Практикум с мультиметром

Мультиметр — главный инструмент при отладке платы. Первое, что делают с только что спаянной платой, — прозванивают питание на короткое замыкание, а потом меряют напряжения. Этот урок — практика: собираем то, что посчитали в уроках 1.2–1.5, и проверяем приборами.

Что понадобится

• цифровой мультиметр (самого простого хватит);
• макетная плата (breadboard) и перемычки;
• батарейный отсек на 2×AA (3 В) или батарейка «Крона» (9 В);
• резисторы: 330 Ом, 470 Ом (2 шт.), 1 кОм (2 шт.), 10 кОм (2 шт.);
• светодиод любого цвета.

Гнёзда и режимы

У большинства мультиметров три или четыре гнезда для щупов:

Гнездо	Что туда	Когда
COM	чёрный щуп	всегда
VΩ (часто вместе с mA)	красный щуп	напряжение, сопротивление, прозвонка, диоды
mA (или µA/mA)	красный щуп	малые токи, обычно до 200–400 мА
10A (или 20A)	красный щуп	большие токи, часто с ограничением по времени измерения

Режимы на переключателе: V⎓ — постоянное напряжение, V~ — переменное, A⎓ / A~ — ток, Ω — сопротивление, 🔊 — прозвонка, →| — проверка диодов.

Рис. 1.9. Вольтметр подключают параллельно участку, на котором меряют напряжение: у него огромное входное сопротивление, и цепь почти не замечает прибор. Амперметр включают в разрыв цепи: весь ток должен пройти через него, а его собственное сопротивление очень мало.

Напряжение — параллельно

Щупы ставят на две точки, между которыми нужно напряжение. Цепь не разрывают. Красный — в точку, которая предположительно положительнее. Если перепутать, прибор покажет минус, и ничего страшного не случится.

Входное сопротивление мультиметра в режиме вольтметра обычно около 10 МОм — это видно в паспорте прибора. Как оно влияет на высокоомные цепи, разобрано в уроке 1.5.

Ток — последовательно, в разрыв

Чтобы измерить ток, цепь разрывают и вставляют прибор в разрыв, чтобы весь ток прошёл через него. Красный щуп переставляют в гнездо mA или 10A.

⚠️Внимание

В режиме тока сопротивление прибора — доли ома. Если поставить щупы параллельно источнику, как для напряжения, получится короткое замыкание через прибор. В лучшем случае сгорит предохранитель внутри мультиметра, в худшем — прибор или источник. Закончил мерить ток — сразу верни красный щуп в гнездо VΩ. Самая частая причина «мёртвого» мультиметра у новичков — забытый в гнезде 10A щуп.

Сопротивление — только без питания

В режиме Ω прибор сам подаёт маленький ток и считает сопротивление. Поэтому:

• схема должна быть обесточена, иначе показания будут неправильными, а прибор может пострадать;
• резистор в схеме может «зашунтироваться» параллельными цепями. Чтобы измерить точно, выпаяй хотя бы один вывод;
• не держи оба щупа пальцами: сопротивление тела (сотни кОм — единицы МОм) встанет параллельно и исказит измерение больших резисторов.

Прозвонка и диоды

• Прозвонка (🔊) пищит, если сопротивление между щупами маленькое (порог зависит от прибора, обычно десятки ом). Ею проверяют, есть ли соединение и нет ли короткого замыкания. Это первая проверка любой новой платы: сопротивление между питанием и землёй не должно быть около нуля.
• Проверка диодов (→|) показывает падение напряжения на p-n-переходе при небольшом токе. Кремниевый диод в прямом направлении — около 0,5–0,7 В, в обратном — «OL» (перегрузка, обрыв). Многие светодиоды в этом режиме слабо светятся.

💡Совет

Правило отладки платы: сначала прозвонка питания на КЗ, потом подача питания через ограничение тока (лабораторный блок с лимитом или хотя бы резистор), потом напряжения в контрольных точках. Это спасло больше плат, чем любой другой совет. К тестовым точкам на плате вернёмся в уроке 5.10.

Лабораторная работа

Собери на макетной плате и измерь. Сначала посчитай ожидаемые значения, потом сравни с измеренными.

1. Закон Ома

Батарейка → резистор 1 кОм → обратно. Измерь напряжение на резисторе и ток (в разрыв, гнездо mA). Посчитай R = U/I и сравни с номиналом и с тем, что показывает режим Ω на отключённом резисторе. Расхождение в пределах допуска резистора (обычно ±1 % или ±5 %) — норма.

2. Кирхгоф

Цепь из задания урока 1.4: 330 Ом последовательно с двумя ветвями — 1 кОм и (470 + 470) Ом. Измерь все напряжения и токи ветвей. Проверь: сумма токов ветвей равна току через 330 Ом, а сумма напряжений по контуру равна напряжению батареи.

3. Делитель и влияние прибора

1. Делитель из двух 10 кОм на батарейке. Измерь выход — должна быть почти ровно половина.
2. Если есть резисторы по 1–10 МОм, собери делитель из них и измерь снова. Показания будут заметно ниже половины. Посчитай, какое входное сопротивление прибора даёт такое показание.

4. Светодиод

Батарейка → 470 Ом → светодиод. Измерь напряжение на светодиоде и ток. Сравни ток с расчётом из урока 1.3: I = (Uпит − Uсвд) / R.

🧯 Типичные ошибки

Мультиметр перестал мерить ток

Почему Сгорел предохранитель: прибор в режиме тока подключили параллельно источнику.

Как исправить Замени предохранитель на такой же (номинал на корпусе или в инструкции). На будущее: ток — только в разрыв, щуп сразу обратно в VΩ.

Сопротивление резистора на плате не совпадает с номиналом

Почему Параллельно ему в схеме подключены другие элементы, или схема под напряжением.

Как исправить Обесточь схему. Для точного измерения отпаяй один вывод резистора.

Прибор показывает 1 или OL

Почему Измеряемая величина больше выбранного предела, либо обрыв в цепи.

Как исправить Переключи на больший предел (или используй автодиапазон) и проверь контакт щупов.

Показания «плавают» на больших сопротивлениях

Почему Пальцы касаются обоих щупов, и тело встаёт параллельно резистору.

Как исправить Держи только один щуп или прижми резистор к столу.

Проверь себя

1. 1. Как подключить мультиметр, чтобы измерить ток через резистор?

   Параллельно резистору, красный щуп в VΩВ разрыв цепи последовательно с резистором, красный щуп в mA или 10AМежду плюсом батарейки и землёй
2. 2. Можно ли измерять сопротивление резистора на работающей плате?

   Да, если щупы хорошо прижатыНет: схема должна быть обесточенаТолько в режиме 10A
3. 3. Новая плата. Что проверить первым делом, до подачи питания?

   Напряжение на выводах микроконтроллераПрозвонку между питанием и землёй — нет ли короткого замыканияЧастоту кварца
4. 4. В режиме проверки диодов прибор показывает 0,62 в одну сторону и OL в другую. Что это значит?

   Диод пробитДиод исправенДиод в обрыве

🎯Практическое задание~40 мин

Выполни все четыре пункта лабораторной работы и заполни таблицу: «величина — расчёт — измерение — расхождение, %». Если расхождение больше 10 %, найди причину: допуск резистора, разряженная батарейка (её Rвн, урок 1.6), влияние прибора (урок 1.5). Таблицу сохрани: с этого момента ты умеешь проверять теорию железом.