкнуть накоротко входные клеммы прибора. При необходимости регули­ровка нулевого положения стрелки или установка нулевого значения на индикаторе осуществляется вращением ручки переменного резистора, ря­дом с которым на лицевой панели указывают "установка нуля" или ">0<").

При выполнении одновременных измерений силы тока и напряжения в цепи возможны два варианта подключения приборов, представленные на рис.3 . Очевидно, что вариантом (а) можно пользоваться, когда внутреннее сопротивление вольтметра rв значительно превышает сопротивле­ние участка цепи R , а вторым (б) – когда вну­треннее сопротивление амперметра rА значительно меньше величин R .

Практическая часть

При выполнении задачи используются различные электроизмеритель­ные приборы, описания и инструкции по эксплуатации которых выдаются перед работой. Перед началом измерений все приборы нужно подготовить к работе согласно их инструкциям. В случае использования для измерений ламповых, транзисторных или цифровых вольтметров, то до нача­ла измерений, после прогрева приборов в течение около десяти минут, необходимо выполнить проверку правильности установки нулевых значений.

Упражнение I . Измерение напряжения в цепи постоянного тока.

При выполнении этого упражнения необходимо выполнить ряд изме­рений напряжения в цепи постоянного тока. Цепь состоит из постоянных резисторов, размешенных на учебной плате. Принципиальная схема блока представлена на рис.4 . Установленные на плате кнопки в нормальном положении замкнуты . При нажатии они размыкают соответствующий участок цепи, что дает возможность измерить в нем силу тока, подключив а разрыв амперметр.

Клеммы А и В подключаются соединительными проводами к источнику постоянного тока, напряжение которого можно установить в пределах 1 ¸ 25 В. Все измерения необходимо выполнить для одного напряжения источника, заданного преподавателем, которое нужно записать.

При подсоединении к кле­ммам А и В источник должен быть выключен, а ручки регулировки установлены в крайнее положение, соответствующее минимуму выходного напряжения. После этого источник включают, а по вольтметру, подключенному ко входу платы, устанавливают заданное напряжение.

Измерения проводятся для резисторов, номера которых задаются преподавателем (обычно 5 резисторов).

Вольтметр поочередно подключается параллельно каждому резистору, используя установленные на них клеммы. Каждое измерение выполняют один раз и определяют погрешность измерения, учитывая класс точности прибора и погрешность считывания.

В случае использования электронно-цифрового вольтметра, измере­ния следует проводить однократно в автоматическом режиме работы, погрешность результата определяется согласно описанию прибора.

Все результаты измерений следует оформить в виде таблицы, в которой указывают номера резисторов, на ко­торых производились измерения, полученные значения напряжений и значения погрешности каждого измерения.

Упражнение 2. Измерение силы тока в различных участках цепи

НЕ МЕНЯЯ напряжение на источнике питания, измерьте силу тока в тех же резисторах, что и при выполнении пер­вого упражнения. В качестве измерительного прибора применяется комбинированный прибор, включаемый в режиме измерения силы постоянного то­ка.

Для измерения силы тока в последовательном участке цепи нужно подключить амперметр параллельно кнопке, размыкающую данную цепь, и нажать на кнопку. При этом амперметр покажет ток в данном участке. Разумеется, амперметр не обязательно подключать рядом с измеряемым резистором, он может быть в любом месте последовательной цепи, в которую входит данный резистор.

Во избежание выхода из строя стрелочного прибора необходи­мо внимательно следить за соблюдением полярности его подключения и за выбором пределов измерений. Начинать измерения нужно, как правило, с самого грубого диапазона. Результаты всех измерений заносят в указанную выше таблицу.

В некоторых платах для разрыва цепи при измерении силы тока используются перемычки, которые зажимаются винтами клемм. Работа с ними аналогична работе с кнопками. Нужно только не забывать восстанавливать соединение перемычек после проведения измерения.

По результатам измерений, полученным в первом и втором упражнении, рассчитывают сопротивления заданных резисторов с оценкой ошибок измерения.

Упражнение 3. Одновременное измерение напряжения и силы тока

В этом упражнении измерения проводятся на тех же резисторах, НЕ МЕНЯЯ напряжение на источнике питания. Вольтметр и амперметр к измеряемому резистору нужно подключать одновременно согласно варианту, показанному на рис.3а . По измеренным значениям U и I рассчитываются сопротивления данных резисторов с оценкой ошибок. Результаты нужно занести в таблицу.

Поскольку используемый в задаче амперметр имеет сопротивление, сравнимое с сопротивлением некоторых резисторов, его подключение может заметно изменить распределение токов и напряжений на элементах платы, и результаты измерений и расчета сопротивлений будут отличаться от полученных выше в упражнениях 1-2.

Упражнение 4. Измерение вольт-амперной характеристики
нелинейного элемента

Вольт-амперной характеристикой (ВАХ ) элемента называется зависимость тока через него от приложенного напряжения. ВАХ является основной характеристикой нелинейного элемента, необходимой для описания его работы в электрических цепях. Измерения ВАХ можно проводить как на постоянном токе, так и на переменном токе, т. е. в динамическом режиме.

В данном упражнении измеряется на постоянном токе ВАХ полупроводникового p/n перехода. Измерения проводятся на полупроводниковом элементе – стабилитроне, который представляет собой прибор с одним p/n переходом. В отличие от обычного выпрямительного диода, стабилитрон может, не разрушаясь, работать в режиме электрического пробоя, если только ток через него не превышает допустимых значений. Поэтому на стабилитроне можно наблюдать все характерные участки ВАХ p/n перехода, включая и область пробоя, возникающего в на

шем случае при запирающих напряжениях порядка 4-15 В. Краткие сведения о стабилитроне можно получить из .

Поскольку ВАХ должна быть измерена при обеих полярностях приложенного к p/n переходу напряжения, измерения можно провести с использованием схемы со встречным включении двух регулируемых источников питания. Меняя напряжения U 1 и U 2, можно без переключения полярности проводов получить любое напряжение от –U max до +U max, где U max - максимальное напряжение источника. В используемом блоке питания оба источника тока гальванически независимы, поэтому такие соединения допустимы.

Важным преимуществом такой схемы является возможность получения близких к нулю напряжений даже тогда, когда каждый из источников не может дать таких малых напряжений. Это имеет место в нашем блоке питания, у которого Umin @ (0.5 … 0.8) В. Напряжения, меньшие Umin (вплоть до нуля), можно получить, если установить на одном из источников небольшое произвольное напряжение (порядка 1,5 - 2 В) и скомпенсировать его вторым источником до любого нужного малого напряжения.

Дополнительный резистор R , включенный последовательно со стабилитроном, необходим для ограничения максимального тока и подобран таким, чтобы было можно подавать на схему любое напряжение от –25 до +25 В. При непосредственном подключении стабилитрона к источнику тока он может сгореть. Наличие такого ограничительного сопротивления, как правило, обязательно при включении в цепь любых нелинейных элементов, способных к резким скачкам тока.

Процедура измерений состоит в регистрации тока I (U ) в зависимости от приложенного к элементу напряжения U . Напряжение с блока питания нужно менять в пределах (–25 … +25) В. Число измеряемых точек выбирается из условия четкого представления хода ВАХ во всех ее участках (не менее 5-6 для каждой полярности).

При построении графика нужно выбрать наиболее удобный масштаб, разрывы на осях и т. д. Положительное направление шкал U и I должно соответствовать прямому току p/n перехода, направление которого указано стрелкой EN-US">Ibid

. Приложение, табл.I -IV (с.164-167).

3. Ibid . § 20 (с.99-100)

§ 73. Измерение силы тока. Расширение пределов измерения амперметра

Для измерения силы тока в электрических цепях служат амперметры, миллиамперметры и микроамперметры различных систем. Их включают в цепь последовательно, и через прибор проходит весь ток, протекающий в цепи.
При различных электрических измерениях весьма важно, чтобы измерительный прибор как можно меньше изменял электрический режим цепи, в которую его включают. По этой причине амперметр должен обладать незначительным сопротивлением по сравнению с сопротивлением цепи. Пусть в электрическую цепь включен источник электрической энергии, напряжение которого U = 10 в . Сопротивление потребителя r п = 20 ом . В этой цепи, согласно закону Ома, ток

Допустим, что обмотка миллиамперметра, которым следует измерить ток, имеет сопротивление r a = 30 ом . Тогда при включении прибора в цепь в ней установится ток

Таким образом, если включить в цепь прибор с большим сопротивлением, то нарушится ее электрический режим и сила тока будет измерена с ошибкой на 0,3 а .
Этот пример подтверждает, что желательно измерять силу тока в цепи таким прибором, у которого собственное сопротивление наименьшее. Присоединять амперметр к полюсам источника тока без нагрузки нельзя. Это объясняется тем, что по обмотке амперметра, имеющей малое сопротивление, в данном случае пройдет большой ток и она может перегореть. По той же причине нельзя включать амперметр параллельно нагрузке. По обмотке и отдельным элементам электроизмерительных приборов некоторых систем во избежание возможности их порчи нельзя пропустить сколько-нибудь значительный ток. В частности, это относится к спиральным пружинам и подвижной катушке магнитоэлектрического прибора.
Если такой измерительный прибор нужно приспособить для измерения значительной силы тока - расширить пределы измерения амперметра, то он снабжается шунтом.
Шунт - это относительно малое, но точно известное сопротивление (r ш), присоединяемое параллельно измерительному механизму. Схема включения амперметра с шунтом показана на рис. 87. При таком включении шунта из n частей тока, протекающего в цепи, через прибор проходит лишь одна его часть, а через шунт - остальные n - 1 частей. Это происходит потому, что сопротивление шунта меньше сопротивления амперметра в n - 1 раз. Число n показывает, во сколько раз нужно увеличить предел измерения амперметра. Таким образом, шунт служит для расширения пределов измерения прибора.
Пусть амперметр позволяет измерять силу тока I a = 5 а , а в данном случае необходимо этим прибором измерить силу тока I = 30 а . Значит, нужно увеличить предел измерения прибора в Сопротивление шунта, который надо присоединить параллельно амперметру, чтобы обеспечить такое расширение предела измерения, можно определить по формуле

Если сопротивление амперметра r a = 0,15 ом , то сопротивление шунта