Как измеряют емкость кабеля

В связи измерение ёмкости относится к измерениям постоянным током. У меня всегда это обстоятельство вызывало улыбку. Всё-таки радиотехническое образование мешает понять, как связисты заставили течь постоянный ток через конденсатор, который такой ток пропускать не должен вовсе. В некоторых книгах описан баллистический метод. По сути это тот же метод, что используется для проверки конденсаторов обычным тестером. По скачку стрелки в момент переключения конденсатора судят о его ёмкости.

На практике все приборы, специально предназначенные для измерения ёмкости, используют генераторы переменного тока. В старых ПКП использовалось специальное реле, которое при включении издавало характерный писк. Сейчас приборы уже не «писчат», вместо реле используются полупроводниковые схемы. Но ток на выходе прибора всё-таки переменный.

Чтобы лучше понять суть измерений полезно вспомнить о физике и конденсаторе.

Чем больше площадь пластин S тем больше ёмкость. И наоборот, чем больше расстояние между пластинами, тем ёмкость меньше. Имеет значение так же то, что находится между пластинами и температура этого диэлектрика, но сползать дальше в физику не буду (читайте классиков).

В кабеле такими пластинами являются жилы кабеля. Чем они длиннее, тем больше площадь S и, соответственно ёмкость. И наоборот, чем больше расстояние между пластинами d, тем ёмкость меньше.

Если мерить этот параметр между жилами многопарного кабеля максимальные значения будут между жилами правильно скрученных пар, ведь они всю длину идут вместе. Эту особенность можно использовать для поиска «разнопарки» или разбитости пар. (Измерения переменным током)

Официально учитывается рабочая ёмкость и ёмкость к земле. Причём нормируется только рабочая ёмкость (измеряется между жилами пары). Для протокола заносится ещё и ёмкость к земле т.е. ёмкость между жилой и экраном. Норм на второй параметр не встречал, но как правило она на 40-50% больше рабочей. (Экран кабеля при этом измерении должен быть заземлён)

Поиск обрывов жил кабеля

Поиск повреждений. С помощью измерения ёмкости довольно неплохо ищутся обрывы. Действительно, если целая пара 78 нФ, а обрывная 16 нФ можно просто разделить второе на первое получим 0,205 или 20,5% от длины целой пары.

В новых приборах есть функции расчёта длины по типу кабеля и мостовая схема сравнения. Так что ответ они выдают сразу в метрах. Казалось бы, только отмеряй, но. Погрешность измерения по ёмкости намного больше измерений по шлейфу и всё это работает при хорошей изоляции измеряемого кабеля.

Меня жизнь научила подходить к этому методу очень осторожно. В поисках обрывов лучше использовать импульсный метод т.е. рефлектометр.

Тем, у кого только ПКП могут посетить эту страницу с методикой работы с ПКП-5

Поиск разбитости пар (разнопарки)

Разбитость, разнопарка, место перепутывания жил. Поиск места разбитости пар измерением ёмкости.

Разбивка пар, разнопарка, битость пар, прослушка. Пониженное переходное затухание. Это ещё один тип повреждений, который можно искать измерением ёмкости. Для поиска места, где спайщики «начудили» с муфтой, а именно оттуда берётся это повреждение, придётся ввести ещё один параметр: ёмкость искусственно разбитой пары. Мерится она так же, как и рабочая ёмкость только жилы берутся от разных пар.

Рабочая ёмкость правильно скрученной пары всегда больше ёмкости искусственно разбитой. Неудивительно, ведь жилы в паре идут всю длину вплотную друг к другу, величина d из рисунка минимальна, значит, ёмкость максимальна.

1. Мерим рабочую ёмкость хорошей пары этого кабеля. Предположим 81 нФ. Обозначу С_норм.

2. Мерим ёмкость искусственно битой, пары. Причём лучше не одной, а нескольких с усреднением. Предположим получилось 62 нФ. Обозначим С_бит.

3. Мерим рабочую ёмкость повреждённой пары. Пускай она будет 70 нФ (у разбитой пары она всегда меньше). И назовётся С_повр.

4. Далее формула:

Этот же метод заложен в некоторых ИРК-ПРО. Довольно большая погрешность и хорош если точно известны все муфты. Часть инструкции к ИРК-ПРО Альфа от «Связьприбор»

РАЗБИТОСТЬ ПАР

Расстояние до разбитости пары (перепутывания жил) проводится стандартным методом сравнения емкостей.
Только для кабеля без вставок!

В режиме ЕМКОСТЬ в Меню 1 выберите пункт — [ОК]. Подключите жилы к входам А, В, С согласно приведенной схеме (неверное соединение даст некорректный результат). Подключив перепутанные провода, нажмите [ОК] и считайте результат с экрана прибора. Примечание: сравнение пар/жил кабеля ВЫКЛЮЧЕНО

Лично я всё же предпочитаю рефлектометр, получается точнее.

Источник

Взаимная электрическая емкость двух проводников

Как измерить емкость кабеля мультиметром

Чтобы лучше понять суть измерений полезно вспомнить о физике и конденсаторе.

Чем больше площадь пластин S

тем больше ёмкость. И наоборот, чем больше расстояние между пластинами, тем ёмкость меньше. Имеет значение так же то, что находится между пластинами и температура этого диэлектрика, но сползать дальше в физику не буду (читайте классиков).

В кабеле такими пластинами являются жилы кабеля. Чем они длиннее, тем больше площадь S

и, соответственно ёмкость. И наоборот, чем больше расстояние между пластинами
d
, тем ёмкость меньше.

Поиск обрывов жил кабеля

С помощью измерения ёмкости довольно неплохо ищутся обрывы. Действительно, если целая пара 78 нФ, а обрывная 16 нФ можно просто разделить второе на первое получим 0,205 или 20,5% от длины целой пары.

Тем, у кого только ПКП могут посетить эту страницу с методикой работы с ПКП-5

Поиск разбитости пар (разнопарки)

Разбитость, разнопарка, место перепутывания жил. Поиск места разбитости пар измерением ёмкости.

Разбивка пар, разнопарка, битость пар, прослушка. Пониженное переходное затухание.

Это ещё один тип повреждений, который можно искать измерением ёмкости. Для поиска места, где спайщики «начудили» с муфтой, а именно оттуда берётся это повреждение, придётся ввести ещё один параметр: ёмкость искусственно разбитой пары. Мерится она так же, как и рабочая ёмкость только жилы берутся от разных пар.

1. Мерим рабочую ёмкость хорошей пары этого кабеля. Предположим 81 нФ. Обозначу Снорм.

2. Мерим ёмкость искусственно битой, пары. Причём лучше не одной, а нескольких с усреднением. Предположим получилось 62 нФ. Обозначим Сбит.

3. Мерим рабочую ёмкость повреждённой пары. Пускай она будет 70 нФ (у разбитой пары она всегда меньше). И назовётся Сповр.

4. Далее формула:

РАЗБИТОСТЬ ПАР

Расстояние до разбитости пары (перепутывания жил) проводится стандартным методом сравнения емкостей. Только для кабеля без вставок!

Лично я всё же предпочитаю рефлектометр, получается точнее.

При включении или выключении постоянного напряжения в кабельной сети, или под действием переменного напряжения, всегда возникает емкостный ток. Длительно емкостный ток существует только в изоляции кабелей, находящихся под воздействием переменного напряжения. Ток проводимости при постоянном токе существует все время, а к изоляции кабеля оказывается приложено напряжение постоянного тока. Более подробно о емкости кабеля, о физическом смысле этой характеристики и будет рассказано в данной статье.

С точки зрения физики, одножильный кабель круглого сечения является по сути цилиндрическим конденсатором. И если принять за Q величину заряда внутренней цилиндрической обкладки, то на единицу ее поверхности придется количество электричества, которое можно вычислить по формуле:

Здесь е — диэлектрическая проницаемость кабельной изоляции.

В соответствии с фундаментальной электростатикой, напряженность электрического поля Е при радиусе r окажется равной:

И если рассмотреть внутреннюю цилиндрическую поверхность кабеля на некотором удалении от его центра, а это будет эквипотенциальная поверхность, то напряженность электрического поля для единицы площади данной поверхности окажется равной:

Диэлектрическая проницаемость изоляции кабеля колеблется в широких пределах, в зависимости от условий эксплуатации и типа примененной изоляции. Так, вулканизированная резина имеет диэлектрическую проницаемость от 4 до 7,5, а пропитанная кабельная бумага — от 3 до 4,5. Дальше будет показано, как диэлектрическая проницаемость, а значит и емкость, связаны с температурой.

Обратимся к Кельвинову методу зеркального отражения. Опытные данные дают лишь формулы для приблизительного вычисления значений емкостей кабелей, и выводятся эти формулы на базе метода зеркального отражения. В основе метода положение о том, что цилиндрическая оболочка из металла, окружающая бесконечно длинный тонкий проводник L, заряженный до величины Q, влияет на этот проводник так же, как провод L1, заряженный противоположно, но с условием, что:

Прямые измерения емкостей дают различные результаты при разных методах измерения. По этой причине емкость кабеля можно условно разделить на:

Cст — емкость статическую, которая получается посредством измерения непрерывным током с последующим сравнением;

Сэфф — эффективную емкость, которую вычисляют на основе данных вольтметра и амперметра при тестировании переменным током по формуле: Сeff = Ieff/ (ωUeff)

С — действительную емкость, которая получается из анализа осциллограммы по отношению максимального заряда к максимальному напряжению во время теста.

В действительности выяснилось, что величина С действительной емкости кабеля практически постоянна за исключением случаев пробоя изоляции, следовательно на диэлектрической проницаемости изоляции кабеля изменение напряжения не сказывается.

Однако влияние температуры на диэлектрическую проницаемость имеет место, и с ростом температуры она снижается до 5%, и соответственно снижается действительная емкость С кабеля. При этом отсутствует зависимость действительной емкости от частоты и формы тока.

Статическая емкость Сст кабеля при температурах ниже 40 °C согласуется со значением его действительной емкости С, и связано это с разжижением пропитки, при более высоких температурах статическая емкость Сст увеличивается. Характер роста отражен на графике, на нем кривая 3 показывает изменение статической емкости кабеля с изменением температуры.

Емкость кабеля

Если к двум проводникам приложить напряжение, то на них появятся равные по количеству, но разные по знаку заряды. Величина этих зарядов пропорциональна напряжению между проводниками:
Отношение заряда, внесенного на проводник, к потенциалу, до которого зарядился проводник, под действием этого заряда, называется электрической емкостью:

Практическая единица емкости — фарада — очень большая величина, и поэтому обычно емкость измеряют в микрофарадах (10- 6 ф), нанофарадах (10- 9 ф) и пикофарадах (10- 12 ф) или в абсолютной системе единиц — в сантиметрах

Емкость цилиндрического конденсатора (каким является электрический кабель в металлической оболочке) с радиусами электродов (внутреннего г и внешнего R) и длиной l

т. е. емкость конденсатора данных геометрических размеров и формы прямо пропорциональна ε диэлектрика. Диэлектрическая проницаемость ε нейтральных изоляционных материалов не зависит от частоты и слабо зависит от температуры, уменьшаясь при уменьшении последней вследствие теплового расширения вещества. У дипольных изоляционных материалов при повышении частоты переменного напряжения величина ε сначала также остается неизменной, но начиная с некоторой критической частоты, когда поляризация уже не успевает полностью установиться за один полупериод, ε начинает уменьшаться, приближаясь при весьма высоких частотах к значениям, характерным для нейтральных изоляционных материалов. В области низких температур, когда вещество обладает большой вязкостью, ориентация дипольных молекул вдоль поля затруднена; при повышении температуры и уменьшении вязкости возможность ориентации диполей облегчается, вследствие чего ε возрастает. При сравнительно высоких температурах вследствие усиления тепловых колебаний молекул степень ориентации молекул снижается, что приводит к уменьшению ε.

Поле заряженного провода (жилы) вызывает перераспределение зарядов на всех соседних с ним проводах. Потенциал заряженного провода обусловлен зарядом этого провода и зарядами, индуцированных им на других проводах. Определение емкости провода в зависимости от формы и расположения смежных с ним проводов связано со значительными математическими трудностями. Поэтому обычно пользуются для расчетов приближенными формулами.

Эквивалентное значение диэлектрической проницаемости сложной (комбинированной) изоляции определяют по соотношению объемов составных ее частей. При непрерывной и одинаковой по длине изоляции соотношение объемов можно заменить соотношением площадей поперечного сечения. Для комбинированной двухслойной изоляции

Для двухслойной изоляции, комбинированной в радиальном направлении, эквивалентные значения

радиочастотные кабели (рис. 1-2),

Емкость радиочастотного коаксиального кабеля с многопроволочным внутренним проводником

где — коэффициент, учитывающий форму внешнего проводника и представляющий собой отношение емкости кабеля при внешнем проводнике в форме оплетки к емкости кабеля с внешним проводником в форме сплошной трубы; d э — эквивалентный диаметр, мм.

Емкость жилы двухжильного кабеля в общей металлической оболочке или экране

Если обе жилы находятся под одним и.тем же потенциалом, то

Емкость двухжильного кабеля в общей металлической Оболочке или экране может быть определена из частичных емкостей (см. рис. 1-1) по формуле

где С 1 — емкость между жилой А и жилой В, соединенным с экраном; С 2 — емкость жил А и В, соединенных вместе по отношению к экрану; l — длина кабеля, м.

Емкость неэкранированного двухжильного (симметричного) кабеля

Рабочая емкость жилы трехжильного кабеля (рис. 1-1)

Емкость трехжильного кабеля с секторными жилами может быть приближенно определена по указанным формулам с заменой секторных жил круглыми, но с сечением, условно увеличенным на 50% при той же толщине, изоляции.

При включении или выключении постоянного напряжения или вообще при изменениях величины приложенного напряжения возникает емкостный ток. Длительно емкостный ток существует только в изоляции, находящейся под воздействием переменного напряжения. Ток проводимости существует все время, пока к изоляции приложено напряжение постоянного тока.

Емкостное сопротивление — это сопротивление, которое оказывает переменному току конденсатор:

Произведение CR является постоянной времени саморазряда конденсатора; она равна времени, в течение которого напряжение на конденсаторе уменьшается в е = 2,718 . раз:

Измерение емкости

Чтобы провести измерение емкости, мультиметр выполняет зарядку конденсатора от известного источника тока, измеряет результирующее напряжение, а затем вычисляет емкость.

Предупреждение! Исправный конденсатор сохраняет электрический заряд и может оставаться под напряжением после отключения питания. Прежде чем коснуться его, а также перед выполнением измерений: а) отключите питание, б) с помощью мультиметра убедитесь, что питание отключено, в) осторожно разрядите конденсатор, подключив резистор к выводам (как указано в следующем абзаце). Обязательно используйте соответствующие средства индивидуальной защиты.

Для безопасной разрядки конденсатора: После отключения питания подключите резистор на 20 000 Ом, 5 Вт к клеммам конденсатора на пять секунд. С помощью мультиметра убедитесь, что конденсатор полностью разряжен.

С помощью цифрового мультиметра (DMM) убедитесь, что в контуры не поступает питание. Если конденсатор встроен в цепь переменного тока, настройте мультиметр на измерение напряжения переменного тока. Если конденсатор встроен в цепь постоянного тока, настройте цифровой мультиметр на измерение напряжения постоянного тока.
Осмотрите конденсатор. При наличии утечек, трещин, вздутий или других признаков износа замените конденсатор.
Переведите поворотный переключатель в положение измерения емкости ( ). Этот символ на переключателе часто совмещен с символом другой функции. Для начала измерения обычно требуется не только перевести переключатель в нужное положение, но и нажать функциональную кнопку. Инструкции см. в руководстве пользователя мультиметра.

Для правильного измерения необходимо отсоединить конденсатор от цепи. Разрядите конденсатор, как описано выше в предупреждении.

Примечание. У некоторых мультиметров предусмотрен режим относительных измерений (REL). При измерении малых значений емкости можно использовать режим относительных измерений для устранения емкости измерительных проводов. Чтобы перевести мультиметр в режим относительных измерений, оставьте измерительные провода разомкнутыми и нажмите кнопку REL. Таким образом вы устраните остаточную емкость измерительных проводов.

Подсоедините измерительные провода к клеммам конденсатора. Удерживайте измерительные провода подключенными в течение нескольких секунд, чтобы мультиметр автоматически выбрал подходящий диапазон.
Прочитайте отображаемые значения. Если значение емкости находится в пределах диапазона измерения, мультиметр показывает значение емкости конденсатора. Символ OL отображается на экране в следующих случаях: a) значение емкости выше диапазона измерения или б) конденсатор неисправен.

Общая информация об измерении емкости

Поиск и устранение неисправностей в однофазных электродвигателях является одним из наиболее распространенных способов использования функции измерения емкости.

Невозможность запуска однофазного электродвигателя с конденсатором является признаком неисправности конденсатора. Такие электродвигатели продолжают работать после включения, что усложняет поиск и устранение неисправностей. Хорошим примером такой проблемы является неисправность конденсатора для жесткого запуска на компрессорах системы ОВКВ. Двигатель компрессора может запуститься, но вскоре он перегревается, что приводит к срабатыванию выключателя.

Для проверки состояния конденсатора на однофазных электродвигателях с такими проблемами и шумами требуется мультиметр. Почти на всех конденсаторах электродвигателей указано значение емкости в микрофарадах.

Трехфазные конденсаторы для коррекции коэффициента мощности обычно защищены предохранителями. В случае отказа одного или нескольких конденсаторов эффективность системы снижается, что с большой долей вероятности приводит к увеличению расходов на коммунальные услуги и произвольному отключению оборудования. В случае перегорания предохранителя необходимо измерить емкость в микрофарадах на предположительно неисправном конденсаторе и убедиться, что полученное значение находится в пределах диапазона, указанного на конденсаторе.

Полезно знать некоторые дополнительные обстоятельства, связанные с емкостью.

Конденсаторы имеют ограниченный срок службы и часто являются причиной неисправности.

Неисправность конденсатора может быть связана с коротким замыканием, разрывом цепи или физическим ухудшением состояния до точки отказа.

Короткое замыкание конденсатора может вызвать перегорание предохранителя или повреждение других компонентов.

В случае разрыва цепи или ухудшения состояния конденсатора возможен отказ цепи или ее компонентов.

Износ также может изменить значение емкости конденсатора и стать причиной неисправности.

Attenuation — собственное затухание

При распространении сигнала по кабелю он постепенно теряет свою мощность — уменьшается амплитуда тока и напряжения. Численно эта величина выражается следующим образом:

где a — затухание, выраженное в децибелах на км или, чаще, на 100 м. Р0, Рl — мощности сигнала в начале и конце линии. Через первичные параметры затухание может быть выражено как:

где а — затухание, R,L,C,G — первичные параметры кабеля: Сопротивление, Индуктивность, Емкость и Проводимость изоляции. Рассмотрим их подробнее:

Первичные параметры

Сопротивление

Сопротивление медной жилы определяется главным образом сечением, т.к. при повышении частоты наблюдается так называемый поверхностный эффект, который состоит в следующем:

Рис. Поверхностный эффект и эффект близости

При поверхностном эффекте вихревые токи от переменного магнитного поля проводника с током 1 взаимодействуют с током этого же проводника (рис). В центре эти токи направлены встречно, а по краям попутно вызвавшему их току.В результате плотность тока увеличивается по мере удаления от центра проводника к его поверхности. Внутренние слои проводника при этом как бы не используются.

Эффект близости наблюдается при взаимодействии вихревых токов, наведенных магнитным полем проводника 1 в соседнем проводнике 2, с основным током этого проводника (рис). В результате такого взаимодействия происходит перераспределение плотности тока во втором проводнике, при этом она увеличивается на взаимообращенных друг к другу сторонах проводников симметричной цепи в случае, когда токи в проводниках текут в противоположных направлениях и на взаимно удаленных поверхностях при одинаковом направлении токов.

Оба эти эффекта сказываются тем сильнее, чем выше частота протекаемого тока.Суммарное действие этих эффектов приводит к увеличению сопротивления с ростом частоты. В случае многопроволочного проводника сопротивление дополнительно увеличивается за счет того, что вышеупомянутые эффекты наблюдаются в пределах каждой проволоки, и усиливаются тем, что радиус этих проволок мал. Поэтому требования к затуханию для шнуров, жила которых для гибкости скручивается из проволочек, снижены. К тому же площадь сечения проводника многопроволочных жил выбирается несколько большей по сравнению со сплошной жилой.

Емкость

Емкость двухпроводниковой линии определяется как:

где e -коэффициент диэлектрической проницаемости, D и d –диаметры по изоляции и медной жиле. Как видим, если исключить изменения e от частоты, емкость на высоких частотах не меняется. Коэффициент диэлектрической проницаемости зависит от материала изоляции, например у полиэтилена он равен 2,2-2,3, а у пенополиэтилена – 1,2-1,5, что существенно улучшает вторичные параметры.

Проводимость

Проводимость изоляции определяется выражением:

где С – емкость,w — угловая частота, tgd — тангенс угла диэлектрической проницаемости. Проводимость растет с увеличением частоты.

Индуктивность

Индуктивность двухпроводной линии:

где a — расстояние между проводниками, d – диаметр проводника, Q(x) – коэффициент учитывающий внутрипроводниковую индуктивность, который уменьшается с ростом частоты, вследствие поверхностного эффекта.

Первичные параметры зависят от частоты передаваемого сигнала следующим образом:

Различают собственное и рабочее затухания. Последнее несколько выше, так как в нем учитываются дополнительные потери, вызванные рассогласованием нагрузки и затухание вызванное соединениями и разъемами.

Как следствие изменяется от частоты и затухание. Оно растет приблизительно пропорционально квадратному корню из частоты. Точная зависимость определяется конструкцией конкретного кабеля, однако затухание во всем частотном диамазоне не должно превышать норм, определенных стандартами. В зависимости от категории кабеля требования к затуханию выражаются как:

Частота, МГц	Затухание, дБ
	кат.З		кат.4		кат.5
	100м	305м	100м	305м	100м	305м
0.772	2,2	6,8	1.9	5.7	1.8	5,5
1,00	2.6	7.8	2,2	6.5	2,0	6,3
4,00	5,6	17	4,3	13	4,1	13
10,00	9.7	30	6.9	22	6.5	20
16,00	13.1	40	8,9	27	8.2	25
20,00	—	—	10,0	31	9,3	28
31,25	—	—	—	—	11,7	36
62,50	—	—	—	—	17,0	52
100,00	—	—	—	—	22.0	67

Затухание прямо пропорционально длине кабеля. Вследствие зависимости сопротивления от сечения кабеля затухание также растет.

Классификация

Приборы классифицируются на 2 группы — аналоговые и цифровые. Различаются они набором функций, точностью измерений, устойчивостью к помехам, удобством применения.

С помощью тестера можно найти:

силу и напряжение тока;
сопротивление участков цепи и отдельных элементов;
емкость конденсаторов;
индуктивность катушек;
температуру.

Для ремонта электронной или цифровой техники мультиметры просто незаменимы. Приборы помогают быстро обнаружить поломку и исправить ее.

Аналоговые

Представляют собой стрелочные тестеры, состоящие из чувствительного магнитоэлектрического измерителя, добавочных резисторов и шунтов. Информация передается на градуированную шкалу при помощи подвижной стрелки.

Преимущества аналоговых устройств:

устойчивость к помехам;
чувствительность к изменениям в электрической цепи;
доступная цена.

большая погрешность измерений;
нелинейная шкала, для которой требуется предварительное выведение нуля специальным регулятором;
низкое внутреннее сопротивление;
нет автоматического определения полярности;
невозможно измерить переменный ток или напряжение.

Тем не менее некоторые инженеры предпочитают именно аналоговый вариант для тех случаев, когда при испытаниях электрических компонентов нужно точно определить направление и тенденцию изменения величины.

Цифровые

Инструменты последнего поколения очень популярны в среде электронщиков благодаря возможности быстро и точно измерить нужные параметры. Электронные мультиметры более приспособлены для повседневной работы, поэтому их можно с уверенностью рекомендовать новичкам.

Форма и размеры прибора могут быть различными, но алгоритмы измерения основных величин одинаковы практически у всех моделей.

Плюсы цифровых тестеров:

информация выводится на дисплей в виде числа с одним/двумя знаками после запятой в нужных единицах, что позволяет не затрачивать время на расшифровку;
при замене полярности значения отображаются со знаком минус;
высокое внутреннее сопротивление, что сокращает погрешности до минимума;
продуманный интерфейс и простое управление помогает быстро освоить принципы измерения и приступить к работе.

чувствительность к помехам;
тусклый дисплей и искажение значений при разрядке батареи питания.

Цифровые мультиметры имеют выход для подключения компьютера, с помощью которого производится запись и дальнейшая обработка результатов.

Конструкция

Мультиметрами чаще всего называют именно цифровые тестеры. Они могут быть как переносными, так и стационарными для профессионального использования.

Самые удобные для домашнего применения — компактные мобильные модели, которые можно держать в руке. Внешне они представляют собой небольшие приборы в виде плоской коробочки. Питание предусмотрено от батареек. На передней поверхности расположены дисплей, дисковый переключатель для установки режима и смены диапазона, 3-4 разъема для щупов и 1 для транзисторов.

На дисплее высвечивается значение измеряемой характеристики. С помощью ручки управления задается режим (измерение силы тока, напряжения, сопротивления и т.д.). По кругу нанесены обозначения показателей и их диапазон. При установке переключателя метка или стрелка должны быть обращены в нужный сектор.

Разъемы служат для подключения щупов. Черный провод по принятым в электротехнике правилам всегда «минус». «Плюсом» может быть любой цвет, в мультиметрах он, как правило, красный. Для измерения температуры в комплект включается термопара.

Гнезда имеют обозначения:

СОМ — «земля», нулевая клемма, предназначено для черного щупа;
VΩmA — для измерения напряжения, сопротивления и для тока до 200 mA, красный щуп;
10ADC — для тока силой до 10 А.

Два последних используются как контакты для термопары. Отдельно расположен разъем для проверки транзисторов.

Приборы могут выпускаться в ударо-пыле-защищенном исполнении. От механических повреждений электронную начинку подстраховывает прорезиненный кожух, а герметичный корпус изготовлен из негорючего пластика.

Емкость проводов цепей связи

Провода двухпроводной цепи можно рассматривать как обкладки конденсатора, между которыми расположен диэлектрик (воздух, стирофлекс, полиэтилен и т. п.), и емкость С

находится как отношение заряда, приходящегося на длину в 1
км
, к напряжению между проводами цепи.

двухпроводной цепи определяется по формуле
, (4.14)
где e

— относительная диэлектрическая проницаемость (равная для воздуха единице);
а —
расстояние между центрами проводов;
r —
радиус проводов, причем
а
и
r
должны быть в одинаковых единицах.

Для цепей воздушных линий а>>r, поэтому вместо отношения

обычно подставляют отношение .

Емкость цепи из биметаллического провода вычисляется аналогично.

Жилы кабельной цепи расположены близко друг к другу и разделены слоем диэлектрика. Толщина диэлектрика зависит как от диаметра жил, так и от материала диэлектрика и вида скрутки жил. Чаще всего диэлектрик заполняет не все пространство между жилами, а часть его; другая же часть пространства между жилами заполнена воздухом. В этом случае в формулу для емкости цепи необходимо подставлять эквивалентную величину относительной диэлектрической проницаемости eЭ

, которая определяется по величинам относительной диэлектрической проницаемости
e1
и
e2
отдельных диэлектриков и по объемам
V1
и
V2
, занимаемым этими диэлектриками, по формуле

Разрядность, разрешение, погрешность

Разрядность мультиметра — это величина, определяющая число разрядов для записи измеряемой характеристики. Она задает не точность прибора, а вид (длину) числа. Так например, разрядность 4 1/2 означает, что дисплей отображает 4 полных разряда и 1 половинчатый, то есть до 19999 отсчетов. Если величина выходит за эти пределы, необходимо переключиться в другой диапазон.

Разрешение обозначает степень точности прибора, то есть на каком интервале возможно обнаружение изменения характеристики. Если разрешение мультиметра составляет 1 мВ в диапазоне 4 В, то при измерении напряжения в пределах 1 В разница между соседними значениями будет не менее 1 мВ.

Погрешность цифрового мультиметра — это наибольшая ошибка, которую допускается прибором при измерении величин в конкретных рабочих условиях. Чем она меньше, тем ближе полученный результат к фактическому значению.

Чаще всего погрешность выражается в процентах. Например, если она составляет 1%, то при отображении напряжения в 200 В истинное значение распределяется в пределах от 198 до 202 В.

Как выставить нужный режим

Если неправильно установить переключатель, то прибор может выйти из строя, потребуется ремонт. Первое действие, которое нужно сделать перед измерением, — определить, какой ток протекает по проводам. Постоянный ток в батарейках, аккумуляторах или блоках питания, переменный — в бытовой электросети.

Если характер тока изначально неизвестен, можно воспользоваться индикаторной отверткой:

если индикатор не горит ни на каком контакте, — ток постоянный;
при переменном токе свечение в отвертке появляется на фазе, на нуле отсутствует.

Второе — нужно выбрать часть сектора для искомой характеристики. Стандартные обозначения:

— напряжение переменного тока;

DCV или V — — напряжение постоянного тока;

DCA — сила постоянного тока;

Ω — сопротивление;

hFE — усиление транзистора;

знак «диод» — режим проверки диодов.

Следующий шаг — выставить диапазон измерений. Когда сила тока неизвестна, переключатель фиксируется на максимальном значении. Если ток окажется больше ожидаемого, это поможет избежать поломки. Так для стандартного напряжения переменного тока 220 В устанавливается предел 600 или 750 В.

Как правильно пользоваться мультиметром: инструкция для чайников

Рассмотрим, как измерить несколько электрических характеристик.

Потенциал

Алгоритм для определения напряжения:

Установить режим в позицию ACV или DCV в предполагаемом интервале.
Черный провод подключить к коннектору СОМ, красный — к разъему VΩmA.
Наконечники щупов соединить с контактами цепи. Например, ввести в отверстия розетки или на полюса батарейки.
Провести измерение.

Высветившееся на дисплее число — величина напряжения в вольтах. Знак «минус» говорит о том, что полярность была нарушена. Если мультиметр поддерживает функцию удержания, значение можно зафиксировать кнопкой HOLD. Это удобно для большой цепочки измерений.

Сила тока

Эта характеристика измеряется только при последовательном подключении тестера в цепь и включенном питании. Большинство приборов дают возможность определить силу тока до 10 А, поскольку в быту большие значения используются редко.

Для проведения измерений в цепи устраивается разрыв. Дальнейшие действия по следующей схеме:

Черный щуп — в гнездо СОМ.
Красный — в разъем до 200 мА или 10А.
Наконечниками осторожно прикоснуться к контактам.
Считать с дисплея значение напряжения.

При работе с оголенными проводами необходимо соблюдать технику безопасности, чтобы не допустить удара током.

Сопротивление

Эту характеристику можно измерить без подачи питания. Исследуемый элемент просто замыкается между двумя щупами. Если проводимости нет, на экране высвечивается единица.

Установить режим Ω, выбрав максимальный диапазон.
Щупы вставить в соответствующие коннекторы.
Проверить состояние — замкнуть щупы друг на друга. Должен появиться 0 или небольшое число, которое нужно учитывать при измерении сопротивления цепи.
Концы проводников набросить на контакты исследуемого объекта.
На экране появится сопротивление элемента или участка цепи.

Для точных измерений рекомендуется провести 2-3 попытки.

Измерение транзисторов

Для проверки исправности pn-переходов и определения коэффициента усиления:

Установить режим
Вставить ножки транзистора в разъем в соответствии с цоколевкой, соблюдая зоны PNP и NPN.
Отображением на дисплее будет значение усиления сигнала.

Диоды и простейшие транзисторы также измеряются при установленном режиме «диод». К базе подключается красный щуп (плюс), на эмиттер или коллектор черный (минус). При правильной полярности на экране высветится коэффициент передачи.

Долгое воскресное утро, или раздумье о кабелях

Лето, жара… Уже несколько дней стоит безветренная и безоблачная погода, весь город изнывает от духоты и днём и ночью. В полдень солнце такое, что всё вокруг кажется бело-жёлтым и даже самая глубокая тень в подворотнях выглядит серой. Небо белое у горизонта и такое синее над головой, что кажется, что ещё немного и станет чёрным… Да разве так бывает? Это всё жара… Делать ничего не охота, даже ничего не делать неохота… Выспаться бы… Но и в этой «вате» есть свои прекрасные моменты – это когда встаешь утром пораньше, сумерки уже прошли, а солнце ещё не взошло, и так приятно принять холодный душ и почти не вытираясь, прошлёпать босяком по полу в кухню и начать варить кофе… Тишина… Красота… Из окна накатывает лёгкий сквознячок, кофе уже начинает шуметь, мысли бродят одна за другой и тут вспоминается, что ночью не то приснилось что-то в полудрёме, не то показалось, в общем, было что-то интересное… А, вспомнил, точно, было… Какая-то схема измерительного моста с подключенным звуковым кабелем в одном плече. Ну, и зачем мост и кабель. Наверное, для измерения каких-то параметров… Ну и что там измерять мостом, чего не померить другими способами… А, стоп, вспомнил, всё не так, всё немного по-другому – это не для измерения, это для сравнения одного кабеля с другим при одинаковых нагрузках для выяснения разницы… Или наоборот, при одном кабеле проверить разные нагрузки… Опа, это уже интересно, проверить бы надо. И кофе как раз подходит, можно идти включать компьютер… Пока жара не накрыла…Поэтому без церемоний, сразу

Принципиальное вступление.

Вообще-то, те, кто не любят читать, могут сразу идти в конец – там и схема большая и некоторые выводы есть. А те, кто разбирается, то, наверное, уже понимают, что мост, в принципе, и не обязателен – он, скорее, нужен для автономного прибора, а для домашних замеров достаточно давно известного метода определения частотнозависимого сопротивления (например, динамика) с помощью двух резисторов, звуковой карты компьютера и программы SpectraPLUS (или SpectraLab). Такая схема (рис.1) была опубликована в журнале AudioXpress №7 за 2001 год (она же была и в дайджесте журнала Радиохобби №4 за 2001 год). После её сборки в программе SpectraPLUS в меню Processing Settings нужно выбрать режим вычисления и отображения сложной функции передачи между двумя каналами (Complex Transfer Function (Right/Left)), включить утилиту генератора белого шума и запустить анализатор спектра. В результате получится график АЧХ модуля полного сопротивления динамика. Как пример, на рисунке 2 показан результат проверки динамика 10ГДШ-1-4, полученный по этой методике.

Естественно, возникает вопрос, а что ещё можно оценивать таким методом? Трансформаторы, скорее всего, можно. Фильтры разные пассивные тоже… Ну, а если попробовать посмотреть входное сопротивление усилителя или, допустим, параметры звукового сигнального кабеля? Или кабеля, подключенного ко входу усилителя НЧ? Не слишком ли это «тонкие измерения» для того, чтобы хоть что-нибудь увидеть? Поэтому сначала

Часть первая, вводная детективная.

Начнём сразу с проверки кабеля – если здесь не будет результатов, то дальше можно не продолжать…

Для пробы была собрана схема по рисунку 3 и использован первый попавшийся под руку звуковой кабель длиной 120 см. «Шнурок» обыкновенный, тонкий, стерео, применяется для подключения усилителя с RCA-разъёмами к компьютерной звуковой карте с разъёмом minijack 3,5”. Эксперимент проводился на одной жиле (левого канала). К штекеру RCA было подключено гнездо, а к нему припаян резистора МЛТ-0,25 сопротивлением 18 кОм в качестве нагрузки (имитация входного сопротивления одного из используемых в данное время усилителей НЧ).

Первая проверка выдала какой-то «неправильный график» (рис.4). Если «завал» высоких частот ещё можно объяснить влиянием кабеля (что, в общем-то, и ожидалось увидеть), то совсем не понятно, откуда взялся «завал» на низких частотах. Получается, что схема видит здесь какую-то разницу. Хотя, в качестве бредовой идеи можно предположить, что это комплексное сопротивление кабеля сначала плавно повышается, а потом немного понижается.

При проверке подобия сигналов на контактах разъёма «J» (рис.5) графики показывают, что разница между каналами есть – если на нижнем (правый канал) виден плавный и достаточно ровный подъём уровня сигнала на участке частот от 10 Гц до 1…2 кГц, то начало верхнего графика имеет совсем другую форму — сначала резкий, а потом более пологий спад до частот 200…300 Гц («стоящие палки» — это наведённые помехи от сетевого напряжения и их гармоники, они не в счёт).

Кабель был убран, а резистор сопротивлением 18 кОм был подпаян напрямую к контактам разъёма «J». Графики почти не изменились (рис.6), а это значит, что кабель здесь ни при чём и, соответственно, идею о плавном повышении комплексного сопротивления кабеля можно отмести как действительно бредовую.

В ходе последующих экспериментов оказалось, что эта неравномерность на НЧ «лечится» увеличением уровня испытательного сигнала. И это, скорее всего, говорит о том, что слишком мало падение напряжения на резисторе R1. Оно соизмеримо с шумами звуковой карты на участке низких частот и поэтому происходит ошибка в расчётах. Чтобы увеличить падение на R1, нужно или повысить уровень сигнала или увеличить сопротивления резисторов R1 и R2. Второй вариант проще сделать – на рисунке 7 показан график, снятый при подпаянном к разъёму резисторе 18 кОм и с увеличенными в 100 раз резисторами R1 и R2. Вот теперь ровная горизонтальная линия говорит об отсутствии частотнозависимого сопротивления у нагрузки.

Затем резистор 18 кОм был отпаян от разъёма и припаян к гнезду RCA на другом конце кабеля, кабель подключен к разъёму «J» и опять были сняты показания (рис.8). На высоких частотах сразу появился «завал» графика, говорящий об уменьшении сопротивления.

Для проверки работы метода были дополнительно проведены ещё несколько экспериментов с разными нагрузками и результаты каждый раз получались чёткие и повторяемые. Выходит, что изменения в комплексных нагрузках увидеть возможно и остаётся только понять, что они означают. Поэтому нужна

Часть следующая, толковая.

Итак, попробуем разобраться или в очередной раз вспомнить и уточнить, что на что влияет при такой схеме включения и от чего появляются «завалы» на высоких частотах. Ну, и если бывают «завалы», то не могут ли появляться какие-нибудь «подъёмы»?

Небольшой экскурс в физику [1] и [2] говорит о том, что любую линию питания можно рассматривать как множество элементарных отрезков линии, каждый из которых обладает своей индуктивностью, ёмкостью, сопротивлением и проводимостью. Суммарность этих отрезков приводит к понятию «удельность», имеющему метровую разрядность (Гн/м, Ф/м, Ом/м и 1/Ом*м ). Сюда же можно отнести и собственные ёмкости отдельных проводников и их взаимоиндуктивность [3] – и это уже будет, скорее всего, понятие «погонности» (хотя точно не уверен). Индуктивность и ёмкость обладают реактивными сопротивлениями, т.е. их влияние на передаваемый сигнала зависит от частоты сигнала. Чем частота выше, тем большее последовательное сопротивление в линии создаёт её индуктивность (будто бы добавляет резисторов в цепь), и тем меньшее параллельное сопротивление создаётся ёмкостью (она шунтирует сигнал через себя и потому является дополнительной нагрузкой для источника сигнала). Формулы для определения индуктивного и емкостного сопротивления известны [4] и достаточно распространены в расчетах, связанных с радиосвязью – XL=2*3.14*f*L и Xc=10^6/(2*3.14*C). Если f – (частота) в МГц, L – (индуктивность) в мкГн и С – (ёмкость) в пФ, то результат получается в Омах. В общем, если проводить эксперименты только сравнивая показания, а не проводить числовых измерений, то расчеты не нужны. Ну, разве что для проверки «относительной правильности» этих показаний, но здесь почти наверняка будет появляться погрешность, так как нужно будет ещё учитывать упомянутые выше собственные ёмкости проводников, их взаимоиндуктивность и другие некоторые их параметры, например, проводимость. В нашем случае её следует рассматривать как проводимость потерь. Она зависит от того, какой диэлектрик окружает проводник и от частоты пропускаемого сигнала [1]. Получается, что проводимость тоже частотнозависима.

Про омическое сопротивление линии передачи всё более-менее понятно – при достаточно большом диаметре проводников оно постоянно во всём звуковом диапазоне частот. Если же диаметр проводников мал, то начинает оказывать своё влияние скин-эффект [5],[6] и сопротивление линии начинает приобретать частотнозависимость, увеличиваясь с частотой. Правда, вместе с этим скин-эффект вызывает уменьшение индуктивности проводника, но насколько это «влиятельно» в звуковом диапазоне, оценить не берусь.

Может быть, я что-то и «не так» вспомнил, но из всего сказанного можно сделать вывод, что если в экспериментах ёмкость в линии «преобладает» над её индуктивностью, то на графиках будет «завал» на ВЧ. Если наоборот, то будет «подъём». Ну, а если «изгибы» просматриваются на других частотах, то и это однозначно говорит об изменениях в сопротивлении нагрузки, которое в любом случае можно определить как уменьшение или увеличение. В общем, этого понимания достаточно, чтобы перейти к экспериментам.

Попробуем «оценить» кабель. Сначала для большей информативности увеличим показания по оси ординат и введём метку уровня на частоте 20 кГц. На рисунке 9 ещё раз показан тот же самый замер, что и на рисунке 8, но вертикальная шкала теперь имеет метки через 1 dB. Горизонтальная часть линии на участке до 1 кГц находится на уровне 26,09 dB. На помеху 50 Гц можно не обращать внимание – глубина этого «провала» зависит от положения кабеля в пространстве и даже от того, как далеко я от него нахожусь.

Если спад говорит об уменьшении сопротивления, то нельзя ли посмотреть, какому сопротивлению соответствует уровень 24,22 dB? Можно. Для этого отключаем кабель, к minijack-у, вставленному в разъём «J» подпаиваем переменный резистор сопротивлением 47 кОм и вращаем его движок до тех пор, пока уровень линии не станет соответствовать метке 24,22 dB (рис.10). Затем выпаиваем резистор, измеряем его сопротивление и получаем значение 14,2 кОм. Выходит, что если источник сигнала будет выдавать сигналы на частотах, допустим, 70 Гц, 1 кГц и 20 кГц, то два первых он будет отдавать на нагрузку 18 кОм, а последний – на 14,2 кОм.

Кстати, небольшой подъём на ВЧ обусловлен, скорее всего, конструктивной индуктивностью резистора и дополнительными 2-х сантиметровыми проводниками, которыми он был подпаян к разъёму. Проверить это можно включением параллельно нагрузке конденсатора ёмкостью 30 пФ и если «подъём» пропадёт, значит индуктивность есть (рис.11) (кстати, следует понимать, что индуктивность никуда не исчезает, просто её влияние компенсируется влиянием конденсатора). И, естественно, понижение уровня линии на рисунке 11 говорит о том, что если бы резистор не обладал индуктивностью, то при проверке с «подменой» его омическое сопротивление было бы немного больше.

Берём другой кабель (№ 2). Есть ещё сохранившийся с советских времён «шнурок» от наушников ТДС-9. Он длиннее первого кабеля на 30 см и у него экранная оплётка настоящая, т.е. оплетающая центральную жилу, а не просто идущая параллельно ей как у первого (рис.12). Диаметры внутренних жил примерно одинаковы, внутренняя изоляция тоже, разъёмы ставим идентичные.

При проверке (рис.13) на частоте 20 кГц сразу виден завал и он на 1,01 dB больше, чем на рисунке 9.

Приносим в жертву 30 см кабеля и ещё раз снимаем показания (рис.14). «Завал» уменьшился на 0,77 dB, но всё равно ещё на 0,24 dB больше. Логично было бы предположить, что если отрезать ещё 10 см, то параметры кабелей примерно сравняются, но и без обрезания можно сказать, что они почти одинаковые.

Возьмём ещё один кабель (№ 3) – некоторое подобие так называемой в аудиофильном мире «антифазы», или, если по учебникам, то четырёхпроводной симметричной линии [1],[7],[8]. Сделан он был, если честно говорить, на скорую руку (рис.15) и очень посредственно – из обыкновенного гибкого сетевого осветительного провода в ПВХ изоляции. Длина примерно 125 см. Для полной идентичности меняем на одном конце RCA-разъём на minijack и проверяем (рис.16). Видно, что даже в таком «неправильном» исполнении и при длине на 5 см больше первого кабеля, отклонение от горизонтальной части графика меньше на 0,62 dB.

Так… Под рукой есть ещё 75-тиомный гибкий тонкий коаксиальный кабель RG-59 (рис.17) с диаметром внутренней изоляции около 2,8 мм. Отрезаем кусок нужной длины, делаем кабель № 4, проверяем (рис.18)… Нет слов…

Рис.17

Быстренько ищем в тумбочке коаксиальный кабель посерьёзней, попадается какой-то безымянный, тоже 75-тиомный, похожий на РК-75-4-11, но почему-то со внешней изоляцией странного бледно-розового цвета и внутренней белого (рис.19). Оплётка, конечно, «не айс», но всё же намного лучше, чем у RG-59. Опять отрезаем, паяем кабель № 5, проверяем (рис.20). График выглядит неплохо. Показания примерно такие же, но учитывая, что активное (омическое) сопротивление у него будет намного меньше (оплётка из большего количества проводников, центральная жила большего диаметра), то при работе на более низкоомную нагрузку этот кабель должен быть лучше. Есть ещё куски 50-тиомных кабелей, но проверять не будем, так как уже понятно, что в нашем случае следует отдавать предпочтение кабелям с меньшей погонной ёмкостью, т.е. из самых распространённых это будут кабели с волновым сопротивлением 75 Ом, имеющие ёмкость примерно 60-70 пФ/м (у 50-тиомных ёмкость примерно в полтора раза больше, хотя, есть ещё зависимость ёмкости от типа внутреннего диэлектрика, но дома нет ничего такого со вспененной изоляцией, поэтому проверять нечего).

Проведём ещё такую проверку – снимаем с кабеля РК-75 все разъёмы, одним концом подпаиваем его напрямую к контактам «J», к другому концу припаиваем резистор 18 кОм, включаем и смотрим на рисунок 21. Ну, вот теперь можно оценить влияние разъёмов.

Есть ещё один тип кабелей, который хотелось проверить – это так называемая «косичка» сделанная из компьютерной витой пары 5-ой категории. Делаем кабель №6 (рис.22) и смотрим (рис.23). Неплохо…

Показалось, что слишком плотно свил косы, поэтому попробовал их «распушить» (рис.24) – по теории, из-за того, что проводники будут находиться дальше друг от друга и будут пересекаться под более тупым углом, должна будет уменьшиться погонная ёмкость кабеля. График на рисунке 25 показывает что да, ёмкость уменьшилась. Судя по цифрам, характеристики сравнялись с коаксиальным кабелем, правда при этом физическая длина «косички» стала короче — всего 103 см.

Так… Интересно, а можно ли сделать линию, в которой погонная ёмкость будет «слабее» погонной индуктивности и у графика появится «подъём» на ВЧ? Это, наверное, надо взять два круглых проводника и разнести их на такое расстояние, когда влияние ёмкости будет меньше, чем влияние индуктивности… На куске МДФ подходящего размера делаем рабочий макет линии (№ 7) длиной 120 см из двух проводников ПЭЛ диаметром 0,8 мм, находящихся друг от друга на расстоянии 10 мм (рис.26). На один её конец паяем разъём, на другой – резистор 18 кОм. Смотрим показания (рис.27) и видим, что да, действительно, есть небольшой подъём на ВЧ, говорящий об увеличении реактивного сопротивления линии на этих частотах.

Уменьшаем расстояние между проводниками до 5 мм, меряем (рис.28) – изменения есть, но небольшие. К тому концу линии, где был резистор, припаиваем штекер и гнездо RCA, а уже к гнезду – резистор. Смотрим рисунок 29, видим ещё небольшое уменьшение.

Учитывая, что уровень горизонтальной части линии находится на отметке 26,09 dB, можно считать показания в 26,10 dB достаточно хорошими. Тем более надо помнить, что весь этот контроль параметров кабелей проходит в схеме с выходным сопротивлением более 3,3 кОм. Поэтому возникает вопрос «Ну и что всё это значит?» и начинается

Часть следующая, беспардонная.

Ну, посмотрели мы на эти «весёлые картинки»… Действительно, и что? С какого перепугу кто-нибудь будет ставить на выходе ПКД резистор в 3 кОм чтобы потом жаловаться, что «верхи» завалены? Ну, согласен, бывает слышна замена одного кабеля на другой… Но это ведь нельзя объяснять только очень большим выходным сопротивлением источника сигнала? Наверное и нагрузка как-то задействована. Не стоит ли теперь обратить внимание не только на источник, но и на нагрузку – помниться, кто-то хотел ещё и Rвх усилителя посмотреть…

Как уже было сказано выше, сопротивление резистора в 18 кОм выбиралось исходя из того, что примерно такое входное сопротивление имеет один из усилителей, который будет принимать участие в проверке. Их всего три – два ламповых («Лофтин из ТВ деталей» А.И. Манакова и «Покемон» О. Чернышёва) и один транзисторный («УМЗЧ с глубокой ООС» И.Т. Акулиничева). Входные цепи каждого из них показаны на рисунке 30. Видно, что у всех разные входные сопротивления.

Рис.30

Сначала проверяем Лофтин с кабелем №1. Снимаем показания при разных положениях регулятора громкости – в «нулевом», в среднем и в максимальном. Объединяем всё в один рисунок 31, где верхний график – замер при «нулевом» положении. Изменение уровня горизонтальной части линии к значению «27,15» относительно «26,09» на предыдущих рисунках говорит о сопротивлении нагрузки, отличном от 18 кОм. Так оно и есть – при разных положениях движка переменного резистора сопротивление входа будет меняться от 22 кОм до 17 кОм. Минимальное сопротивление будет при параллельном соединении резисторов 22 кОм и 75 кОм – около 17 кОм. Если посчитать разницу между значениями меток (это для контроля изменение уровня на 20 кГц относительно 160 Гц), то при «нулевом» положении регулятора громкости она равна 2,56 dB, при среднем – 2,38 dB, при максимальном – 2,34 dB.

Теперь проверим кабель № 6 – «косичку» (рис.32). Разница в показаниях меток – 0,33 dB, 0,37 dB и 0,74 dB. Обращает на себя внимание нижний график — несмотря на то, что при максимальной громкости Rвх понижается и это должно уменьшать влияние, оказываемое погонной емкость кабеля, разница в «завале» на 20 кГц увеличивается в два раза. Надо полагать, что здесь начинает влиять ещё какая-то ёмкость. Скорее всего, это сумма емкостей – например, монтажной, конструктивной используемых элементов и ёмкости Миллера, зависящей от проходной ёмкости лампы и коэффициента усиления каскада [9]. Для проверки были проведены ещё два таких же измерения – результат одинаковый, с небольшой разницей в + 0,02 dB и -0,03 dB.

Чтобы проверить какое влияние на показания оказывает сопротивление резистора R2, а то, может быть, оно очень большое и всё, что получается – «лажа полная», уменьшаем его номинал до 33 Ом (R1 остаётся 1 кОм). Снимаем графики и совмещаем их в один рисунок 33. Разница между горизонтальным участком и «завалом» – 0,33 dB, 0,39 dB и 0,75 dB. Можно сказать, что предыдущие результаты повторяются. То, что уровни горизонтальных участков остались прежние, несмотря на изменение сопротивления резистора R2, объясняется тем, что звуковая карта в режиме «Complex Transfer Function (Right/Left)» выводит на экран, грубо говоря, расчетную разницу между каналами, а не уровни напряжение в них. Т.е. если разница одинаковая, то и значения будут одинаковые, и сопротивление R2 здесь не критично.

Теперь проверим эти же два кабеля на усилителе «Покемон». В зависимости от положения движка регулятора громкости его активное входное сопротивление меняется от 1,8 кОм до 1,757 кОм. Резистор R2 ставим 3,3 кОм, подключаем кабель №1. Снимаем графики (рис.34). Показания сильно изменились, для большей информативности меняем значения шкалы ординат. В результате видим, что разница между горизонтальным участком и «завалом» очень мала – 0,05 dB, 0,04 dB и 0,06 dB.

Меняем кабель на №6, снимаем показания (рис.35). Вместо «завала» на ВЧ происходит «подъём» и разница с горизонтальной часть составляет 0,03 dB независимо от положения регулятора громкости. Также видим, что изменился общий уровень графиков в сравнении с использованием кабеля №1, что говорит о меньшем сопротивлении кабеля №6 (разница 0,06 dB и 0,04 dB при минимальной и максимальной громкости соответственно).

А проверим ещё кабель №7 – симметричную линию из двух проводников. Выставляем расстояние между ними 10 мм, снимаем показания (рис.36). Разница между горизонтальной частью и 20 кГц сохранилась такой же – 0,03 dB, общий уровень графиков при минимальной и максимальной громкости упал ещё на 0,02 dB. Что не очень понятно, так как это говорит об уменьшении потерь во всём диапазоне частот, что, скорее всего, связано с активным, т.е. омическим сопротивлением, несмотря на то, что в «косичке» в каждой жиле стоит по шесть параллельных проводников диаметром 0,5 мм (суммарное сечение 1,178 кв.мм), а в симметричной линии стоят провода по 0,8 мм (сечение 0,502 кв.мм).

Проверяем подключение кабелей к последнему усилителю – транзисторному с глубокой общей отрицательной обратной связью. Его входное сопротивление меняется от 10 кОм при «нулевом» положении движка регулятора громкости и до 4,28 кОм при максимальной громкости. Сначала кабель №1. Показания объединяем в рисунок 37 и видим, что «завал» на ВЧ меньше, чем у Лофтин-а и больше, чем у «Покемона». Ну, понятно – входное сопротивление находится где-то посредине между ними. Интересен «подъём» графика на НЧ при максимальной громкости. Но, скорее всего, ничего непонятного здесь нет, и всё объясняется ёмкостью входного конденсатора и сопротивлением стоящего последовательно с ним резистора (рис.30). Так как усилитель инвертирующий, то его входное сопротивление равно сопротивлению этого резистора. Вот и получается, что резистор является нагрузкой для сигналов, проходящих через конденсатор, и на частотах ниже 50 Гц начинает сказываться увеличение его реактивного сопротивления. Схема проверки это видит и показывает на графике как увеличение сопротивления нагрузки. А на среднем графике этого не заметно, так как последовательное включение части сопротивления переменного резистора уменьшает это влияние.

Теперь показания, снятые с кабелем №7 (рис.38). По цифровым значениям на двух верхних графиках видно, что увеличение сопротивления на ВЧ имеет то же значение 0,03 dB, просто размерность шкалы другая, поэтому «на глаз» это не так информативно, как было на рисунках выше. А выравнивание этого «подъёма» на нижнем графике связано с тем, что в усилителе после регулятора громкости стоит конденсатор ёмкостью 100 пФ и он при верхнем положении движка регулятора подключается к линии напрямую и понижает её реактивное сопротивление на этой частоте.

Часть предпоследняя, выводная банальная.

Наверное, из просмотра всех этих картинок уже можно сделать некоторые выводы. Но сначала хотелось бы напомнить, что «завалы» и «подъёмы» графиков говорят только об изменении сопротивления нагрузки для источника сигнала и не говорят о том, как меняются уровни сигналов на входе усилителя. «Завалы» обычно связаны с ёмкостью в линии или в нагрузке линии и в большинстве случаев приводят к уменьшению уровня ВЧ на входе усилителя. «Подъём» графиков на ВЧ, как бы это не казалось странным, тоже говорит о потерях на этих частотах, так как «подъём» — это увеличение сопротивления в линии, а значит образование Г-звена фильтра НЧ совместно с ёмкостью нагрузки. А ещё можно представить такой вариант, когда уменьшение входного сопротивления усилителя, связанное с его входной ёмкостью, в такой мере компенсируется индуктивной реактивностью подключенного кабеля, что «завал» выравнивается. Это, конечно, редкий случай, но говорящий о том, что всё, что здесь показано, гораздо более относится к источнику сигнала, а не к усилителю.

А также всё здесь показанное не может категорично заявлять о том, какой кабель является лучшим, но может помочь понять в чём заключается «эффект сравнения» одного кабеля с другим.

Но некоторые выводы сделать можно. Первый, самый очевидный – это если уменьшать сопротивление нагрузки на «другом» конце кабеля, то влияние кабеля на передачу сигнала тоже уменьшается. При этом надо учитывать, что источник сигнала тоже должен обладать низким выходным сопротивлением и что омическое сопротивление кабеля и всех контактных соединений должно быть минимальным, иначе получим «делители» на пути звука.

Второй вывод – конструкция кабеля должна подразумевать максимальное уменьшение его реактивного сопротивления – с ёмкостью бороться удалением проводников на большее расстояние друг от друга, с индуктивностью – укорочением проводников и изменением их геометрии (например, делать в виде ленты, т.к. у неё меньше индуктивность). Впрочем, укорочение хорошо и для уменьшения ёмкости кабеля, это и так понятно, поэтому начинается

Часть последняя, элементарно конструктивная.

На самом деле почти все приведенные выше рисунки были сделаны при использовании схемы по рисунку 39. Она принципиально идентична схеме на рисунке 3, но в неё добавлен некоторый сервисные удобства – возможность подключения кабелей как разъёмами minijack 3,5” (гнездо «Х3»), так и с RCA (гнездо «Х4») и введён трёхпозиционный переключатель S1 для оперативного изменения сопротивления резисторов-делителей при контроле нагрузок разного сопротивления. Так же в схему добавлен буферный усилитель на микросхеме LM386 и 12-тивольтовый стабилизатор для её питания. Резисторный делитель сигнала на входе (гнездо «Х1») можно заменить на переменный резистор и тогда получится плавная регулировка уровня сигнала, но как оказалось, достаточно один раз выставить этот уровень движком в меню виндовского микшера.

Конструктивно «большая проверочная схема» выполнена в корпусе от модема ZyXEL Omni 56k (рис.40 и рис.41). Просто при выборе корпуса под разведенную печатную плату, в руки попалось это чудо забугорной техники и, оказывается, на плате модема уже присутствует усилитель на LM386, стоит множество электролитических конденсаторов, разведено место для стабилизатора питания. Осталось только «сдуть» все ненужные компоненты, допаять нужные, закрепить переключатель и установить у задней стенки планки с разъёмами.

Питающее напряжение берётся с трансформаторного блока питания от какой-то офисной техники (не то от принтера, не то от сканера), с выходным выпрямленным напряжением 20 В. Ну, в общем, всё получилось быстро и удобно. Печатная плата не пригодилась, но файл в формате программы Sprint-Layout 5 находится в приложении к статье, разводка сделана со стороны печати, поэтому при изготовлении по лазерно-утюжной технологии нужно включать режим «зеркально».

Естественно, такая «большая проверочная схема» нужна только для экспериментальных работ, а для проверки одного-двух кабелей достаточно схемы из двух резисторов по рисунку 3. При проведении проверки с подключенным к кабелю усилителем есть один нюанс – очень может быть, что сигнальный и «земляной» контакты разъемов нужно будет поменять местами (на рисунке 39 это видно). Связано это с «протеканием» ВЧ сигналов по питающим шинам (или по заземлению) из компьютера в усилитель (или наоборот). «Протекание» выражается в явной неправильности показаний и легко определяется при смене усилителя на нагрузку в виде резистора .

При конструировании «большой проверочной схемы» можно добавить элементы для оперативной оценки эквивалентного сопротивления нагрузки в Омах – спаренный переключатель S2, спаренную кнопку S3 и два переменных резистора R 220 Ом и R 68 кОм (рис.42). Тогда после снятия графиков можно переключить S2 на резисторы, движками которых выставить такое сопротивление, при котором уровень линии на графике будет соответствовать интересующему значению. Затем вернуть S2 в прежнее положение и нажатием кнопки S3 измерить номиналы резисторов. Кнопка нужна для того, чтобы отключать омметр при подаче сигнала на резисторы и исключить влияние проводов измерительного прибора при замерах.

Поэтому же, при выполнении выходных цепей измерителя и при добавлении дополнительных элементов следует обратить внимание на то, что монтаж следует проводить максимально аккуратно и не привнести дополнительную реактивность к «измерительным» разъёмам.

Литература: 1. З. Беньковский, Э. Липинский, «Любительские антенны коротких и ультракоротких волн», Москва, «Радио и связь», 1983 г. 2. Г.З. Айзенберг, С.П. Белоусов, Э.М. Журбенко, Г.А. Клигер, А.Г. Курашов, «Коротковолновые антенны», Москва, «Радио и связь», 1985 г. 3. М.Л. Волин, «Паразитные связи и наводки», Москва, «Советское радио», 1965 г. 4. С.Г. Бунин, Л.П. Яйленко, «Справочник радиолюбителя-коротковолновика», Киев, «Технiка», 1984 г. 5. Д.В. Сивухин, «Общий курс физики, т. 3. Электричество», Москва, Главная редакция физико-математической литературы, 1983 г. 6. С.Г. Калашников, «Электричество», Москва, «Физматлит», 2003 г. 7. Семёнов Н.А. «Техническая электродинамика», Москва, изд «Связь», 1973 г. 8. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. «Антенно-фидерные устройства», Москва, изд. «Советское радио», 1974 г. 9. Г.В. Войшвилло, «Усилители низкой частоты на электронных лампах», Москва, Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио, 1963 г.

Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим, июль-август 2015

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
Рисунок №39
OP1	Аудио усилитель	LM386	1	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VR1	Линейный регулятор	LM7812	1	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R1	Резистор	9.1 кОм	1	МЛТ-0,25	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R2, R11	Резистор	1 кОм	2	МЛТ-0,25	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R3, R9	Резистор	10 Ом	2	МЛТ-0,25	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R4	Резистор	100 кОм	1	МЛТ-0,25	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R5	Резистор	220 Ом	1	МЛТ-0,25	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R6	Резистор	33 Ом	1	МЛТ-0,25	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R7	Резистор	330 Ом	1	МЛТ-0,25	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R8	Резистор	3.3 кОм	1	МЛТ-0,25	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R10	Резистор	100 Ом	1	МЛТ-0,25	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
C1	Конденсатор электролитический	22 мкФ	1	16 В	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
C3, C5, C6	Конденсатор электролитический	330 мкФ	3	16 В	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
C2, C7, C8	Конденсатор	100 нФ	3	дисковый керамический	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
C4	Конденсатор	47 нФ	1	дисковый керамический	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
C9	Конденсатор электролитический	1000 мкФ	1	25 В	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
X1, X2, X3	Гнездо	minijack 3,5”	3	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
X4	Гнездо	RCA	1	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
Добавить все

Прикрепленные файлы:

Плата для схемы проверки комплексных сопротивлений.rar (11 Кб)

Популярные модели: краткий обзор мультиметров

Большинство тестеров производится в Китае. Они достаточно точно определяют электрические характеристики и при соблюдении правил эксплуатации надежны и долговечны. Важно знать, как пользоваться мультиметром для начинающих, чтобы при работе не возникло проблем.

Мультиметр DT830B

Предназначен для измерения тока не выше 10 А. На корпусе 3 стандартных разъема и один для проверки транзисторов и диодов. Питание прибора осуществляется от батареи типоразмера «крона». Для нее нет отдельного гнезда на корпусе, она вставляется в при полностью снятой задней крышке.

В комплекте 2 щупа. Один черный, который подключается к разъему СОМ, другой красный — во второй или третий согласно измеряемой величине. Щупы изготовлены в бюджетном исполнении. При желании можно купить более качественные, но и эти вполне удобны для использования.

При проведении замеров сначала подключается черный провод, затем красный. Держать щупы нужно аккуратно, не касаясь металлических наконечников. Если «плюс» и «минус» перепутаны, прибор даст об этом знать знаком «-» перед числом на экране.

Максимальное значение напряжения для этого мультиметра — 500 В. При приближении к нему на дисплее появляется значок «HV» — High voltage, предупреждающий о высоком вольтаже. Если нужна максимальная точность измерений, необходимо учитывать сопротивление самих щупов. Это определяется при замыкании наконечников друг на друга. Модель DT830В недорогая. В комплекте может отсутствовать инструкция на русском языке.

При использовании тестера нужно учитывать особенности:

погрешность составляет около 1%;
ручная установка режимов;
исполнение не ударопрочное, пластиковый корпус при ударе можно повредить;
щупы среднего качества;
нет подсветки дисплея.

Мультиметр DT832

Модель очень похожа на предыдущую, но функционал расширен возможностью использования генератора и измерения температуры. Помимо щупов в комплект входит термопара.

Для удобства пользователей индикатор питания показывает разрядку батарейки, на дисплее появляется знак ВАТ. Система защиты содержит предохранители, которые при ошибке оператора перегорают, и тогда их необходимо менять на аналогичные новые.

Для использования генератора переключатель функций нужно установить в положение _|¯|_|¯. Щупы подключить к нулю и VΩmА. Между ними появится ток частотой 50 Гц и напряжением около 5 В, который можно использовать для своих целей.

Мультиметр DT838

Модель по виду и принципу работы очень похожа на предыдущую. Выполняет функции — измерение параметров постоянного и переменного тока, транзисторов, прозвонка плюс тестирование диодов, определение температуры, емкости конденсаторов. Генератора как в DT832 нет.

Щупы достаточно мощные и имеют большое сопротивление. В комплекте есть термопара с датчиком. Дизайн девайса более понятный, яркая шкала, крупные обозначения. Переключатель двухцветный, со светлой стрелкой на указателе. Это позволяет меньше ошибаться при перестановке режимов. При перегрузках на дисплее высвечивается «1». Для защиты от ошибок оператора в систему встроен плавкий предохранитель.

Мультиметр DT9208A

Модель имеет широкий функционал. С ее помощью можно:

измерить силу тока, напряжение, частоту и сопротивление;
прозвонить цепь;
провести диодный тест;
определить коэффициент передачи транзистора и емкость конденсатора.

Прибор укомплектован термопарой, которая используется для измерения температуры от -40 до 1000°С. Индикатор разрядки батареи — знак на дисплее +- — укажет, что пора заменить источник питания. При паузе более 15 мин срабатывает автоматическое отключение прибора. Для его включения необходимо нажать на кнопку Power.
Особенность DT 9208A — возможность измерять токи свыше 10 А. Для этого на корпусе присутствует отдельный разъем. Для удобства считывания данных дисплей можно повернуть и установить под нужным углом.

Все пределы защищены от перегрузок комбинированной системой. Информация на экране удерживается с помощью кнопки HOLD. Для защиты от химического воздействия и пыли комплектация может включать силиконовый кожух. Если его нет, рекомендуется приобрести самостоятельно.

Мультиметр DT9205A

Высокоточный прибор с погрешностью не более 0,5% применяются в полевых или лабораторных условиях, мастерских, домашнем хозяйстве. Диапазон рабочих температур — 0…40°С. Хранить рекомендуется при -10…+50°С.

Корпус достаточно большой — 186х86х41 мм, изготовлен из прочного пластика желтого цвета. Дисплей тоже крупный, хорошо читаются все цифры и значки.

Питание включается кнопкой Power. Внизу расположены 4 коннектора, в том числе для измерения тока свыше 20 А. Разъем для транзисторов — в правом верхнем углу. Нет функций определения температуры и частоты, использования генератора.

Мультиметр DT-61

Этот прибор объединяет 6 функций:

стандартного цифрового тестера;
влагомера;
термометра;
бесконтактного измерителя переменного тока;
люксметра;
шумомера.

DT-61 предназначен для профессиональной и бытовой сферы. Цифровой мультиметр измеряет силу и напряжение постоянного/переменного тока, сопротивление, осуществляет прозвонку электрических цепей, тестирование диодов и определение температуры.

Помимо этого в его функционал включено измерение уровня шума в производственных цехах, школах, офисах, жилых домах, аэропортах. Прибор осуществляет проверку акустики студий, студенческих аудиторий и оборудования, работающего с выделением шумового загрязнения. Для перехода в режим шумомера переключатель нужно установить в сектор dCB, направить микрофон на источник звука (горизонтально). При сильном ветре рекомендуется применять ветрозащиту.

Функция люксметра используется при определении освещенности помещений. Светочувствительный селеновый фотоэлемент преобразует энергию света в электрическую и определяет интенсивность наклонно падающих лучей с высокой точностью. Для проведения измерений переключатель устанавливается в режим Lux.

Определение влажности воздуха производится в режиме ON. Необходимо разместить прибор в помещении как минимум на 2 часа. Показатели будут отображены на дисплее %RH.

Переходные затухания — NEXT и FEXT

В кабелях на основе витой пары передача информации происходит по двухпроводным цепям, расположенным рядом под общей оболочкой. Электромагнитные поля соседних цепей оказывают воздействие друг на друга, что приводит к искажениям полезного сигнала и ухудшению качества связи — в сетях передачи данных к «потерянным пакетам».

Количественно этот параметр оценивают при помощи переходного затухания. Переходное затухание подразделяется на 2 величины — переходные затухания на ближнем и на дальнем концах (В иностранной литературе: NEXT — Near-End-Crosstalk и FEXT — Far-End-Crosstalk). Различия между ними заключаются в следующем:

Для вычисления NEXT используется отношение излученной мощности к мощности пришедшей вследствие наведенных токов на тот же конец кабеля, на котором расположен генератор:

, где NEXT (или A0) — переходное затухание на ближнем конце, дБ. P10 — мощность излученная генератором, P20 — мощность, пришедшая к ближнему от генератора концу подверженной влиянию линии.

, где FEXT (или Al) — переходное затухание на дальнем конце, дБ. P10 — мощность излученная генератором, P21 — мощность, пришедшая к дальнему от генератора концу подверженной влиянию линии.

Зависимости NEXT и FEXT от длины линии показаны на следующем графике:

Как видим, NEXT снижается с ростом линии, приходя к некоему стабильному значению. Это связано с тем, что влияющие токи уменьшаются по амплитуде по длине кабеля, и, следовательно их вклад в общую картину наводок становится меньше и меньше и значение NEXT стабилизируется. Иная картина наблюдается с FEXT, где имеется явно выраженный минимум переходного затухания.

В отличие от собственного затухания, большее значение переходного затуххания соответствует лучшей помехозащищенности, то есть более качественному кабелю.

Нормы переходного затухания для различных категорий кабеля выглядят следующим образом:

Источник