Enne kui voltmeetri juurde jõuame, räägime natuke pingejaguritest. Oletame, et meil on vaja teha kahest takistist pingejagur. Lihtne ülesanne, kas pole? Võtame kaks takistit, ühendame need jadamisi toiteallikale ning takistite keskpunktist võtame väljundi (nagu all oleval joonisel).
Oletame, et toitepinge on meil 12V ja soovitud tulemuseks on 6V. Hea lihtne lahendada, pole isegi vaja arvutada. Piisab kahest võrdse takistusega takistist ja olemas.
Kas tõesti pole vahet, kas võtta kaks 10 Ohm, 1kOhm, 10kOhm, 100kOhm, 1MOhm või 10MOhm takistit? Tõepoolest, pinge seisukohalt pole seal vahet. Muutub ainult pingejagurit läbiv vool aga see on juba teise jutu reema. Valem pingejagurile tekkiva pinge arvutamiseks on sõltumata takistite suurusest alati sama:
Teema mõned kontrollarvutused:
- R1, R2 = 10Ohm, Vin = 12V >>> 10 / (10 + 10) x 12 = 6V
- R1, R2 = 10kOhm, Vin = 12V >>> 10 000 / (10 000 + 10 000) x 12 = 6V
- R1, R2 = 10MOhm, Vin = 12V >>> 10 000 000 / (10 000 000 + 10 000 000) x 12 = 6V
Proovime nüüd ka praktikas, koostame pingejagurid ja mõõdame, kas tõesti on kõigil kolmel juhul pingejaguril 6V ?!
Teen mõõtmised kahe erineva testriga: odav vs kallim
| R1, R2 | Uni-T M830 BUZ | Siglent SDM 3055 |
| 10 Ω | 6,00 V | 6,000 V |
| 10 kΩ | 5,97 V | 5,997 V |
| 100 kΩ | 5,71 V | 5,970 V |
| 1 MΩ | 4,00 V | 5,714 V |
| 10 MΩ | 1,00 V | 4,000 V |
See ei saa olla õige. Kas valem valetab ja arvutused olid valed? Valem ei valeta. Arvutused olid korrektsed.
Siis on kasutatud voltmeetrid vigased või liiga kehvad! Ei ole. Voltmeetritega on ka kõik hästi ja ka kõige odavam voltmeetri näit on täiesti adekvaatne.
Kas siis enne testri otste peale ühendamist oli 6V ja kui meie vaatasime siis osa pinget läks korraks ära, naabri juurde :D ? Täpselt nii ongi. 100% tõene väide. Meie testri andmelehtedel on kirjas voltmeetri sisendtakistus. Uni-T voltmeetril on see 1MOhm’i ning Siglent voltmeetril meie kasutatud mõõtepiirkonnas 10 MOhm’i (pildid andmelehe väljavõtetest allpool).
Voltmeetri ühendamisel ahelasse peame arvestama, et me asetame skeemi lisaks ühe takisti…
… ning sellisel juhul R2 takistus summeerub koormustakistusega RL. Takistite paralleelühenduse valem on järgmine:
Seda teadmist arvesse võttes arvutame uuesti ja võtame 10MOhm takistitega pingejaguri näite: Meie pingejaguris oli kaks takistit jadamisi. Uusi teadmisi arvesse võttes teame, et takistiga R2 on meil nüüd paralleelselt sõltuvalt voltmeetritst kas 1 või 10 MOhm takisti. Arvutame uued takisti väärtused:
- Uni-T voltmeetriga mõõtes:
- R2 = 10 Mohm || 1 MOmh = 10 x 1 / (10 + 1) = 0,909 MOhm
- V = 0,909 / (0,909 + 10) x 12 = 0,9999 ehk 1V (multimeetri resolutsiooni arvestades)
- Siglent voltmeetriga mõõtes:
- R2 = 10 Mohm || 10 MOmh = 10 x 10 / (10 + 10) = 5 MOhm
- V = 5 / (5 + 10) x 12 = 4,000V
Nagu näha, siis mõlemad mõõtetulemused vastavad arvutustele, kui me võtame arvesse ka voltmeetri enda sisendtakistuse.
Kokkuvõtteks: Mõõtmisi tehes peame alati meeles pidama, et mistahes mõõteinstrumendi ühendamisel skeemi me mõjutame antud skeemi lisatakisti (ja mahtuvuse) ühendamisega ahelasse. Tuleb aru saada, kas ja millisel määral see meie vooluahela toimimist mõjutab ning mõõtetulemit lugedes see vajadusel arvesse võtta.
Täpselt sama kehtib kõikide teiste mõõteriistade kohta, mille me skeemi kontrollides ahelasse ühendame. Ostsilloskoobid, sagedusemõõtjad jne… Vahelduvvoolu ahelaid mõõtes (eriti kõrgemate sageduste puhul) peame lisaks arvestama, et me ei ühenda ahelasse paralleeli ainult takistit, vaid ka selle takistiga paralleelselt oleva mahtuvuse (parasiitmahtuvus).
Audio ja digitaal elektroonika skeemides on enamasti mõõteaparaadi sisendtakistuse mõju marginaalne ning selle pärast ei pea muretsema. Testrit ostes tasub kindlasti lisaks kaubanduslikule välimusele vaadata ka aparaatide andmelehte ning eelistada oma valikus olevate kandidaatide hulgast selliseid instrumente, mille sisendtakistus on suurem ning mille (parasiit) mahtuvus AC piirkondades on väiksem.
(Ostsilloskoobi mõõtejuhtme andmed)