Простые измерения в Proteus. Амперметр и Вольтметр.

Измерения силы тока и напряжения в программе Proteus с применением встроенных в Протеус приборов, амперметра, вольтметра и ваттметра. Симуляция потребления тока светодиодом, падение напряжения и измерение потребления мощности схемой.

Сегодня рассмотрим 3 простых прибора для измерения напряжения, силы тока и мощности на электрических схемах. И для этого не надо иметь у себя  эти приборы, можно легко с эмулировать и проверить работу даже не собирая схему. Кто считает что уже это всё знает не спешите уходить, я думаю что вы узнаете здесь много нового. И всё это будет сделано на анимированной схеме, думаю вам понравится. Рассчитано для начинающих и детей, а может и взрослых детей. Сами решайте.

Это последняя схема в уроке и к ней мы будем идти постепенно от самых азов. На схеме установлен предохранитель на 20 миллиампер, потенциометр, несколько вольтметров, амперметр и ваттметр который покажет как будет меняться мощность потребления схемы в зависимости от яркости светодиода, которая сама зависит от сопротивления резистора. Если интересно то давайте вместе пройдём весь этот путь от выбора элементов до сборки схемы. Со всеми расчётами и другими параметрами.

Рад приветствовать на своём канале моих подписчиков и просто заглянувших посмотреть что же здесь такого. Надеюсь, что вы тоже подпишитесь на канал. Приятного просмотра.
Мой рассказ будет основан на измерениях напряжения и силы тока простого светодиода. В примере не будет микроконтроллера, только самый базовый набор.
Источник питания, батарея на 5 вольт, парочка резисторов, кнопка, светодиод и предохранитель. Измерения напряжения будут вестись на вольтметре, силу тока узнаем по амперметру, а потребляемую мощность по ваттметру. А ещё я на предохранителе покажу что будет если вы не подключите токоограничивающий резистор.  
Создаём новый проект.

Заходим в библиотеку компонентов и начинаем добавлять всё по списку. Начнём с батареи. Можно было бы просто поставить источник питания как это делали в прошлых видео, но я подумал, что с батареей будет интереснее.

Следующие в списке резисторы. Для примеров нам понадобится 2 резистора. Постоянный и переменный. Начнём с переменного. Если вы хотите что бы на схеме происходила какая-нибудь анимация, если она вообще возможна, то надо выбирать деталь с указанием, что она Активная.

Постоянный резистор выберем любой нам для схемы это абсолютно всё равно. А вот если вы будете делать печатную плату, то тогда вам будет важен размер и мощность резистора.

Следующий пункт – это кнопка. Поставим именно нормальную кнопку, а не тактовую которую использовали в предыдущих схемах. Она сейчас более уместна.
Осталось совсем чуть-чуть.  Надо выбрать светодиод. В Протеусе огромное количество разных светодиодов. Они отличаются и размером и мощностью и напряжением. Нам же сейчас нужен самый обыкновенный, такой который мы всегда используем в примерах. Я выбрал красный, сам не знаю почему.

Ну и последний в списке – предохранитель. В принципе он нам и не нужен совсем, но он отлично показывает что случается если к светодиоду не подключить резистор. Протеус конечно поймёт и простит, а вот в реальной жизни – это конец светодиоду.
Теперь соберём простую схему. Установим батарею и изменим её напряжение с 12 вольт на пять. Теперь поставим кнопку. Установим переменный резистор и соединим его по схеме реостат. Номинал резистора оставим без изменений – 1 ком.

Установим светодиод и соединим все элементы в схему.
Включим симуляцию. С одной стороны, вроде всё работает. И по всем правилам тоже правильно, ведь резистор же есть, но что то всё же не то. Выключатель включен, светодиод светится, выключен гаснет. Резистором можно управлять яркостью свечения. В крайнем левом положении он пропускает 0% тока, а в крайнем правом 100% и светодиод светится полной яркостью.
Давайте изменим схему. Но для любых изменений не забудьте выключить симуляцию, а иначе вы ничего не сможете изменить. Убираем из схемы светодиод и вместо него установим предохранитель. Прелесть Протеуса в том, что вы ничего в нём не сломаете, но с другой стороны это и минус. Например поставив так на реальной схеме, вы сразу лишитесь светодиода и потом будете долго недоумевать почему же так произошло, ведь в Протеусе всё работало. А ещё нам понадобится амперметр. Это прибор для измерения тока в цепи. Амперметр ставится в разрыв цепи.

Снова собираем и включаем схему. Оранжевым цветом показано направление движения тока от плюса. Так как на пути он не встретил никакого сопротивления, поэтому цвет не изменился и в любом месте до резистора там будет 5 вольт, то есть напряжение как и на батарее.
Голубым цветом показано направление от минуса батареи, так как здесь тоже нет никакого препятствия, предохранитель не в счёт, то цвет не изменён, и везде будет нулевое напряжение или земля.

Надо изменить значение измерения амперметра, так как по умолчанию он установлен для измерения Ампер. Меняем на миллиамперы.
Теперь надо изменить значение предохранителя. Так как он сейчас у нас заменяет светодиод, то установим ему максимальное значение 40 миллиампер. Это очень много, так как среднее значение нормально работающего светодиода 20 миллиампер, но так как мы сейчас испытываем максимальные значения при которых светодиод обязательно сгорит, поэтому я и поставил такой огромный ток. Сорок миллиампер это 0.04 ампера.

Включаем симуляцию. При таком напряжении и сопротивлении резистора у нас изначальное значение 5 миллиампер. Это можно проверить используя закон Ома. Так как предохранитель не обладает никаким сопротивлением, то его можно не учитывать. Получается 5 вольт делённое на 1000 Ом – это 1 килоом. То получается 5 миллиампер.
Передвигая ползунок резистора мы тем самым уменьшаем его сопротивление и увеличиваем силу тока проходящую по схеме. Чем ниже сопротивление, тем выше сила тока. В среднем положении резистора, его сопротивление будет 500 Ом, а сила тока должна быть 10 миллиампер.

Продолжая уменьшать сопротивление резистора сила тока растёт и когда сила тока превысит максимально значение на которое установлен предохранитель он сгорит. Это видно при превышении 40 миллиампер. Так почему же это произошло? А всё очень просто.

Когда ползунок резистора находится в крайнем левом положении – его сопротивление максимальное и равно 1 ком. С передвижением вправо сопротивление уменьшается, а в крайнем правом положении оно вообще равно нулю. Это равносильно тому, что у вас вообще не установлен резистор. Вот поэтому предохранитель сгорел, и светодиод тоже бы сгорел, хотя в Протеусе этого не произойдёт. Дальше я покажу как правильно использовать переменный резистор, что бы можно было бы изменять яркость светодиода и не бояться что он сгорит.
Немного подправим схему. Добавим ещё 1 резистор, но теперь постоянный, а не переменный. Это спасёт светодиод от превышении максимального тока если сопротивление на переменном резисторе будет равно нулю. Установим значение в 200 ом. Включим симуляцию и посмотрим какой ток теперь протекает по схеме. В среднем положении переменного резистора почти 7 миллиампер. В крайнем правом 25 миллиампер – это большое, но не максимальное значение для светодиода. Но тут есть одна оговорка, сейчас вместо светодиода у нас предохранитель и он не обладает сопротивлением и на нём нет падения напряжения. Так сказать идеальный вариант. Теперь удалим со схемы переменный резистор и посмотрим сколько сейчас потребляет схема. 25 миллиампер, точно так же как и с переменником в крайнем правом положении.

Снова вернём резистор и вместо предохранителя поставим светодиод.  Включим симуляцию и увидим, что вместо 25 миллиампер как в прошлом примере у нас осталось всего-то почти 14 миллиампер. Это получилось из-за того, что на светодиоде существует падение напряжения. То есть для его работы ему нужно в среднем от 2 до 3 вольт, в зависимости от марки и цвета светодиода. Дальше я расскажу подробнее.

Уберём переменный резистор, он нам больше не понадобится. Пересоберём схему и проверим значения. Включая и выключая выключатель можно увидеть как загорается светодиод. При работе он сейчас потребляет 13.8 миллиампер. Этого вполне достаточно для работы.

С амперметров вроде разобрались. Основное что надо запомнить – это то что он включается в разрыв цепи, плюс и минус на приборе должен подключаться соответственно, и не забудьте правильно установить значения измерения – Амперы или миллиамперы.

Теперь установим вольтметр. Так как наша схема питается от постоянного напряжения то нам нужен вольтметр постоянного тока DC VOLTMETER, тоже касалось и амперметра. Выбираем и ставим на схему. Так же соблюдаем полярность, плюс к плюсу, минус к минусу. Вольтметр подключается параллельно источнику – это его отличие от амперметра. Он показывает напряжение в точке измерения относительно земли. Теперь уберём резистор и посмотрим что было бы без него. Как видите сила тока достигла 900 миллиампер и поднялась бы ещё больше. Она ограничена только источником питания. Светодиод может выдержать примерно 40 миллиампер, всё зависит от типа, марки и цвета. При включении светодиода он становится обычным проводником и пропускает через себя ток в любом количестве, пока не сгорит. Так что нет ничего удивительного что без резистора светодиоды сгорают.

Вернём резистор на место, а параллельно светодиоду установим ещё 1 вольтметр. Так мы сможем увидеть падение напряжение на светодиоде. Как я говорил – это напряжение необходимое светодиоду для работы. Эти значения надо смотреть в описании к вашим светодиодам, или просто приблизительно знать что оно разно-2-3 вольта. Моя симуляция показала, что для этого типа светодиодов падение напряжения равно 2.24 вольта.

Теперь попробуем поизменять значение резистора и посмотреть как будут меняться напряжение и сила тока. Сначала вместо 200 поставим 190 ом. Сила тока немного увеличилась.  Это можно проверить используя закон Ома. Для этого надо из напряжения вычесть падение напряжения на светодиоде и разделить на сопротивление резистора. Вот так и получается 14.5 миллиампер.
Попробуем другое значение. Сделаем резистор 120 ом. Сила тока выросла до 22.8 миллиампер. В принципе это предельное значение выше которого допускать не следует если вы хотите чтобы ваш светодиод прослужил долго.

Снова вернём значение на 200 Ом. Думаю, что и с вольтметром теперь у вас проблем не должно быть. Теперь вы знаете как и почему изменяется сила тока на схеме и сможете сами влиять на это значение. А у нас остался сегодня последний прибор. Он называется ваттметр и он определяет какую мощность потребляет ваша схема при определённой выходной нагрузке.
Забыл что я хотел поставить ещё один вольтметр, для определения оставшегося напряжения после падения на светодиоде, и именно это напряжение мы используем для расчёта резистора.
Ну а теперь ваттметр.

Ваттметр — это измерительный прибор, предназначенный для определения мощности электрического тока или электромагнитного сигнала. Подключается он как и амперметр в разрыв цепи. Но у него большее число контактов. Плюс и минус подключаем соответственно к линиям питания. Верхний входной контакт соединяем с плюсом, а нижний соединяем с нагрузкой.

Сделаем замер. При питании 5 вольт и силе тока 13.8 миллиампер наша схема потребляет 69 милливатт.
Попробуем другое значение. Для этого увеличим номинал резистора до 560 ом. Так как сопротивление стало больше, то сила тока должна упасть и соответственно потребляемая мощность тоже должна снизиться. Кстати так вы можете подбирать минимально допустимые значения при питании схем от батареек. Чем ниже потребляемая мощность, тем на дольше хватит батареек.
Надеюсь, что понятно всё объяснил. Протеус очень хорошая программа в которой можно делать различные проекты, производить технические расчёты, делать платы, моделировать различные внештатные ситуации.

Если вам понравилось, то не стесняйтесь, пишите. Это как ничто другое, ну кроме денег конечно, не стимулирует к продолжению ведения канала и поиску новых ещё более интересных программ.

Дополнительные материалы и примеры
arduino и proteus Симуляция ардуино без подключения
Proteus arduino. установка дополнительных библиотек ARDUINO ESP8266 NodeMCU.
Сдвиговый регистр 74hc165 ардуино. Входы ардуино
Входы и выходы на ардуино. Пример подключения сдвиговых регистров 74hc595 и 74hc165
Простые измерения в Proteus. Амперметр и Вольтметр
Учимся Создавать и Тестировать Электронику в Proteus: Полное Руководство