При каких условиях использование вольтметра будет более точным, чем амперметр для измерения тока?

Предположим, у вас есть простая схема с источником напряжения V1, подключенным к резистору R1, например:

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Вы можете подключить амперметр последовательно, и тогда внутреннее сопротивление амперметра повлияет на фактическое значение тока, что приведет к некоторой ошибке. Но вы также можете подключить вольтметр (с высоким внутренним сопротивлением) параллельно через R1 и рассчитать ток путем деления измеренного напряжения на R1. Из-за внутреннего сопротивления вольтметра все равно будет какая-то ошибка, но что будет более точным? Или, более конкретно, при каких условиях (т. Е. Большой / малый ток, R1, V1 и т. Д.) Было бы более точно использовать второй подход с вольтметром вместо амперметра?

Давайте возьмем два примера: один с высоким током и низким сопротивлением, а другой с низким током и высоким сопротивлением. Давайте также предположим, что наш амперметр имеет сопротивление$1\Omega$ и наш вольтметр имеет сопротивление $1M\Omega$

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

В этой схеме у нас очень низкий источник сопротивления и низкое сопротивление нагрузки. Эта ситуация не очень хороша для амперметра, так как это шунтирующее сопротивление$1\Omega$ собирается изменить общее сопротивление $11\Omega$, что довольно много изменений. Однако вольтметр имеет такой высокий импеданс по сравнению с нагрузочным резистором, что почти не влияет на него. Кроме того, поскольку выходное сопротивление источника очень низкое, параллельное добавление нагрузки будет очень мало влиять на напряжение на V1. В этом случае, если сопротивление нагрузки точно известно, вольтметр является лучшим выбором.

^{смоделировать эту схему}

В этой схеме полное сопротивление нагрузки и источника высокое. Если мы поместим вольтметр параллельно с R1, то$1M\Omega$ входной импеданс довольно близок к R1 и изменит его на $90.9k\Omega$, Тем не менее, амперметр$1\Omega$ сопротивление вряд ли повлияет на реальное сопротивление нагрузки, так как оно намного ниже, чем $100k\Omega$, Кроме того, поскольку импеданс V1 очень высок, добавление последовательной нагрузки к нему вряд ли повлияет на ток, который он производит. В этом случае добавление амперметра в серии является лучшим выбором.

Как вы можете видеть, выбор прибора с высоким импедансом, где импеданс источника низкий, и импедансом низким, когда импеданс источника высокий, являются наилучшим выбором, чтобы минимизировать ошибку, вызванную добавлением инструмента в цепь.

Есть много причин, помимо точности, хотя в моем первом примере это действительно так. Вот несколько реальных приложений, с которыми я имел дело. Сначала два из настроек университета:

• Если есть даже малейшие шансы, текущие переходные процессы или глюки являются проблемой. Амперметр слишком медленный для отклика, но вы можете заменить вольтметр на осциллографе (отключение светодиода от цифрового источника питания в режиме постоянного тока приводило к случайным скачкам тока в 1 мА, что нарушало эксперимент).
• Если вы хотите иметь возможность снять счетчик без разрыва цепи или выключения питания (например, проведите несколько экспериментов с лазерными диодами в образовательной среде с помощью простой цепи источника тока - измерьте $V$ через серию $1\Omega$ резистор встроен в цепь привода и вы можете убрать счетчик.

Тогда один (буквально) ближе к дому:

• В автомобильной электронике иногда у вас большой ток при подключении питания, но вы хотите измерить низкий ток впоследствии. Вы можете (i) перевести измеритель в режим мА, замкнуть его, подключить аккумулятор, устранить короткое замыкание или (ii) последовательно подключить силовой резистор и измерить V на нем. Последнее рекомендуется, если у вас есть только ограниченный запас мультиметровых предохранителей. (У меня были только диапазоны 200 мА и 10 А постоянного тока на нескольких метрах, диапазоны 10 А имели точность 100 мА, и я пытался отследить сток ~ 40 мА)