Precyzyjny monitor prądu i napięcia DC

Podczas budowy, napraw oraz różnorodnych testów układów elektronicznych bardzo potrzebna jest informacja i aktualnym napięciu i o prądzie aktualnie pobieranym ze źródła zasilania. Artykuł opisuje zaskakująco prostą i niedrogą przystawkę pomiarową o rewelacyjnych wręcz właściwościach.

Informacja o wartości prądu zasilania, a jeszcze bardziej o jego zmianach, w wielu przypadkach niesie mnóstwo cennych informacji o działaniu układu. Niestety, mało który zasilacz ma wbudowane precyzyjne monitory napięcia i prądu wyjściowego. Nawet jeżeli w zasilaczu zrealizowane są obwody pomiaru prądu, zwykle ich parametry są słabe, a pomiar nie jest precyzyjny, zwłaszcza w zakresie małych prądów. A przecież większość dzisiejszych układów elektronicznych pobiera tylko kilka do kilkunastu miliamperów, a wiele poniżej 1 miliampera.

Dlatego wielu elektroników z lepszym czy gorszym skutkiem próbuje do posiadanych zasilaczy dobudować obwody pokazujące aktualne napięcie i pobór prądu. Do niedawna nie było to łatwe.

W praktyce najtrudniejsza jest realizacja dobrego monitora prądu, który bez konieczności przełączania zakresów przez użytkownika pokazałby w jednym zakresie prąd od 0,1 mA do kilku amperów.

Właśnie w jednym zakresie. Dlatego w tym artykule proponuję budowę zaskakująco precyzyjnej przystawki – monitora napięcia i prądu, pobieranego z dowolnego zasilacza czy akumulatora. Fotografia tytułowa pokazuje przykład wykorzystania mojego egzemplarza monitora i uzyskaną rozdzielczość i dokładność. Jak widać, w gniazdka wyjściowe przystawki włożony jest rezystor 5,1kΩ i przy napięciu zasilania 5,42 V wskazanie miernika prądu to 1,1 miliampera. Rozdzielczość to 0,1 mA, ale i dokładność, precyzja jest wręcz rewelacyjna!

W wersji podstawowej prezentowana przystawka mierzy napięcia w zakresie do 33 V z rozdzielczością 10 mV. Prądy mniejsze od 1 ampera mierzone są z doskonałą rozdzielczością 0,1 mA, a przy pomiarach prądu powyżej 1 ampera rozdzielczość też jest znakomita i wynosi 1 mA!

Fotografia 1 pokazuje przykład pomiaru małego prądu, przepływającego przez rezystor o nominale 1 kΩ. Jak pokazuje multimetr z prawej strony, płynie przeń prąd 5,516 mA, a wskazanie amperomierza w przystawce to bezbłędne 5,5 mA! Z zasilacza pobierany jest większy prąd (17 mA), a więc przystawka pobiera niecałe 12 mA prądu.

Podczas testów okazało się, że mój egzemplarz prawidłowo mierzy prądy do około 6,5 A i to z bardzo dobrą rozdzielczością i dokładnością, co pokazane jest na fotografii 2.

Tu przy napięciu nieco ponad 5 V przez zestaw rezystorów dużej mocy płynie prąd prawie pięciu amperów. Przystawka pokazuje wartość prądu 4,768 ampera. Przyzwoitej klasy amperomierz daje wskazanie 4,783 ampera, co stanowi znikomą różnicę 0,3%! I wcale nie wiadomo, czy przekłamuje przystawka, ponieważ według specyfikacji, w multimetrze Aneng870 na zakresie prądu stałego maksymalny błąd może sięgnąć ±0,5%.

(…) ciach!

To jest tylko początek, zapowiedź artykułu, którego pełna wersja ukazała się z numerze styczniowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 1/2023). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełna wersja czasopisma umieszczona jest 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 1/2023 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki