In quali condizioni l'uso di un voltmetro sarebbe più preciso di un amperometro per misurare la corrente?

Supponiamo di avere un semplice circuito con una sorgente di tensione V1 collegata a un resistore R1, in questo modo:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

È possibile collegare un amperometro in serie, quindi la resistenza interna dell'amperometro influirebbe sulla lettura della corrente effettiva, introducendo un errore. Ma potresti anche collegare un voltmetro (con un'alta resistenza interna) in parallelo su R1 e calcolare la corrente dividendo la tensione misurata per R1. Ci sarebbero ancora degli errori dovuti alla resistenza interna del voltmetro, ma quale sarebbe più preciso? O più specificamente, in quali condizioni (es. Corrente grande / piccola, R1, V1, ecc.) Sarebbe più preciso utilizzare il secondo approccio, con un voltmetro anziché un amperometro?

Facciamo due esempi, uno con alta corrente e bassa resistenza, e uno con bassa corrente e alta resistenza. Supponiamo anche che il nostro amperometro abbia una resistenza di e che il nostro voltmetro abbia un'impedenza di$1\Omega$$1M\Omega$

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

In questo circuito, abbiamo una sorgente di impedenza molto bassa e una bassa resistenza di carico. Questa situazione non è terribilmente buona per un amperometro, poiché la sua resistenza di shunt di cambierà la resistenza totale in , il che è piuttosto un cambiamento. Tuttavia, il voltmetro ha un'impedenza così elevata rispetto al resistore di carico che non lo influenza affatto. Inoltre, poiché l'impedenza di uscita della sorgente è molto bassa, l'aggiunta di un altro carico in parallelo influenzerà molto la tensione attraverso V1. In questo caso, supponendo che la resistenza di carico sia nota con precisione, il voltmetro è la scelta migliore.$1\Omega$$11\Omega$

^{simula questo circuito}

In questo circuito, sia l'impedenza di carico che quella di sorgente sono elevate. Se mettiamo il voltmetro in parallelo con R1, l' impedenza di ingresso è abbastanza vicina a R1 e la cambieremo in . Tuttavia, la resistenza dell'amperometro non influirà quasi sulla resistenza di carico reale, poiché è molto inferiore a . Inoltre, poiché l'impedenza di V1 è molto elevata, l'aggiunta di un carico in serie non influirà sulla corrente che produce. In questo caso, l'aggiunta di un amperometro in serie è la scelta migliore.$1M\Omega$$90.9k\Omega$$1\Omega$$100k\Omega$

Come puoi vedere, scegliere uno strumento con un'impedenza elevata laddove l'impedenza della sorgente è bassa e un'impedenza bassa quando l'impedenza della sorgente è elevata sono le scelte migliori per ridurre al minimo l'errore causato dall'aggiunta dello strumento al circuito.

Ci sono molte ragioni al di là dell'accuratezza, sebbene l'accuratezza sia presente nel mio primo esempio. Ecco alcune applicazioni del mondo reale che ho trattato. Innanzitutto, due da contesti universitari:

• Se c'è anche la minima possibilità che i transitori o i glitch attuali siano un problema. Un amperometro è troppo lento per rispondere ma potresti sostituire il voltmetro con un oscilloscopio (allontanare un LED da un alimentatore digitale in modalità corrente costante ha portato a occasionali incrementi di 1 mA nella corrente, interrompendo l'esperimento).
• Quando vuoi essere in grado di rimuovere il misuratore senza interrompere il circuito o spegnerlo (ad es. Impostando più esperimenti a diodi laser in un ambiente educativo con un semplice circuito di sorgente di corrente - misura attraverso un resistore serie incorporato nell'unità circuito e puoi portare via il metro.$V$$1\Omega$

Quindi uno (letteralmente) più vicino a casa:

• Nell'elettronica automobilistica a volte hai un'alta corrente di alimentazione, ma vuoi misurare successivamente la bassa corrente. È possibile (i) impostare lo strumento in modalità mA, cortocircuitare, collegare la batteria, rimuovere il cortocircuito o (ii) collegare un resistore di potenza in serie e misurare V attraverso quello. Quest'ultimo è consigliato se si dispone solo di una fornitura finita di fusibili per multimetro. (Avevo solo gamme 200mA e 10A DC disponibili su diversi metri, le gamme 10A hanno una precisione di 100mA e stavo cercando di rintracciare un drenaggio ~ 40mA)