실험 1 : 전압계 및 전압 측정 (DC Volt-meter)

【 이론 】

배율기

배율기(Multiplier)는 전압계에 직렬로 접속시켜서 전압의 측정범위를 넓히기 위해 사용하는 일종의 저항기를 말한다. 예를 들어, 1V의 전압을 측정할 수 있는 전압계로 100V를 측정하려고 할 때 99V의 전압을 흡수하여 전압계에는 1V의 전압강하만 발생하도록 만들어주는 분압기가 있으면 100V의 측정이 가능해진다. 그림 2-1에서

$$ R_M

을 배율기의 저항,

$$ R_m

을 전압계의 내부저항, 전압계 FS(Full Scale : 최대눈금, 즉 최대 측정한계)를

$$ E_1

이라 할 때, 측정하고자 하는 전압이 FS 입력전압의 N배일 경우, 이를 측정하기 위해 필요한 배율기 저항

$$ R_M

의 계산법은 다음과 같다. 우선

$$ R_m

과

$$ R_M

에 걸리는 전압

$$ V_m , ~V_M

은 각각

$$ V_m = IR_m , ~ V_M = IR_M

으로 표현할 수 있다. 따라서

$$ R_M

을 직렬로 연결하여 측정할 수 있는 회로의 전압은 전압계만 연결했을 경우의 N배가 된다. 따라서,

위 식에서 측정하고자 하는 전압값이

$$ V_m

의 N배인 경우 배율기의 저항

$$ R_M

은

$$ R_M = (N-1)R_m

이 된다. 이와 같이 Meter의 최대측정범위(혹은 FS 감도)와 내부저항을 알게되면 측정전압의 Range에 따라 배율기를 설계할 수 있다.

[ 예제 2-1 ]

내부저항(

$$ R_m

)이

$$ rm 1 k OMEGA~

이고 FS가 1mA인 전압계로 10V를 측정하고자 한다면, 회로의 배율기

$$ R_M

은 얼마인가?

전압계

대개의 전압계는 그림 2-2에서 처럼 Current Meter와 이에 직렬로 연결된 배율저항으로 구성되어 있다. 일반적으로 DC전압계의 경우 Current Meter 자체의 FS(Full Scale) 감도는 50

$$ mu

A로 부터 1mA의 것이 많이 사용되며 이들의 내부저항은 대개

$$ 100 OMEGA~ ∼ ~ 1 rm k OMEGA~

이다. 입력전압

$$ V_T~

, 전압계의 전압을

$$ V_1

, 배율기 양단 전압을

$$ V_2

라 할 때

$$ V_T = V_1 + V_2

이다. 그리고, 전압계의 내부저항을

$$ R_m

, 배율기의저항값을

$$ R_M~

라 하면

$$ V_1

및

$$ V_2

는 다음과 같은 관계식을 갖게된다.

그러므로 전압계가

$$ V_1

값을 지시하면 실제 측정전압은 측정범위의 배율을 곱함으로서 얻을 수 있다.

[ 예제 2-2 ]

Range를 5V로 설정하고

$$ R_M

은

$$ rm 4 k OMEGA ~

일 경우 입력전압이 각각 5V와 2.5V일 때

$$ V_1 , ~V_2

그리고 실제 전압

$$ V_T~

의 값을 계산하시오.(단,

$$ V_1

: 전압계 양단 전압,

$$ V_2

: 배율기 양단 전압)