Перейти к содержанию

Почему мультиметр показывает на делителе меньше расчётного напряжения?

Обновлено Редакция GAW

Вольтметр меряет напряжение, но при этом сам подключается к схеме как резистор. У хороших цифровых мультиметров он большой: у Fluke 87V — 10 МОм. Для питания платы или выхода стабилизатора это незаметно. А на делителе из резисторов в сотни килоом и мегаомы прибор образует с ним новый делитель — тот же эффект, что разобран в ответе «Почему напряжение с делителя падает под нагрузкой».

Расчёт

При подключении прибора нижнее плечо R2 шунтируется входным сопротивлением Rвх:

Uизм=U⋅R2∥RвхR1+R2∥RвхU_\text{изм} = U \cdot \frac{R_2 \parallel R_\text{вх}}{R_1 + R_2 \parallel R_\text{вх}}

Наш расчёт для делителя пополам от 10 В (без прибора — ровно 5 В) и мультиметра с 10 МОм:

Резисторы делителяПокажет мультиметрОшибка
10 кОм + 10 кОм4,998 В0,05 %
100 кОм + 100 кОм4,975 В0,5 %
1 МОм + 1 МОм4,76 В4,8 %
10 МОм + 10 МОм3,33 В33 %

Удобное правило: ошибка примерно равна отношению выходного сопротивления делителя (R1 ∥ R2) к входному сопротивлению прибора. Для ошибки меньше 0,5 % делитель должен быть в 200 раз «легче» прибора.

Как мерить точно

  1. Мерить на делителе с меньшими резисторами — если схема это допускает.
  2. Учесть прибор в расчёте, как в таблице, или подобрать номиналы в калькуляторе делителя с нагрузкой 10 МОм.
  3. Для очень высокоомных цепей — прибор с большим входным сопротивлением или повторитель на ОУ.

Остальные правила измерения напряжения собраны в ответе «Как измерить напряжение мультиметром», а про нагрузку схемы щупом осциллографа — в статье глоссария.

Похожие вопросы

Можно ли пересчитать показание с учётом мультиметра?

Да, если известны резисторы: нижнее плечо при измерении равно R2 ∥ 10 МОм, и по нему считают, что покажет прибор. Обратный пересчёт даёт истинное напряжение без прибора — но точность ограничена допуском резисторов и разбросом входного сопротивления.

Почему осциллограф со щупом 1X показывает ещё меньше?

У щупа 1X сопротивление нагрузки около 1 МОм — по Tektronix так обычно и бывает, — а у 10X — 10 МОм. На делителе из мегаомных резисторов щуп 1X нагружает в десять раз сильнее, поэтому высокоомные точки смотрят щупом 10X.

Влияет ли это на АЦП микроконтроллера?

Влияет, но иначе: АЦП на время выборки подключает к выводу конденсатор, и большому сопротивлению источника не хватает времени его зарядить. Поэтому у высокоомного делителя на вход АЦП ставят конденсатор на землю или повторитель на ОУ.

Источники

  1. Fluke. Fluke 83V and 87V Digital Multimeters, Detailed Specifications (2161164 D-US-N Rev B, 4/2005) — Electrical characteristics of the terminals: входное сопротивление в режимах напряжения — 10 МОм номинально, ёмкость меньше 100 пФ
  2. Tektronix. ABCs of Probes, Primer, 60W-6053-15 (03/2021) — разд. о резистивной нагрузке источника щупом: при большом сопротивлении щупа влияние незаметно (пример 99,9 В против 99,8 В), при малом — уже нет; щупы 1X обычно имеют 1 МОм, 10X — 10 МОм; таблица щупов: P6101B 1X — 1 МОм, 100 пФ, P6109B 10X — 10 МОм, 13 пФ

Нашли ошибку?

Смотрите также