Сегодня мы с вами будем разбираться, как в электронике измеряют силу тока. Мы рассмотрим самый распространённый способ измерения тока с помощью шунта.
По пути выясним, что такое шунт, зачем он нужен, и почему амперметры на самом деле являются вольтметрами, измеряющими напряжение.
Что такое шунт?
Шунт – это специальный резистор, который устанавливается последовательно в цепи, где нужно измерить ток.
Его особенность заключается в низком сопротивлении, высокой точности, термостабильности и способности рассеивать мощность. Современные резисторы также могут использоваться в качестве шунтов, но об этом мы поговорим позже.
Как рассчитать ток в цепи?
Возникает вопрос: как резистор, подключенный последовательно в цепи, измеряет ток? Дело в законе Ома.
Допустим, у нас есть цепь, состоящая из лампочки и батарейки. Например, у нас 12-вольтовая батарейка и лампочка с сопротивлением 30 Ом.
Зная эти параметры, можем рассчитать ток по закону Ома. При напряжении 12 В и сопротивлении 30 Ом ток будет 0,4 А.
Если в цепь добавить ещё одну нагрузку с неизвестным сопротивлением, узнать ток станет сложнее.
В этом случае измеряем напряжение на известной лампочке и делим его на её сопротивление, получая ток.
В реальности конечно же лампа накаливания не может иметь стабильное сопротивление и при нагревании оно естественно будет изменяться.
Поэтому если вместо лампочки в схему установить шунт со стабильным, не зависящими от внешних факторов сопротивлением, то мы легко можем рассчитать ток во всей цепи измеряя лишь только падение напряжения на известном по сопротивлению участка.
Амперметр – это вольтметр!
Все амперметры на самом деле измеряют напряжение, а не ток. Они определяют падение напряжения на шунте.
Шкала амперметра размечена так, чтобы показывать ток, проходящий через цепь, измеряя падение напряжения на шунте.
Современные мультиметры используют аналогичный принцип: они измеряют падение напряжения на шунте с помощью микроконтроллера.
Из чего сделан шунт?
Шунт должен обладать стабильностью сопротивления в широком диапазоне температур. Шунты изготавливают из манганина и константана – сплавов, которые обеспечивают стабильное сопротивление.
В домашних условиях можно использовать медную или нихромовую проволоку для изготовления шунта, но специализированные шунты применяются в точной измерительной технике и для измерения больших токов.
Шунт защищает современную электронику
Шунты широко используются в современной электронике, особенно в импульсных блоках питания.
Они контролируют ток потребления и защищают устройства от короткого замыкания и перегрузок.
В современных схемах используются SMD резисторы с малым сопротивлением. Чем меньше сопротивление шунта, тем меньше его нагрев и тем сложнее измерить падение напряжения на нём.
Здесь помогают операционные усилители и компараторы, которые способны улавливать минимальные изменения напряжения.
Шунт + операционный усилитель
В модулях DC-DC преобразователей напряжения, которые регулируют ток, операционные усилители контролируют ток с помощью шунта.
Например, в микросхеме TL494 встроены операционные усилители, к которым можно подключить шунт для настройки уровня тока или защиты по току.
А кто если не шунт?
Измерить ток можно и бесконтактными методами, например, с использованием эффекта Холла или трансформаторов тока.
Такие методы применяются в современных бесконтактных токоизмерительных клещах.
Существует также оптический способ измерения тока, основанный на эффекте Фарадея.
Надеюсь, теперь вы лучше понимаете, как измеряется ток в электронике и почему шунты так важны в этом процессе.
Различного рода внешние шунты для внедрение в свои электронные проекты, можно приобрести на AliExpress.
Если понравился пост, не забудьте поставить плюсик и оставить комментарий, будет интересно узнать ваши рассуждения.
