Artinya, medan listrik harus “menarik” elektron melalui beban, dan energi yang dikonsumsi dalam hal ini dicirikan oleh besaran yang disebut tegangan listrik. Energi yang sama dihabiskan untuk beberapa perubahan keadaan zat beban. Energi, seperti kita ketahui, tidak hilang begitu saja dan tidak muncul begitu saja. Inilah yang dikatakannya Hukum kekekalan energi. Artinya, jika arus mengeluarkan energi yang melewati beban, maka beban memperoleh energi ini dan, misalnya, memanas.
Artinya, kita sampai pada definisi: tegangan arus listrik adalah besaran yang menunjukkan besarnya usaha yang dilakukan medan ketika memindahkan muatan dari satu titik ke titik lainnya. Tegangan di berbagai bagian rangkaian akan berbeda. Tegangan pada suatu bagian kawat kosong akan sangat kecil, dan tegangan pada suatu bagian dengan beban apapun akan jauh lebih besar, dan besarnya tegangan akan bergantung pada besarnya usaha yang dilakukan oleh arus. Tegangan diukur dalam volt (1 V). Untuk menentukan tegangan ada rumus :
dimana U adalah tegangan, A adalah usaha yang dilakukan arus untuk memindahkan muatan q ke bagian tertentu dari rangkaian.
Tegangan pada kutub sumber arus
Sedangkan untuk tegangan pada bagian rangkaian semuanya jelas. Lalu apa arti tegangan di kutub? sumber saat ini? Dalam hal ini, tegangan ini berarti jumlah energi potensial yang dapat diberikan sumber ke arus. Ini seperti tekanan air di dalam pipa. Ini adalah jumlah energi yang akan dikonsumsi jika suatu beban tertentu dihubungkan ke sumbernya. Oleh karena itu, semakin tinggi tegangan pada sumber arus, semakin besar pula kerja yang dapat dilakukan arus tersebut.
2) Dielektrik dalam medan listrik
Berbeda dengan konduktor, dielektrik tidak mempunyai muatan bebas. Semua biaya adalah
terhubung: elektron milik atomnya, dan ion dielektrik padat bergetar
dekat simpul kisi kristal.
Oleh karena itu, ketika dielektrik ditempatkan dalam medan listrik, tidak terjadi pergerakan muatan terarah
Oleh karena itu, bukti sifat kami tidak berlaku untuk dielektrik
konduktor - lagi pula, semua argumen ini didasarkan pada kemungkinan munculnya arus. Memang tidak satu pun dari empat sifat konduktor yang dirumuskan pada artikel sebelumnya
tidak berlaku untuk dielektrik.
2. Kerapatan muatan volumetrik dalam dielektrik dapat berbeda dari nol.
3. Garis tegangan mungkin tidak tegak lurus terhadap permukaan dielektrik.
4. Titik dielektrik yang berbeda mungkin memiliki potensi yang berbeda. Oleh karena itu, bicarakan
“potensi dielektrik” tidak diperlukan.
Polarisasi dielektrik- fenomena yang berhubungan dengan perpindahan terbatas muatan terikat dalam dielektrik atau rotasi dipol listrik, biasanya di bawah pengaruh medan listrik eksternal, kadang-kadang di bawah pengaruh gaya eksternal lain atau secara spontan.
Polarisasi dielektrik ditandai dengan vektor polarisasi listrik. Arti fisis dari vektor polarisasi listrik adalah momen dipol per satuan volume dielektrik. Kadang-kadang vektor polarisasi secara singkat disebut polarisasi.
Vektor polarisasi dapat diterapkan untuk menggambarkan keadaan makroskopis polarisasi tidak hanya dielektrik biasa, tetapi juga feroelektrik, dan, pada prinsipnya, media apa pun dengan sifat serupa. Hal ini berlaku tidak hanya untuk menggambarkan polarisasi terinduksi, tetapi juga polarisasi spontan (dalam feroelektrik).
Polarisasi adalah keadaan dielektrik, yang ditandai dengan adanya momen dipol listrik pada setiap (atau hampir semua) elemen volumenya.
Perbedaan dibuat antara polarisasi yang diinduksi dalam dielektrik di bawah pengaruh medan listrik eksternal dan polarisasi spontan (spontan), yang terjadi pada feroelektrik tanpa adanya medan eksternal. Dalam beberapa kasus, polarisasi dielektrik (feroelektrik) terjadi di bawah pengaruh tekanan mekanis, gaya gesekan, atau karena perubahan suhu.
Polarisasi tidak mengubah muatan bersih dalam volume makroskopis mana pun dalam dielektrik homogen. Namun hal tersebut disertai dengan munculnya muatan listrik terikat pada permukaannya dengan kerapatan permukaan tertentu σ. Muatan terikat ini menciptakan medan makroskopis tambahan dengan intensitas dielektrik, diarahkan melawan medan eksternal dengan intensitas. Akibatnya, kuat medan di dalam dielektrik akan dinyatakan dengan persamaan:
Tergantung pada mekanisme polarisasi, polarisasi dielektrik dapat dibagi menjadi beberapa jenis berikut:
Elektronik - perpindahan kulit elektron atom di bawah pengaruh medan listrik eksternal. Polarisasi tercepat (hingga 10−15 detik). Tidak terkait dengan kerugian.
Ionik - perpindahan titik-titik struktur kristal di bawah pengaruh medan listrik eksternal, dan perpindahannya lebih kecil dari konstanta kisi. Waktu aliran 10−13 detik, tanpa kehilangan.
Dipol (Orientasi) - terjadi dengan kerugian dalam mengatasi gaya kopling dan gesekan internal. Terkait dengan orientasi dipol dalam medan listrik eksternal.
Relaksasi elektron - orientasi cacat elektron dalam medan listrik eksternal.
Relaksasi ion - perpindahan ion-ion yang terfiksasi lemah di titik-titik struktur kristal, atau terletak di celah.
Struktural - orientasi pengotor dan inklusi makroskopis yang tidak homogen dalam dielektrik. Tipe paling lambat.
Spontan (spontan) - karena jenis polarisasi ini, dalam dielektrik yang diamati, polarisasi menunjukkan sifat nonlinier yang signifikan bahkan pada nilai medan eksternal yang rendah, dan fenomena histeresis diamati. Dielektrik semacam itu (feroelektrik) dicirikan oleh konstanta dielektrik yang sangat tinggi (dari 900 hingga 7500 untuk beberapa jenis keramik kapasitor). Pengenalan polarisasi spontan, sebagai suatu peraturan, meningkatkan kerugian tangen material (hingga 10 −2)
Resonansi - orientasi partikel yang frekuensi alaminya bertepatan dengan frekuensi medan listrik eksternal.
Migrasi polarisasi disebabkan oleh adanya lapisan-lapisan dengan konduktifitas yang berbeda pada material, terbentuknya muatan ruang terutama pada gradien tegangan tinggi, mempunyai rugi-rugi yang besar dan merupakan polarisasi yang bekerja lambat.
Polarisasi dielektrik (kecuali polarisasi resonansi) maksimum pada medan listrik statis. Dalam medan bolak-balik, karena adanya inersia elektron, ion, dan dipol listrik, vektor polarisasi listrik bergantung pada frekuensi.
Era kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi menuntut adanya pengukuran segala sesuatunya. Jaringan listrik tidak terkecuali. Untuk melakukan pengukuran ini, penting untuk mengetahui satuan tegangan yang diukur. Dalam sistem SI yang paling umum, satuan pengukuran tegangan disebut 1 Volt atau disingkat 1V. Mungkin juga ditunjuk 1V. Sebutan ini dipilih untuk menghormati fisikawan Italia Alessandro Volta.
Apa itu tegangan listrik
Ia tidak bisa ada dengan sendirinya, seperti halnya berat. Ada dua kasus yang memerlukan pengukurannya:
- Antara titik-titik berbeda pada rangkaian listrik atau ujung-ujung konduktor. 1 Volt adalah potensial dimana arus sebesar 1 Ampere menghasilkan daya sebesar 1 Watt;
- Kuat medan elektrostatis diukur antara dua titik medan. Satuan tegangan, 1 Volt, adalah potensial dimana muatan sebesar 1 Coulomb melakukan kerja 1 Joule.
Efek Josephson
Sejak tahun 1990, ada definisi lain tentang tegangan listrik. Nilainya terkait dengan standar frekuensi dan jam cesium. Dalam hal ini, efek Josephson non-stasioner digunakan, ketika matriks khusus disinari dengan radiasi pada frekuensi 10-80 GHz, sebuah potensi muncul di atasnya, yang nilainya tidak bergantung pada kondisi eksperimen.
Tegangan RMS
Besarnya potensial listrik antar bagian jaringan ditentukan oleh besarnya kalor atau kerja yang dilakukan dalam waktu tertentu. Tapi ini hanya berlaku untuk arus searah. Tegangan bolak-balik memiliki bentuk sinusoidal. Pada amplitudo maksimum, amplitudo maksimum, dan selama transisi dari setengah gelombang positif ke negatif, amplitudonya nol.
Oleh karena itu, untuk perhitungannya digunakan nilai rata-rata yang disebut “nilai efektif”, yang dalam perhitungannya disamakan dengan konstanta yang nilainya sama.
Berbeda dari maksimum sebesar 1,4 kali atau √2. Untuk jaringan 220V, nilai maksimumnya adalah 311V. Ini penting ketika memilih kapasitor, dioda, dan elemen rangkaian elektronik lainnya.
Penentuan tegangan
Bagaimana tegangan diukur? Ini dilakukan dengan menggunakan perangkat khusus - voltmeter. Ini dapat memiliki desain yang berbeda, baik digital atau penunjuk, tetapi resistansinya harus setinggi mungkin dan arusnya harus minimal. Hal ini diperlukan untuk meminimalkan pengaruh perangkat pada jaringan dan kerugian pada kabel yang mengalir dari sumber listrik ke voltmeter.
jaringan DC
Pengukuran ini dilakukan dengan instrumen magnetoelektrik. Belakangan ini perangkat dengan tampilan digital sudah banyak digunakan.
Cara termudah adalah dengan langsung menghubungkan perangkat ke lokasi pengukuran. Hal ini dimungkinkan dengan beberapa syarat:
- Batas pengukuran lebih besar dari maksimum yang diharapkan. Jika tidak diketahui sebelum dimulainya pengukuran, maka batas terbesar harus dipilih dan dikurangi secara berurutan;
- Pertahankan polaritas koneksi. Jika sambungan salah, panah akan membelok ke arah sebaliknya, dan tampilan digital akan menunjukkan nilai negatif.
Jika batas pengukuran tidak mencukupi, maka dapat diperluas dengan menggunakan resistansi tambahan. Itu bisa eksternal atau internal. Anda dapat menggunakan beberapa resistensi dan menggantinya untuk mengubah batas perangkat. Beginilah cara kerja multimeter.
listrik AC
Tegangan diukur dalam jaringan arus listrik bolak-balik dengan semua jenis instrumen, kecuali magnetoelektrik. Perangkat ini hanya dapat digunakan dengan menghubungkannya ke output penyearah.
Ada beberapa cara untuk meningkatkan batas pengukuran. Untuk melakukan ini, salah satu perangkat tambahan terhubung ke perangkat:
- resistensi tambahan;
- pada frekuensi jaringan yang konstan, kapasitor digunakan sebagai pengganti resistansi;
- Pilihan paling umum adalah menggunakan transformator tegangan.
Persyaratan untuk alat ukur dan aksesori tambahan sama dengan persyaratan untuk alat arus searah.
Informasi Umum. Kebutuhan untuk mengukur tegangan dalam praktiknya sangat sering muncul. Di sirkuit dan perangkat listrik dan radio, tegangan arus searah dan bolak-balik (sinusoidal dan berdenyut) paling sering diukur.
Tegangan DC (Gbr. 3.5, A) dinyatakan sebagai . Sumber tegangan tersebut adalah generator DC dan sumber tenaga kimia.
Beras. 3.5. Diagram pengaturan waktu tegangan: arus searah (a), sinusoidal bolak-balik (b) dan pulsa bolak-balik (c).
Tegangan arus sinusoidal AC (Gbr. 3.5, B) dinyatakan sebagai 
dan dicirikan oleh nilai akar-rata-rata-kuadrat dan amplitudo:
Sumber tegangan tersebut adalah generator frekuensi rendah dan tinggi serta jaringan listrik.
Tegangan arus pulsa AC (Gbr. 3.5 V) dicirikan oleh nilai amplitudo dan tegangan rata-rata (komponen konstan). Sumber tegangan tersebut adalah generator pulsa dengan sinyal berbagai bentuk.
Satuan dasar pengukuran tegangan adalah volt (V).
Dalam praktek pengukuran kelistrikan, satuan submultiple dan multiple banyak digunakan:
Kilovolt (1 kV - V);
Milivolt (1mV - V);
Mikrovolt (1 μV - V).
Sebutan internasional untuk satuan tegangan diberikan dalam Lampiran 1.
Dalam klasifikasi katalog, voltmeter elektronik ditetapkan sebagai berikut: B1 - teladan, B2 - arus searah, VZ - arus sinusoidal bolak-balik, B4 - arus pulsa bolak-balik, B5 - peka fase, B6 - selektif, B7 - universal.
Pada skala indikator analog dan pada panel depan (pada sakelar batas) voltmeter elektronik dan elektromekanis dalam dan luar negeri, sebutan berikut digunakan: V - voltmeter, kV - kilovoltmeter, mV - milivolt meter, V - mikrovoltmeter.
Pengukuran tegangan DC. Untuk mengukur tegangan DC, digunakan voltmeter dan multimeter elektromekanis, voltmeter analog dan digital elektronik, serta osiloskop elektronik.
Voltmeter elektromekanis Evaluasi langsung terhadap nilai terukur merupakan kelas besar perangkat tipe analog dan memiliki keuntungan sebagai berikut:
Kemampuan untuk bekerja tanpa terhubung ke sumber listrik;
Dimensi keseluruhan kecil;
Harga lebih murah (dibandingkan dengan elektronik);
Kesederhanaan desain dan kemudahan pengoperasian.
Paling sering, ketika melakukan pengukuran listrik di sirkuit arus tinggi, voltmeter berdasarkan sistem elektromagnetik dan elektrodinamik digunakan, dan di sirkuit arus rendah, sistem magnetoelektrik digunakan. Karena semua sistem di atas sendirinya adalah pengukur arus (amperemeter), untuk membuat voltmeter berdasarkan sistem tersebut, perlu untuk meningkatkan resistansi internal perangkat, yaitu. sambungkan resistor tambahan secara seri dengan mekanisme pengukuran (Gbr. 3.6, A).
Voltmeter dihubungkan ke rangkaian yang diuji secara paralel (Gbr. 3.6, B), dan impedansi masukannya harus cukup besar.
Untuk memperluas jangkauan pengukuran voltmeter, resistor tambahan juga digunakan, yang dihubungkan ke perangkat secara seri (Gbr. 3.6, V).
Nilai resistansi resistor tambahan ditentukan dengan rumus:
 |
Beras. 3.6. Skema pembuatan voltmeter berdasarkan amperemeter ( A), menghubungkan voltmeter ke beban ( 6 ), menghubungkan resistor tambahan ke voltmeter ( V)
(3.8)
Dimana bilangan yang menunjukkan berapa kali batas ukur voltmeter mengembang :
dimana batas pengukuran awal;
— batas pengukuran baru.
Resistor tambahan yang ditempatkan di dalam badan perangkat disebut internal, sedangkan resistor yang dihubungkan ke perangkat dari luar disebut eksternal. Voltmeter bisa multi-rentang. Terdapat hubungan langsung antara batas pengukuran dan resistansi internal voltmeter multi-batas: semakin besar batas pengukuran, semakin besar resistansi voltmeter.
Voltmeter elektromekanis memiliki kelemahan sebagai berikut:
Rentang pengukuran tegangan terbatas (bahkan dalam voltmeter multi-rentang);
Resistansi masukan rendah, oleh karena itu, konsumsi daya internal yang besar dari rangkaian yang diteliti.
Kekurangan voltmeter elektromekanis ini menentukan penggunaan voltmeter elektronik yang lebih disukai untuk mengukur tegangan dalam elektronik.
Voltmeter DC analog elektronik dibangun sesuai dengan skema yang ditunjukkan pada Gambar. 3.7. Perangkat input terdiri dari pengikut emitor (untuk meningkatkan resistansi input) dan attenuator - pembagi tegangan.
Keuntungan voltmeter analog elektronik dibandingkan voltmeter analog sudah jelas:
Beras. 3.7. Diagram blok voltmeter DC analog elektronik
Rentang pengukuran tegangan lebar;
Resistansi masukan yang besar, oleh karena itu, konsumsi daya intrinsik yang rendah dari rangkaian yang diteliti;
Sensitivitas tinggi karena adanya amplifier pada input perangkat;
Ketidakmungkinan kelebihan beban.
Namun, voltmeter analog elektronik memiliki sejumlah kelemahan:
Ketersediaan sumber listrik sebagian besar stabil;
Kesalahan relatif yang dikurangi lebih besar daripada voltmeter elektromekanis (2,5-6%);
Bobot dan dimensi besar, harga lebih tinggi.
Saat ini, voltmeter DC elektronik analog tidak banyak digunakan, karena parameternya jauh lebih rendah daripada voltmeter digital.
Pengukuran tegangan AC.
Untuk mengukur tegangan AC digunakan voltmeter dan multimeter elektromekanis, voltmeter analog dan digital elektronik, serta osiloskop elektronik.
Mari kita pertimbangkan voltmeter elektromekanis yang murah dan cukup akurat. Dianjurkan untuk melakukan ini dalam rentang frekuensi.
Pada frekuensi industri 50, 100, 400 dan 1000 Hz, voltmeter sistem elektromagnetik, elektrodinamik, ferrodinamik, penyearah, elektrostatis, dan termoelektrik banyak digunakan.
Pada frekuensi rendah (hingga 15-20 kHz), voltmeter penyearah, sistem elektrostatik dan termoelektrik digunakan.
Pada frekuensi tinggi (hingga beberapa - puluhan megahertz) perangkat sistem elektrostatis dan termoelektrik digunakan.
Untuk pengukuran listrik, instrumen universal - multimeter - banyak digunakan.
Multimeter(penguji, ampere-volt-ohmmeter, perangkat gabungan) memungkinkan Anda mengukur banyak parameter: kekuatan arus searah dan bolak-balik, tegangan arus searah dan bolak-balik, resistansi resistor, kapasitas kapasitor (tidak semua perangkat), beberapa parameter statis transistor daya rendah (, , Dan ).
Multimeter tersedia dengan pembacaan analog dan digital.
Meluasnya penggunaan multimeter disebabkan oleh keuntungan berikut:
Multifungsi, mis. Kemungkinan penggunaan sebagai amperemeter, voltmeter, ohmmeter, faradometer, meter parameter transistor daya rendah:
Berbagai macam parameter yang diukur karena adanya beberapa batas pengukuran untuk setiap parameter;
Kemungkinan digunakan sebagai perangkat portabel, karena tidak ada sumber listrik;
Berat dan dimensi kecil;
Keserbagunaan (kemampuan untuk mengukur arus dan tegangan bolak-balik dan searah),
Multimeter juga memiliki sejumlah kelemahan:
Rentang frekuensi penerapan yang sempit;
Konsumsi daya sendiri yang besar dari sirkuit pertama yang diteliti;
Pengurangan kesalahan yang besar untuk multimeter analog (1,5, 2,5 dan 4) dan digital;
Inkonsistensi resistansi internal pada batas yang berbeda 4 pengukuran arus dan tegangan.
Menurut klasifikasi katalog domestik, multimeter diberi nama Ts43 dan kemudian nomor model, misalnya Ts4352.
Untuk menentukan resistansi internal multimeter analog pada batas pengukuran yang disertakan, resistansi spesifik dapat diberikan di paspor perangkat 1. Misalnya, di paspor penguji Ts4341, resistivitas = 16,7 kOhm/V, batas pengukuran tegangan DC adalah 1,5 - 3 - 6 - 15 V.
Dalam hal ini resistansi multimeter pada batas 6 V DC ditentukan dengan rumus:
Paspor perangkat mungkin berisi informasi yang diperlukan untuk menghitung hambatan menurut hukum Ohm.
Jika tester digunakan sebagai voltmeter, maka resistansi masukannya ditentukan dengan rumus:
dimana batas pengukuran yang dipilih;
Nilai saat ini dalam batas yang dipilih (ditunjukkan di panel belakang perangkat atau di paspornya).
Jika tester digunakan sebagai amperemeter, maka resistansi masukannya ditentukan dengan rumus:
Dimana batas pengukuran yang dipilih;
— volumetage nilai ditampilkan di panel belakang perangkat atau di lembar datanya.
Misalnya, paspor penguji Ts4341 menunjukkan penurunan tegangan pada perangkat sebesar 0,3 V dalam kisaran 0,06 - 0,6 - 6 - 60 - 600 mA DC, dan penurunan tegangan 1,3 V dalam kisaran: 0,3 - 3 - 30 - 300 mA AC. Impedansi masukan multimeter pada batas 3 mA AC adalah
Voltmeter AC analog elektronik dibangun menurut salah satu diagram blok (Gbr. 3.8), yang berbeda dalam urutan susunan blok utama - penguat dan pengubah (detektor) tegangan arus bolak-balik menjadi tegangan arus searah. Sifat-sifat voltmeter ini sangat bergantung pada rangkaian yang dipilih.
Beras. 3.8. Blok diagram voltmeter analog elektronik arus bolak-balik tipe U-D ( A) dan ketik D-U (B)
Voltmeter kelompok pertama - tipe penguat-detektor (A-D) - memiliki sensitivitas tinggi, yang dikaitkan dengan adanya penguat tambahan. Oleh karena itu, semua mikro dan milivoltmeter dibuat sesuai dengan rangkaian V-D. Namun, rentang frekuensi voltmeter tersebut tidak lebar (hingga beberapa megahertz), karena pembuatan penguat AC broadband penuh dengan kesulitan tertentu. Voltmeter tipe U-D diklasifikasikan sebagai non-universal (subkelompok VZ), yaitu. hanya dapat mengukur tegangan AC.
Voltmeter kelompok kedua - tipe detektor-penguat (D-A) - memiliki rentang frekuensi yang luas (hingga beberapa gigahertz) dan sensitivitas rendah. Voltmeter jenis ini bersifat universal (subkelompok B7), yaitu. mengukur tegangan tidak hanya arus bolak-balik, tetapi juga arus searah; dapat mengukur tegangan pada tingkat yang signifikan, karena tidak sulit untuk memberikan penguatan tinggi menggunakan CNT.
Pada kedua jenis voltmeter tersebut, fungsi penting dilakukan oleh pengubah tegangan AC menjadi tegangan DC - detektor, yang berdasarkan fungsinya mengubah tegangan masukan menjadi tegangan keluaran, dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis: amplitudo, nilai rms dan nilai rms yang diperbaiki. .
Properti perangkat sangat bergantung pada jenis detektor. Volt meter dengan detektor nilai amplitudo adalah yang frekuensi tertinggi; voltmeter dengan detektor nilai RMS memungkinkan Anda mengukur tegangan AC dalam bentuk apa pun; voltmeter dengan detektor nilai rata-rata yang diperbaiki cocok untuk mengukur tegangan hanya sinyal harmonik dan merupakan yang paling sederhana, paling andal, dan murah.
Detektor nilai amplitudo adalah perangkat yang tegangan keluarannya sesuai dengan nilai amplitudo sinyal yang diukur, yang dijamin dengan menyimpan tegangan pada kapasitor.
Agar rangkaian beban nyata dari setiap detektor dapat secara efektif menyaring sinyal yang berguna dan menekan harmonik frekuensi tinggi yang tidak diinginkan, kondisi berikut harus dipenuhi:
Atau , (3.12)
di mana kapasitansi filter keluaran;
— ketahanan beban detektor.
Kondisi kedua untuk pengoperasian detektor yang baik:
Gambar 3.9 menunjukkan diagram blok dan diagram waktu tegangan keluaran detektor nilai amplitudo dengan dioda dihubungkan secara paralel dan masukan ditutup. Detektor dengan masukan tertutup memiliki kapasitor yang dihubungkan secara seri, yang tidak memungkinkan komponen DC melewatinya. Mari kita pertimbangkan pengoperasian detektor seperti itu ketika tegangan sinusoidal diterapkan ke inputnya .
Beras. 3.9. Diagram blok detektor nilai amplitudo dengan koneksi paralel dioda dan input tertutup (A) dan diagram waktu tegangan (B) Ketika setengah gelombang positif dari gelombang sinus tiba, kapasitor DENGAN diisi melalui dioda VD, yang memiliki resistansi rendah saat terbuka.
Konstanta waktu pengisian kapasitor kecil, dan kapasitor dengan cepat mengisi daya hingga nilai maksimumnya . Ketika polaritas sinyal input berubah, dioda ditutup dan kapasitor dilepaskan secara perlahan melalui resistansi beban, yang dipilih besar - 50-100 MOhm.
Dengan demikian, konstanta pelepasan secara signifikan lebih besar daripada periode sinyal sinusoidal. Akibatnya, kapasitor tetap terisi hingga tegangan mendekati 
.
Perubahan tegangan pada resistor beban ditentukan oleh perbedaan amplitudo tegangan input dan tegangan pada kapasitor 
.Akibatnya, tegangan keluaran akan berdenyut dengan amplitudo dua kali lipat dari tegangan yang diukur (lihat Gambar 3.9, B).
Hal ini dibuktikan dengan perhitungan matematis berikut:
pada , , di, di.
Untuk mengisolasi komponen konstan sinyal, keluaran detektor dihubungkan ke filter kapasitif, yang menekan semua harmonisa arus lainnya.
Berdasarkan hal tersebut di atas, kesimpulannya sebagai berikut: semakin pendek periode sinyal yang diteliti (semakin tinggi frekuensinya), semakin akurat persamaannya terpenuhi. , yang menjelaskan sifat frekuensi tinggi detektor. Saat menggunakan voltmeter dengan detektor nilai amplitudo, harus diingat bahwa perangkat ini paling sering dikalibrasi berdasarkan nilai akar-rata-rata-kuadrat dari sinyal sinusoidal, yaitu, pembacaan indikator perangkat sama dengan hasil bagi. dari nilai amplitudo dibagi dengan faktor amplitudo sinusoida:
dimana adalah faktor amplitudo.
Detektor RMS(Gbr. 3.10) mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC, sebanding dengan kuadrat nilai akar rata-rata kuadrat dari tegangan yang diukur. Oleh karena itu, mengukur tegangan rms melibatkan melakukan tiga operasi: mengkuadratkan nilai sesaat sinyal, merata-ratakan nilainya, dan mengambil akar dari hasil rata-rata (operasi terakhir dipastikan dengan mengkalibrasi skala voltmeter). Pengkuadratan nilai sinyal sesaat biasanya dilakukan oleh sel dioda dengan menggunakan bagian kuadrat dari karakteristiknya.
Beras. 3.10. Detektor RMS: A - sel dioda; B— CVC dioda
Dalam sel dioda VD, R1(lihat Gambar 3.10, A) tegangan konstan diterapkan ke dioda VD sedemikian rupa sehingga tetap tertutup selama tegangan terukur () melintasi resistor R2 tidak akan melebihi nilainya .
Bagian awal karakteristik arus-tegangan dioda pendek (lihat Gambar 3.10, B), Oleh karena itu, bagian kuadrat diperpanjang secara artifisial dengan metode pendekatan linier sepotong-sepotong dengan menggunakan beberapa sel dioda.
Saat merancang voltmeter RMS, timbul kesulitan dalam menyediakan rentang frekuensi yang luas. Meskipun demikian, voltmeter semacam itu adalah yang paling populer, karena dapat mengukur tegangan dalam bentuk kompleks apa pun.
Detektor rata-rata yang diperbaiki mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC sebanding dengan nilai rata-rata tegangan yang diperbaiki. Arus keluaran alat pengukur dengan detektor semacam itu serupa dengan arus keluaran sistem penyearah.
Tegangan AC yang beroperasi pada perangkat elektronik dapat berubah seiring waktu sesuai dengan berbagai hukum. Misalnya, tegangan pada keluaran osilator utama pemancar radio yang terhubung bervariasi menurut hukum sinusoidal, pada keluaran generator penyapu osiloskop, pulsa berbentuk gigi gergaji, dan pulsa sinkronisasi sinyal televisi lengkap berbentuk persegi panjang .
Dalam praktiknya, perlu dilakukan pengukuran pada berbagai bagian rangkaian, yang tegangannya mungkin berbeda nilai dan bentuknya. Pengukuran tegangan non sinusoidal mempunyai karakteristik tersendiri yang harus diperhatikan agar tidak terjadi kesalahan.
Sangat penting untuk memilih jenis perangkat yang tepat dan metode mengubah pembacaan voltmeter menjadi nilai parameter yang diperlukan dari tegangan terukur. Untuk melakukan ini, Anda perlu memahami dengan jelas bagaimana tegangan AC dinilai dan dibandingkan dan bagaimana bentuk tegangan mempengaruhi nilai koefisien yang menghubungkan parameter tegangan individu.
Kriteria untuk menilai tegangan arus bolak-balik dalam bentuk apa pun adalah hubungan dengan tegangan arus searah yang sesuai untuk efek termal yang sama (nilai rms kamu), ditentukan oleh ekspresi
(3.14)
dimana periode pengulangan sinyal;
- fungsi yang menjelaskan hukum perubahan nilai tegangan sesaat. Tidak selalu mungkin bagi operator untuk memiliki voltmeter yang dapat digunakan untuk mengukur parameter tegangan yang diinginkan. Dalam hal ini parameter tegangan yang diperlukan diukur secara tidak langsung menggunakan voltmeter yang ada, menggunakan koefisien puncak dan bentuk. Mari kita perhatikan contoh penghitungan parameter tegangan sinusoidal yang diperlukan.
Hal ini diperlukan untuk menentukan amplitudo () dan nilai rata-rata () dari tegangan sinusoidal dengan voltmeter, dikalibrasi dalam nilai akar-rata-rata-kuadrat dari tegangan sinusoidal, jika perangkat menunjukkan .
Kami melakukan perhitungan sebagai berikut. Karena voltmeter dikalibrasi dalam nilai rms , kemudian pada Lampiran 3 untuk perangkat ini, pembacaan 10 V sesuai dengan pembacaan langsung pada skala nilai rms, yaitu.
Tegangan bolak-balik dicirikan oleh nilai rata-rata, amplitudo) (maksimum) dan nilai akar rata-rata kuadrat.
Nilai rata-rata(komponen konstan) untuk periode tegangan bolak-balik:
(3.15)
Nilai maksimum adalah nilai tegangan bolak-balik sesaat terbesar selama periode sinyal:
Nilai rata-rata yang diperbaiki - ini adalah tegangan rata-rata pada keluaran penyearah gelombang penuh yang mempunyai tegangan bolak-balik pada masukan :
(3.17)
Rasio akar rata-rata kuadrat, nilai rata-rata dan maksimum tegangan arus bolak-balik bergantung pada bentuknya dan umumnya ditentukan oleh dua koefisien:
(faktor amplitudo), (3.18)
(faktor bentuk). (3.19)
Nilai koefisien tegangan berbagai bentuk dan rasionya diberikan dalam Tabel. 3.1
Tabel 3.1
Nilai dan tegangan berbagai bentuk
 |
Catatan, - siklus: .
Di sejumlah perangkat, tegangan dinilai bukan dalam satuan absolut (V, mV, µV), tetapi dalam satuan logaritmik relatif - desibel (dB, atau dB). Untuk menyederhanakan transisi dari satuan absolut ke satuan relatif dan, sebaliknya, sebagian besar voltmeter analog (berdiri sendiri dan terpasang pada perangkat lain: generator, multimeter, pengukur distorsi nonlinier) memiliki skala desibel yang sama dengan skala biasa. Skala ini dibedakan oleh nonlinier yang jelas, yang, jika perlu, memungkinkan Anda memperoleh hasil segera dalam desibel, tanpa perhitungan yang tepat dan penggunaan tabel konversi. Paling sering, untuk perangkat semacam itu, skala nol desibel sesuai dengan tegangan input 0,775 V.
Tegangan yang lebih besar dari level nol konvensional ditandai dengan desibel positif, kurang dari level ini - negatif. Pada sakelar batas, setiap subrentang pengukuran berbeda levelnya dari subrentang tetangga sebesar 10 dB, yang sesuai dengan faktor tegangan 3,16. Pembacaan yang diambil pada skala desibel ditambahkan secara aljabar ke pembacaan pada saklar batas pengukuran, dan tidak dikalikan, seperti dalam kasus pembacaan tegangan absolut.
Misalnya, sakelar batas disetel ke “- 10 dB”, sedangkan panah indikator disetel ke “- 0,5 dB”. Level totalnya adalah: ---- 10 + (- 0,5) = - 10,5 dB, Dan dasar untuk mengubah tegangan dari nilai absolut ke nilai relatif adalah rumusnya
(3.20)
Dimana = 0,775V.
Karena bel adalah satuan besar, dalam praktiknya digunakan bagian pecahan (sepersepuluh) dari bel - desibel.
Voltmeter pulsa dan digital. Saat mengukur tegangan pulsa dengan amplitudo kecil, amplifikasi pulsa awal digunakan. Diagram blok voltmeter pulsa analog (Gbr. 3.11) terdiri dari probe jarak jauh dengan pengikut emitor, attenuator, preamplifier broadband, detektor nilai amplitudo, penguat arus searah (DCA) dan indikator elektromekanis. Voltmeter yang diterapkan menurut skema ini secara langsung mengukur tegangan 1 mV - 3 V dengan kesalahan ± (4 - 10)%, durasi pulsa 1 - 200 s dan siklus kerja 100...2500.
Beras. 3.11.t Diagram blok voltmeter pulsa
Untuk mengukur tegangan kecil dalam rentang durasi yang luas (dari nanodetik hingga milidetik), digunakan voltmeter yang beroperasi berdasarkan metode kompensasi otomatis.
Voltmeter digital elektronik memiliki keunggulan signifikan dibandingkan voltmeter analog:
Kecepatan pengukuran tinggi;
Menghilangkan kemungkinan kesalahan subjektif operator;
Kesalahan kecil berkurang.
Karena kelebihan ini, voltmeter elektronik digital banyak digunakan untuk keperluan pengukuran. Gambar 3.12 menunjukkan diagram blok voltmeter digital yang disederhanakan.
Beras. 3.12. Diagram blok sederhana dari voltmeter digital
Alat input dirancang untuk menciptakan resistansi masukan yang besar, memilih batas pengukuran, mengurangi interferensi, dan secara otomatis menentukan polaritas tegangan DC yang diukur. Pada voltmeter AC, perangkat input juga mencakup konverter tegangan AC-ke-DC.
Dari output perangkat input, tegangan terukur disuplai ke konverter analog-ke-digital(ADC), dimana tegangan diubah menjadi sinyal digital (diskrit) dalam bentuk kode listrik atau pulsa yang jumlahnya sebanding dengan tegangan yang diukur. Hasilnya muncul di papan skor indikator digital. Pengoperasian semua blok dikendalikan perangkat kontrol.
Voltmeter digital, tergantung pada jenis ADC, dibagi menjadi empat kelompok: kode pulsa, pulsa waktu, frekuensi pulsa, pengkodean spasial.
Saat ini banyak digunakan voltmeter pulsa waktu digital , konverter yang melakukan konversi antara tegangan terukur menjadi interval waktu proporsional yang diisi dengan pulsa dengan frekuensi pengulangan yang diketahui. Sebagai hasil dari transformasi ini, sinyal informasi pengukuran diskrit pada input ADC berbentuk paket pulsa penghitung, yang jumlahnya sebanding dengan tegangan yang diukur.
Kesalahan voltmeter pulsa waktu ditentukan oleh kesalahan pengambilan sampel dari sinyal yang diukur, ketidakstabilan frekuensi pulsa penghitungan, adanya ambang sensitivitas rangkaian perbandingan, dan ketidaklinieran tegangan yang dikonversi pada input perbandingan. sirkuit.
Ada beberapa opsi untuk solusi desain sirkuit saat membuat voltmeter pulsa waktu. Mari kita perhatikan prinsip pengoperasian voltmeter pulsa dengan generator tegangan variabel linier (GLIN).
Gambar 3.13 menunjukkan diagram blok voltmeter pulsa waktu digital dengan GLIN dan diagram waktu yang menjelaskan pengoperasiannya.
Sinyal diskrit informasi pengukuran pada keluaran konverter berbentuk paket pulsa penghitung yang jumlahnya sebanding dengan nilai tegangan masukan. . Dari keluaran GLIN, tegangan yang meningkat secara linier dari waktu ke waktu disuplai ke masukan 1 perangkat pembanding. Input 2 perangkat pembanding II terhubung ke rumahan.
Pada saat kesetaraan, sebuah pulsa muncul pada input perangkat pembanding II dan pada outputnya, yang diumpankan ke input tunggal pemicu (T), menyebabkan munculnya sinyal pada outputnya. Pemicu kembali ke posisi semula dengan pulsa yang berasal dari keluaran perangkat pembanding II. Sinyal ini muncul pada saat tegangan yang meningkat secara linier dan tegangan yang diukur setara. Sinyal tersebut kemudian dihasilkan dengan durasi (dimana — koefisien konversi) disuplai ke input 1 dari rangkaian perkalian logika AND, dan input 2 menerima sinyal dari generator pulsa penghitung (CPG). Denyut nadi mengikuti dengan frekuensi. Sinyal pulsa muncul ketika ada pulsa di kedua input, mis. Penghitungan pulsa lolos ketika ada sinyal pada keluaran pemicu.
 |
Beras. 3.13. Skema struktural (A) dan grafik waktu (B) voltmeter pulsa waktu digital dengan GLIN
Penghitung pulsa menghitung jumlah pulsa yang diteruskan (dengan mempertimbangkan faktor konversi). Hasil pengukuran ditampilkan pada papan indikator digital (DI). Rumus yang diberikan tidak memperhitungkan kesalahan diskrit karena perbedaan antara kemunculan pulsa penghitungan dan awal dan akhir interval.
Selain itu, kesalahan besar disebabkan oleh faktor nonlinier dari koefisien konversi . Akibatnya, voltmeter pulsa waktu digital dengan GLIN adalah yang paling tidak akurat di antara voltmeter digital.
Voltmeter Digital Integrasi Ganda berbeda dari voltmeter pulsa waktu dalam prinsip operasinya. Di dalamnya, selama siklus pengukuran, dua interval waktu terbentuk - dan . Pada interval pertama, integrasi tegangan terukur dipastikan , yang kedua - tegangan referensi. Waktu siklus pengukuran telah ditentukan sebelumnya sebagai kelipatan periode kebisingan yang bekerja pada input, sehingga meningkatkan kekebalan kebisingan pada voltmeter.
Gambar 3.14 menunjukkan diagram blok voltmeter digital dengan integrasi ganda dan diagram waktu yang menjelaskan cara kerjanya.
Beras. 3.14. Skema struktural (A) dan diagram waktu (6) voltmeter digital integrasi ganda
Pada (pada saat pengukuran dimulai), perangkat kontrol menghasilkan pulsa terkalibrasi dengan durasi
, (3.21) memindahkan sakelar ke posisi 2 dan sumber tegangan referensi (VS) disuplai ke integrator; tegangan negatif referensi menjadi sama dengan nol, perangkat pembanding menghasilkan sinyal yang dikirim ke pemicu dan mengembalikan yang terakhir ke aslinya negara. Pada keluaran pemicu, pulsa tegangan dihasilkan
; ; 
(3.25)
Dari hubungan yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa kesalahan hasil pengukuran hanya bergantung pada level tegangan referensi, dan bukan pada beberapa parameter (seperti pada voltmeter kode pulsa), tetapi di sini juga terdapat kesalahan diskrit.
Keunggulan voltmeter dengan integrasi ganda adalah kekebalan kebisingan yang tinggi dan kelas akurasi yang lebih tinggi (0,005-0,02%) dibandingkan voltmeter dengan GLIN.
Voltmeter digital dengan built-in mikroprosesor digabungkan dan termasuk dalam voltmeter dengan kelas akurasi tertinggi. Prinsip operasinya didasarkan pada metode penyeimbangan bit demi bit dan transformasi integrasi waktu-pulsa.
Mikroprosesor dan konverter tambahan yang disertakan dalam rangkaian voltmeter semacam itu memperluas kemampuan perangkat, menjadikannya universal dalam mengukur sejumlah besar parameter. Voltmeter tersebut mengukur tegangan DC dan AC, kekuatan arus, resistansi resistor, frekuensi osilasi, dan parameter lainnya. Ketika digunakan bersama dengan osiloskop, mereka dapat mengukur parameter waktu: periode, durasi pulsa, dll. Kehadiran mikroprosesor pada rangkaian voltmeter memungkinkan koreksi otomatis kesalahan pengukuran, diagnostik kesalahan, dan kalibrasi otomatis.
Gambar 3.15 menunjukkan diagram blok voltmeter digital dengan mikroprosesor bawaan.
 |
Beras. 3.15. Diagram blok voltmeter digital dengan mikroprosesor internal
Dengan menggunakan konverter yang sesuai, unit normalisasi sinyal mengubah parameter masukan yang diukur (97 halaman) menjadi sinyal terpadu yang tiba di masukan ADC, yang melakukan konversi menggunakan metode integrasi ganda. Pemilihan mode pengoperasian voltmeter untuk jenis pengukuran tertentu dilakukan oleh unit kontrol ADC dengan tampilan. Blok yang sama menyediakan konfigurasi sistem pengukuran yang diperlukan.
Mikroprosesor adalah dasar dari unit kendali dan dihubungkan ke unit lain melalui register geser. Mikroprosesor dikendalikan menggunakan keyboard yang terletak di panel kontrol. Manajemen juga dapat dilakukan melalui antarmuka standar saluran komunikasi yang terhubung. Memori hanya baca (ROM) menyimpan program operasi mikroprosesor, yang diimplementasikan menggunakan memori akses acak (RAM).
Pembagi tegangan referensi resistif yang sangat stabil dan akurat, penguat diferensial (DA) dan sejumlah elemen eksternal (attenuator, pemilih mode, unit tegangan referensi) ) melakukan pengukuran langsung. Semua blok disinkronkan dengan sinyal dari generator jam.
Dimasukkannya mikroprosesor dan sejumlah konverter tambahan dalam rangkaian voltmeter memungkinkan koreksi kesalahan otomatis, kalibrasi otomatis, dan diagnostik kesalahan.
Parameter utama voltmeter digital adalah akurasi konversi, waktu konversi, batas perubahan nilai masukan, dan sensitivitas.
Akurasi Konversi ditentukan oleh tingkat kesalahan kuantisasi, yang ditandai dengan jumlah bit dalam kode keluaran.
Kesalahan voltmeter digital memiliki dua komponen. Komponen pertama (perkalian) bergantung pada nilai terukur, komponen kedua (penjumlahan) tidak bergantung pada nilai terukur.
Representasi ini dikaitkan dengan prinsip diskrit dalam mengukur besaran analog, karena selama proses kuantisasi timbul kesalahan absolut karena jumlah tingkat kuantisasi yang terbatas. Kesalahan absolut pengukuran tegangan dinyatakan sebagai
tanda) atau (tanda), (3.27)
dimana kesalahan pengukuran relatif sebenarnya;
— nilai tegangan terukur;
— nilai akhir pada batas ukur yang dipilih;
T tanda - nilai yang ditentukan oleh satuan digit terkecil CI (kesalahan diskrit aditif). Kesalahan pengukuran relatif aktual utama dapat direpresentasikan dalam bentuk lain:
(3.2)
Di mana a, b - angka konstan yang mencirikan kelas akurasi perangkat.
Kesalahan istilah pertama (A) tidak tergantung pada pembacaan instrumen, dan yang kedua (B) meningkat ketika menurun .
Waktu konversi adalah waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan satu kali konversi nilai analog ke kode digital.
Batasan perubahan nilai masukan — Ini adalah rentang transformasi nilai masukan, yang sepenuhnya ditentukan oleh jumlah digit dan “bobot” digit terkecil.
Kepekaan(resolusi) adalah perubahan terkecil pada nilai besaran masukan yang dapat dilihat oleh konverter.
Karakteristik metrologi utama voltmeter yang perlu Anda ketahui untuk memilih perangkat yang tepat meliputi karakteristik berikut:
Parameter tegangan terukur (rms, amplitudo);
Rentang pengukuran tegangan;
Rentang frekuensi;
Kesalahan pengukuran yang diizinkan;
Impedansi masukan() .
Karakteristik ini diberikan dalam deskripsi teknis dan paspor perangkat.
Kebanyakan orang dalam kehidupan sehari-hari dapat beroperasi dengan konsep tegangan listrik. Hampir semua orang mengetahui bahwa stopkontak rumah tangga memiliki tegangan 220V, dan baterai AA hanya menghasilkan tegangan 1,5V. Apalagi tidak semua orang lulusan SMA atau bahkan perguruan tinggi teknik mampu menjawab apa sebenarnya arti istilah tegangan listrik. Dalam materi ini kami akan mencoba menjawab pertanyaan ini, tanpa menggunakan matematika yang rumit jika memungkinkan.
Penentuan tegangan listrik
Dalam buku teks fisika dan teknik elektro, Anda dapat menemukan berbagai definisi tegangan listrik. Salah satunya berbunyi seperti ini: tegangan listrik antara dua titik dalam ruang sama dengan beda potensial medan listrik di titik-titik tersebut. Secara matematis ditulis seperti ini:
kamu=φ_a-φ_b (1).
Dimana U adalah tegangan listrik, dan φ_a dan φ_b masing-masing adalah potensial medan listrik di titik A dan B.
Jika kita tidak mengetahui apa itu potensial medan listrik pada suatu titik, maka definisi di atas tidak banyak menjelaskan pertanyaan tentang apa itu tegangan listrik. Potensial medan listrik pada suatu titik dipahami sebagai usaha yang dilakukan medan listrik untuk memindahkan satu satuan muatan dari suatu titik tertentu ke titik yang potensialnya nol. Sekilas menentukan potensial listrik nampaknya cukup rumit. Misalnya, tidak sepenuhnya jelas di mana letak titik nol potensialnya.
Pertama, Anda perlu mengingat bahwa potensial listrik adalah kerja perpindahan satuan muatan. Jika kita melihat rumus (1), menjadi jelas bahwa tegangan listrik tidak lebih dari selisih dua usaha. Artinya, tegangan listrik juga mempunyai kerja. Dari sini kita sampai pada definisi kedua. Tegangan listrik secara numerik sama dengan usaha memindahkan satu satuan muatan listrik dari titik A ke titik B. Selain itu, φ_a dan φ_b masing-masing adalah energi potensial yang dimiliki oleh satuan muatan di titik A dan B.
Untuk lebih memahami hal di atas, dapat diberikan analogi berikut. Setiap benda yang terletak agak jauh dari bumi memiliki energi potensial. Untuk mengangkat tubuh Anda lebih tinggi, Anda harus melakukan beberapa pekerjaan. Besarnya usaha ini akan sama dengan perbedaan energi potensial yang dimiliki benda pada ketinggian yang berbeda. Kita melihat gambaran serupa ketika kita berhadapan dengan medan listrik.
Adapun titik dalam ruang yang muatan listriknya mempunyai potensial listrik nol, dalam teori kelistrikan titik tersebut dapat dipilih secara sembarang. Hal ini disebabkan medan listrik bersifat “potensial”. Untuk memperjelas istilah ini kita harus menggunakan matematika yang lebih tinggi, tapi kami memutuskan untuk menghindari ini. Dalam prakteknya, para ahli di bidang teknik elektro seringkali memilih permukaan bumi sebagai titik-titik yang potensialnya nol. Dan banyak pengukuran dilakukan sehubungan dengan itu.
Medan listrik bisa konstan (tidak berubah seiring waktu) dan bervariasi. Medan listrik variabel dapat berubah menurut berbagai hukum matematika. Dalam teknologi, medan listrik bolak-balik paling sering digunakan, yang berubah menurut hukum sinus. Dalam kasus medan listrik bolak-balik, nilai sesaat beda potensial antara dua titik dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut:
u(t)=U_m sin〖(ωt)〗 (2).
Di sini u adalah nilai tegangan sesaat; U m – nilai tegangan maksimum; ω – frekuensi, t – waktu.
Pengukuran tegangan listrik
Tegangan listrik diukur menggunakan voltmeter. Untuk mengukur tegangan (beda potensial) pada suatu bagian rangkaian listrik, probe voltmeter dihubungkan ke ujung bagian ini dan pembacaan perangkat dibaca pada skala.
Ada banyak jenis voltmeter. Kami akan fokus pada voltmeter analog dengan mekanisme pengukuran magnetoelektrik. Mekanisme ini cukup sering digunakan pada voltmeter panel dan alat ukur multifungsi - multimeter. Mekanisme kelistrikan magnetoelektrik adalah kumparan kawat yang ditempatkan di antara kutub-kutub magnet. Kumparan digantung pada pegas spiral untuk memastikan sensitivitas perangkat yang tinggi. Panah indeks dihubungkan ke koil, yang dengannya pembacaan pada skala instrumen dibaca. Gambar di bawah menunjukkan struktur mekanisme magnetoelektrik.
Mekanisme pengukuran magnetoelektrik sangat sensitif. Dengan bantuan mereka, Anda dapat mengukur tegangan seperseratus volt. Untuk memperluas batas pengukuran, resistansi tambahan disertakan secara seri dengan mekanisme pengukuran. Rangkaian voltmeter DC sederhana ditunjukkan pada gambar.
Salah satu parameter terpenting voltmeter adalah resistansi internalnya. Semakin besar nilai resistansi dalam voltmeter maka semakin kecil kesalahan yang diperoleh selama proses pengukuran. Untuk voltmeter analog, resistansi internal biasanya 20k ohm per volt. Jika perlu untuk mendapatkan nilai resistansi yang lebih tinggi, voltmeter elektronik, digital atau analog, digunakan untuk pengukuran.
Untuk mengukur tegangan bolak-balik, voltmeter menyertakan penyearah yang mengubah tegangan bolak-balik menjadi tegangan searah. Timbangan voltmeter untuk mengukur tegangan bolak-balik biasanya dikalibrasi pada nilai tegangan efektif (efektif). Nilai efektif arus bolak-balik berhubungan dengan rasio maksimum berikut.
U=1/√2 U_m=0,707U_m (3)
Nilai efektif mudah digunakan saat menghitung daya suatu rangkaian listrik. Ketika kita mengatakan bahwa ada tegangan 220V di stopkontak listrik, kita berbicara secara khusus tentang nilai tegangan efektif.
Dalam artikel singkat sulit untuk membicarakan semua nuansa yang terkait dengan tegangan listrik dan metode pengukurannya. Namun kami berharap teks ini bermanfaat bagi pembaca.
Dicapai ketika muatan listrik uji ditransfer dari suatu titik A tepat B, dengan nilai biaya tes.
Dalam hal ini dianggap pengalihan biaya tes tidak berubah distribusi biaya berdasarkan sumber lapangan (menurut definisi biaya tes). Dalam medan listrik potensial, usaha ini tidak bergantung pada jalur pergerakan muatan. Dalam hal ini, tegangan listrik antara dua titik bertepatan dengan beda potensial di antara keduanya.
Definisi alternatif -
Integral proyeksi medan efektif (termasuk medan pihak ketiga) pada jarak antar titik A Dan B sepanjang jalur tertentu dimulai dari suatu titik A tepat B. Dalam medan elektrostatik, nilai integral ini tidak bergantung pada jalur integrasi dan bertepatan dengan beda potensial.
Satuan SI untuk tegangan adalah volt.
tegangan searah
Tegangan rata-rata
Nilai tegangan rata-rata (komponen tegangan konstan) ditentukan untuk seluruh periode osilasi sebagai:
Untuk gelombang sinus murni, nilai tegangan rata-rata adalah nol.
Tegangan RMS
Nilai akar rata-rata kuadrat (nama usang: arus, efektif) paling sesuai untuk perhitungan praktis, karena pada beban aktif linier ia melakukan pekerjaan yang sama (misalnya, lampu pijar memiliki kecerahan yang sama, elemen pemanas mengeluarkan jumlah yang sama panas) sama dengan tekanan konstan:
Dalam teknologi dan kehidupan sehari-hari, ketika menggunakan arus bolak-balik, istilah “tegangan” berarti nilai ini, dan semua voltmeter dikalibrasi berdasarkan definisinya. Namun, berdasarkan desain, sebagian besar perangkat sebenarnya tidak mengukur akar rata-rata kuadrat, tetapi nilai tegangan rata-rata yang diperbaiki (lihat di bawah), sehingga untuk sinyal non-sinusoidal, pembacaannya mungkin berbeda dari nilai sebenarnya.
Nilai tegangan rata-rata yang diperbaiki
Nilai rata-rata yang diperbaiki adalah nilai rata-rata modulus tegangan:
Untuk tegangan sinusoidal persamaannya benar:
Jarang digunakan dalam praktik, sebagian besar voltmeter AC (yang arusnya disearahkan sebelum pengukuran) sebenarnya mengukur nilai ini, meskipun skalanya diukur dalam nilai rms.
Tegangan pada rangkaian arus tiga fasa
Dalam rangkaian arus tiga fasa, tegangan fasa dan saluran dibedakan. Tegangan fasa dipahami sebagai nilai akar rata-rata kuadrat dari tegangan pada setiap fasa beban, dan tegangan linier adalah tegangan antara kabel fasa suplai. Ketika beban dihubungkan dalam segitiga, tegangan fasa sama dengan tegangan linier, dan ketika dihubungkan dalam bintang (dengan beban simetris atau netral yang dibumikan), tegangan linier beberapa kali lebih besar dari tegangan fasa.
Dalam prakteknya, tegangan jaringan tiga fasa dilambangkan dengan pecahan, yang penyebutnya adalah tegangan linier, dan pembilangnya adalah tegangan fasa ketika dihubungkan dalam sebuah bintang (atau, yang sama, potensial dari setiap garis relatif terhadap tanah). Jadi, di Rusia, jaringan yang paling umum adalah dengan tegangan 220/380 V; Jaringan 127/220 V dan 380/660 V juga terkadang digunakan.
Standar
| Sebuah Objek | Jenis tegangan | Nilai (pada masukan konsumen) | Nilai (pada keluaran sumber) |
|---|---|---|---|
| Elektrokardiogram | Detak | 1-2 mV | - |
| antena televisi | Variabel frekuensi tinggi | 1-100 mV | - |
| baterai AA | Permanen | 1,5V | - |
| Baterai litium | Permanen | 3 V - 1,8 V (baterai tipe pena, menggunakan contoh Varta Professional Lithium, AA) | - |
| Sinyal kontrol komponen komputer | Detak | 3,5V, 5V | - |
| Tipe baterai 6F22 (“Krona”) | Permanen | abad ke-9 | - |
| Catu daya untuk komponen komputer | Permanen | abad ke-12 | - |
| Peralatan kelistrikan mobil | Permanen | 12/24 V | - |
| Catu daya untuk laptop dan monitor LCD | Permanen | abad ke-19 | - |
| Jaringan tegangan rendah yang "aman" untuk pengoperasian di lingkungan berbahaya | Variabel | 36-42 abad | - |
| Tegangan pembakaran lilin Yablochkov paling stabil | Permanen | 55V | - |
| Tegangan pada saluran telepon (saat handset terpasang) | Permanen | 60 V | - |
| Tegangan jaringan listrik Jepang | AC tiga fase | 100/172 V | - |
| Tegangan Listrik Rumah AS | AC tiga fase | 120 V / 240 V (fase terpisah) | - |
| Tegangan di jaringan listrik Rusia | AC tiga fase | 220/380V | 230/400V |
| Pelepasan jalur listrik | Permanen | hingga 200-250V | - |
| Jaringan kontak trem dan bus listrik | Permanen | 550V | 600V |
| Keluarnya belut listrik | Permanen | hingga 650V | - |
| Jaringan kontak metro | Permanen | 750 V | 825 V |
| Jaringan kontak kereta api berlistrik (Rusia, arus searah) | Permanen | 3 persegi panjang | 3,3 persegi panjang |
| Jalur distribusi listrik overhead berdaya rendah | AC tiga fase | 6-20 meter persegi | 6,6-22 meter persegi |
| Generator pembangkit listrik, motor listrik yang kuat | AC tiga fase | 10-35 meter persegi | - |
| Anoda CRT | Permanen | 7-30 meter persegi | - |
| Listrik statis | Permanen | 1-100 meter persegi | - |