Разница между использованием большого и малого тестового сопротивления для проверки внутреннего сопротивления цифрового мультиметра/прицела

Для моей вводной лаборатории к моему классу аналоговых электрических цепей одним из вопросов анализа является расчет внутренних сопротивлений цифрового вольтметра и осциллографа с использованием уравнения

Уравнение сопротивления

То же самое относится и к сопротивлению прицела, просто замените р г м м с р с с о п е .

Построенная схема выглядит так:

Схема измерения сопротивления

с В я н = напряжение В ( А А ) , и В о ты т = напряжение на р 2 , В ( Б Б ) .

Я провел тот же эксперимент с двумя разными резисторами: парой 4,7K и парой 3,3M резисторов в отдельных испытаниях.

Мой инструктор сказал мне, что внутреннее сопротивление прицела составляет ~ 1 МОм, а цифрового мультиметра ~ 10 МОм.

Когда я запускаю расчет с резистором 3,3 МОм, я получаю почти точно теоретические значения ( р г м м = 10,19М, р с с о п е = 1,004М). Однако с 4.7KI получаются крайне неправильные значения (около 3.3M и -230K).

Вот мой необработанный расчет Matlab для обоих (извините за беспорядок).

%% With 3.3M

vaa=10.088; vbb=4.336;
r1=3.33e6; r2=3.33e6;

rdmm=(vbb*r1*r2)/((vaa*r2)-(vbb*(r1+r2)))

vaas=10.1; vbbs=1.9;
r1=3.33e6; r2=r1;

rscope=(vbbs*r1*r2)/((vaas*r2)-(vbbs*(r1+r2)))


%% With 4.7k

vaa=10.095; vbb=5.044;
r1=4.67e3; r2=4.67e3;

rdmm=(vbb*r1*r2)/((vaa*r2)-(vbb*(r1+r2)))

vaas=10.1; vbbs=5.1;
r1=4.67e3; r2=r1;

rscope=(vbbs*r1*r2)/((vaas*r2)-(vbbs*(r1+r2)))

Эта лабораторная работа должна быть проведена сегодня в полночь, поэтому я, вероятно, просто воспользуюсь расчетом с 3.3M, так как он возвращает правильные значения, но мне все еще просто любопытно, почему это происходит (не дай Бог, это ошибка расчета, но я просто не могу понять.) Я знаю, что меньший резистор лучше для получения точных значений напряжения, так как внутреннее сопротивление будет настолько высоким, что весь ток будет протекать через тестовый резистор; но в этом случае расчет внутреннего сопротивления был лучше с более высокими резисторами.

Ответы (2)

Я подозреваю, что вы столкнулись с ошибкой точности расчета. Позволь мне объяснить.

Если р 1 и р 2 намного меньше, чем входное сопротивление осциллографа/цифрового мультиметра, схема, которую вы показали, практически не нагружена (т.е. мы предполагаем бесконечное р г м м ).

Следовательно, поскольку р 1 "=" р 2 , затем В Б Б "=" 0,5 В А А (равный делитель напряжения ответвления) и р 1 + р 2 "=" 2 р 1 . Затем посмотрите на знаменатель этой формулы:

В я н р 2 В о ты т ( р 1 + р 2 ) "=" В А А р 2 В Б Б ( р 1 + р 2 ) "=" В А А р 1 0,5 В А А × 2 р 1 "=" 0

Другими словами, знаменатель теоретически был бы равен нулю, что давало бы бесконечность. р г м м , как и ожидалось.

Проблема в том, что на практике знаменатель не будет точно равен нулю, и любое незначительное приближение значений р 1 и р 2 или любая небольшая ошибка в измерении В А А или В Б Б сильно повлияет на результат!

Другими словами, когда знаменатель приближается к нулю, он становится гораздо более численно чувствительным к ошибкам параметров, используемых для его вычисления.

В одном (на самом деле в двух) словах: en.wikipedia.org/wiki/Sensitivity_analysis

Наиболее точным методом является мостовой метод. .. Чтобы найти неизвестный R2 внутри тестируемого устройства (DUT), отрегулируйте R1 так, чтобы V (R2) = 50% приложенного напряжения.

В противном случае используйте формулу делителя импеданса.

В вашем методе ошибка увеличивается при использовании более низких значений, чем ожидаемая нагрузка, до тех пор, пока допуск внешних R не будет преобладать в результате из-за очень низкого распределения тока в ИУ.

В тесте с одним R нет разделения тока и, следовательно, нет неоднозначности тока ИУ, только погрешность допуска R1 ограничивает точность вашего результата.