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自制线性刻度的交流电流表

作者:dolphin时间:2016-09-18

  指针式电表在测量交流电流时,通常先用电阻分流,再用二极管整流。由于二极管正向特性的非线性和交流电流表的刻度是不均匀的,刻度起始段往往弃之不用。其实,只要改动一下整流二极管的位置(见右图),先整流,再分流,就可以得到一个线性刻度的交流电流表。其基本原理是,交流电正半周时,电流经过二极管D1全部流过测量电路,负半周时,电流全部流过二极管D2,二极管的非线性只影响电流表的内阻(压降),不影响通过电流表的电流,当然刻度就是线性的了。

  显然,二极管的反向电流对测量是有影响的。对满度1mA的电流表,若二极管反向电流为1μA,则可能产生0.2%的误差。由于半导体二极管质量的提高,反向电流低于1μA的二极管比比皆是。

  笔者实测了常用的1N4007二极管,其反向电流大都小于μA,有的只有几nA。实际选用时,只要用万用表的Rx1ok或R×lk挡测一下二极管的反向电阻,指针不动就是可用的。当然,这种交流电流表与先分流再整流的电流表相比,其最大不足是内阻的非线性,但其压降并不高于后者。

  如能在肖特基二极管中挑选到反向电流低于1μA者,代替图中的D1、D2,则电表压降更低,且能将测量的频率范围向高端大大延伸。

  如果要制作一个20mA半波电流表,只要设计制作一个9mA直流电流表,再配上两只二极管就可以了。9mA是用20mA除以2,再除以波形因数1.111得到的。设计多量程交流电流表也可以归结为设计多量程直流电流表,所有公式均可套用。显然,制作全波整流的交流电流表也可以,但由于要增加一个二极管的正向压降,且多用元件,其实际意义就不大了。

  如果单独制作多量程交流电流表,其分流电阻可用适当直径(考虑载流量及温升)的漆包铜线用无感绕法制成,这对于电子爱好者的业余制作是极为方便的。由于表头线圈为铜线绕制,铜的电阻温度系数约为400ppm/℃,为此商品电流表大多采用与表头串联锰铜电阻再进行分流的方法减少温度误差。用铜线绕制电阻,其温度系数与表头一致,其分流比就不随温度变化了。当然,表头游丝的温度系数仍会给电流表带来一定误差。

  大多数型号的指针式万用表都没有交流电流挡,依据上述原理,我们也可以在不改变电表基本电路的前提下,将万用表的直流电流挡改成线性刻度的交流电流挡,具体电路见左图。电表读数须乘以2.22才是实际交流电流值。一量程切换仍用原表机构,交直流切换只需一个单刀双掷开关或增加一个插孔即可。1N4007二极管用于半波整流,可构成2A的交流电流表。无交流电流挡的数字万用表如DT830B、DT830D均可参照上述方法增加交流电流挡,对有交流电流挡的大都采用了线性整流电路,此时就没有改装的必要了。



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