![](https://piotr-gorecki.pl/wp-content/uploads/2024/07/Q026_00_fmt.jpeg)
Skrzynka pytań i odpowiedzi. Pomiary prądu, co to jest bocznik i jak go zrobić?
W tej rubryce przedstawiane są odpowiedzi na wybrane pytania dotyczące elektroniki, zawarte w komentarzach do postów i filmów, nadsyłane przez Patronów i Mecenasów oraz innych Czytelników za pomocą kanałów podanych na stronie: Zapytaj, odpowiedz.
Dzień dobry, [w filmie] (…) wspomniał Pan o boczniku. (…) jak dobiera się boczniki? Jaka jest zasada stosowania bocznika? W prostowniku na wyjściu jest zastosowany bocznik – jak on wpływa na napięcie na wyjściu?
Czy obniża napięcie? Czy bocznik jest rezystorem? (…) Dziękuję. Stefan
Po pierwsze trzeba przypomnieć, że bocznik to po prostu rezystor. Ale rezystor o małej, a często o bardzo małej, rezystancji. W każdym razie rezystor.
Jeżeli w jakimś obwodzie chcemy zmierzyć wartość prądu, włączamy w ten obwód właśnie rezystor o jakiejś małej rezystancji R i mierzymy na nim spadek napięcia U według rysunku 1. Napięcie mierzymy bezpośrednio, bo mamy do dyspozycji różne woltomierze, natomiast prąd mierzymy najczęściej pośrednio, w tym przypadku jako spadek napięcia na niewielkiej rezystancji. Wartość płynącego tam prądu obliczamy z oczywistej zależności: I = UB / RB.
Co ważne, w roli boczników można wykorzystywać najróżniejsze rezystory, byle miały odpowiednie parametry. O parametrach za chwilę, ale najpierw ważna uwaga. Otóż w wielu źródłach, w tym w polskiej Wikipedii, znajdziemy sugestie – patrz poniższy rysunek 2 – że bocznik to rezystor o specjalnej konstrukcji. Owszem, niektóre boczniki rzeczywiście mają specjalną konstrukcję. Na przykład są boczniki do pracy przy bardzo dużych prądach, rzędu setek, a nawet tysięcy amperów – omówię je w dalszej części artykułu. Są też boczniki przeznaczone do pomiaru prądów o wysokiej częstotliwości – takie boczniki z konieczności muszą mieć specjalną konstrukcję!
Ale boczniki najczęściej wykorzystywane są do pomiaru niezbyt dużych prądów stałych i prądów przemiennych o częstotliwości sieci 50 Hz. Wtedy specjalna konstrukcja nie jest potrzebna!
Bardzo dobra wiadomość jest taka, że do takich „łatwych” pomiarów można wykorzystać niemal dowolne rezystory o małej rezystancji.
Podstawowa zasada jest oczywista: czym mniejsza wartość rezystancji RB bocznika, tym lepiej. Lepiej, bo włączenie w obwód małej, albo wręcz znikomo małej rezystancji praktycznie nic nie zmienia – układ „nie widzi” dodanej bardzo małej rezystancji.
I tu jest odpowiedź na pytanie, czy bocznik obniża napięcie na wyjściu? Otóż w zasadzie tak, bo na boczniku występuje spadek napięcia UB, o wielkości UB = IX × RB
Dlatego, jak pokazuje rysunek 3, napięcie UL na obciążeniu jest mniejsze od napięcia zasilania UZ właśnie o spadek napięcia UB. Tak, ale jeżeli rezystancja RB jest bardzo mała, to i spadek napięcia UB jest bardzo mały, nieznaczący. Tak, tylko po pierwsze muszą one mieć odpowiednio małą rezystancję, często poniżej 0,1 oma.
Po drugie, muszą mieć odpowiednio dużą obciążalność, czyli potocznie mówiąc – moc.
Praktyczny problem w tym, że wśród elektroników najpopularniejsze są rezystory o rezystancjach w zakresie od 1 oma do 10 megaomów, a do roli boczników zwykle potrzebne są rezystory o wartościach poniżej 0,1 oma. Takie rezystory były i są mało popularne.
A jeżeli chodzi o obciążalność, czyli moc strat, to w układzie z rysunków 1 i 3 prąd IX płynąc przez rezystancję bocznika RB powoduje nie tylko powstanie spadku napięcia UB, ale też wydzielenie w rezystorze RB mocy strat w postaci ciepła. Jak przypomina rysunek 4, tę moc liczymy według szkolnych wzorów:
P = I × U = I2 × R
Najpopularniejsze miniaturowe rezystory mają obciążalność, czyli dopuszczalną moc strat, ćwierć wata (fotografia 5) lub jeszcze mniej.
Taki mały rezystor mógłby służyć jako bocznik, ale jest problem z mocą strat. Przykładowo rezystor 0,1 Ω, o obciążalności 0,25 wata, zgodnie z (przekształconym) wzorem P = I2 × R, może służyć jako bocznik do pomiaru prądu o maksymalnej wartości 1,58 A, bo przy takim prądzie napięcie UB wyniesie 0,158 wolta i wydzieli się w nim 0,25 wata mocy strat. Przy większym prądzie przeciążymy rezystor, co oczywiście grozi jego spaleniem.
Natomiast rezystor 0,1 Ω o obciążalności 5 W (fotografia 6) bez ryzyka przegrzania może mierzyć prąd do 7,07 ampera. Przy takim prądzie spadek napięcia UB wyniesie 0,707 V. Tu dość duży jest i spadek – strata napięcia – ponad pół wolta, i moc strat pięć watów. Rezystor będzie się mocno grzał!
Dobrym rozwiązaniem jest wykorzystanie bocznika o znacznie mniejszej rezystancji. 5-watowy rezystor MPC75 z fotografii 7 ma rezystancję 0,01 oma (10 mΩ) i może być bocznikiem do pomiaru prądów do 22 amperów. Wtedy wystąpi na nim spadek napięcia 0,22 V i oczywiście też mocno będzie się grzał.
Przykładowo jeżeli zastosujemy rezystor 0,01 Ω o obciążalności 1 W, to może on posłużyć do pomiaru prądów do 10 amperów! Właśnie przy prądzie 10 A na takim rezystorze wystąpi spadek napięcia 0,1 V i wydzieli się moc strat 1 W.
Jeżeli natomiast analogicznie w roli bocznika wykorzystalibyśmy rezystor o wartości 1 milioma (0,001 Ω) o obciążalności 1 wata, to mógłby on służyć do pomiaru prądów do 31,6 A!
Czym mniejsza rezystancja RB, tym mniejsza moc strat (P = I2 × R) i tym mniej taki bocznik zmienia sytuację w układzie. Tym bardziej, że przecież przewody połączeniowe też mają jakąś rezystancję, zwykle od jednego do nawet kilkunastu miliomów, co pokazane jest w filmie Q026, będącym uzupełnieniem tego artykułu. Przy wyborze rezystancji bocznika RB warto trzymać się „okrągłych” wartości rezystancji, bo wtedy odczyt woltomierza mierzącego UB bardzo łatwo przeliczyć na wartość prądu – wystarczy „przesunąć przecinek”.
Mniejsza rezystancja RB bocznika jest korzystna, ale wtedy mniejszy jest spadek napięcia UB. Przykładowo prąd 30 amperów płynąc przez rezystor 1-miliomowy wywoła spadek napięcia UB tylko 0,03 V. Niby to niewiele, ale całkowicie, a nawet z zapasem wystarczy dla współczesnych multimetrów cyfrowych.
(…)
——– ciach! ——–
To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze lipcowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 7/2024). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 7/2024 znajduje się tutaj.
Piotr Górecki
Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) moimi stałymi Patronami, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając mi kawę” (10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek
Następnie wybrać:
– jeśli jeden numer ZE – 10 zł,
– jeśli kilka numerów ZE – WSPIERAM ZA. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10 zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dołączyć wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery ZE mam wysłać na podany adres e-mailowy. Jeśli ma to być numer z tym artykułem trzeba zaznaczyć, że chodzi o ZE 7/2024.
UWAGA!!! E-mail z linkiem do materiałów (weTransfer) wysyłamy zazwyczaj w ciągu 24 godzin. Czasem zdarza się jednak, że trafia do spamu. Jeśli więc nie pojawi się w ciągu 48 godzin prosimy sprawdzić w folderze spam, a ewentualny problem zgłosić na adres: kontakt@piotr-gorecki.pl.