Что такое шунт
В электронике и электротехнике часто можно услышать слово «шунт», «шунтирование», «прошунтировать». Слово «шунт» к нам пришло с буржуйского языка: shunt — в дословном переводе «ответвление», «перевод на запасной путь». Следовательно, шунт в электронике — это что-то такое, что «примыкает» к электрической цепи и «переводит» электрический ток по другому направлению. Ну вот, уже легче).
По сути дела шунт представляет из себя простой резист ор который имеет маленькое сопротивление, проще говоря, низкоомный резистор. И как бы это ни странно звучало: шунт является простейшим преобразователем силы тока в напряжение. Но как это возможно? Да оказывается все просто!
Неисправный обход устройства [ править ]
Один из примеров — миниатюрные рождественские огни, которые соединены последовательно . Когда в одной из ламп накаливания перегорает нить накаливания , на перегоревшей лампе появляется полное линейное напряжение . Шунтирующий резистор , который был подключен параллельно к нити накала до того, как она сгорела, затем замкнется, чтобы обойти сгоревшую нить и позволить остальной части нити загореться. Однако, если перегорает слишком много ламп, сгорит и шунт, что потребует использования мультиметра для определения точки отказа.
Как работает шунт
Итак, имеем простой шунт. Кстати, на схемах он обозначается как резистор. И это неудивительно, потому что это и есть низкоомный резистор.
Условимся считать, что ток у нас постоянный и течет из пункта А в пункт Б. На своем пути он встречает шунт и почти беспрепятственно течет через него, так как сопротивление шунта очень маленькое. Не забываем, что электрический ток характеризуется такими параметрами, как Сила тока и Напряжение. Через шунт электрический ток протекает с какой-то силой ( I ), в зависимости от нагрузки цепи.
Помните Закон Ома для участка электрической цепи? Вот, собственно и он:
где
U — напряжение
I — сила тока
R — сопротивление
Сопротивление шунта у нас всегда постоянно и не меняется, попросту говоря «константа». Падение напряжение на шунте мы можем узнать, замерив вольтметром как на рисунке:
Значит, исходя из формулы
получаем формулу:
и делаем простой до ужаса вывод: показания на вольтметре будут тем больше, чем бОльшая сила тока будет протекать через шунт.
Так что же это значит? А это значит, что мы спокойно можем рассчитать силу тока, протекающую по проводу АБ ;-). Все гениальное — просто! И самое замечательное знаете что? Нам даже не надо использовать амперметр ;-).
Вот такой принцип действия шунта. И чаще всего этот принцип используется как раз для того, чтобы расширить пределы измерения измерительных приборов.
Расчет и изготовление шунта
Амперметр M367 имеет максимальный предел измерения тока 150 А. Очевидно, что при определении таких величин силы тока задействовано внешнее шунтирующее сопротивление. Освобожденный от влияния шунтирующего элемента прибор приобретает свойства миллиамперметра с максимальным показанием силы тока 30 мА.
Следовательно, варьируя разными значениями сопротивления електр. звена, можно добиться любой области измерения. Чтобы подтвердить это на практике, можно создать шунт для амперметра своими руками.
Основные понятия и формулы
Значение суммарной величины тока I распределяется между шунтирующим резистором (Rш, Iш) и изм. прибором (Rа, Iа) и находится в обратно пропорциональной зависимости сопротивлению этих участков.
Электросопротивление ответвления измерительной цепи: Rш=RаIа / (I-Iа).
Для умножения масштаба измерения в n раз следует принять значение: Rш=(n-1) / Rа, при этом показатель n=I/Iа — коэффициент шунтирования.
Расчет шунтирующего звена
Для расчета шунта микроамперметра можно воспользоваться данными об измерительной головке прибора: сопротивление рамки (Rрам), величина тока, которая соответствует максимальному отклонению индикаторной стрелки (Iинд) и наибольшее значение прогнозируемой шкалы измерения тока (Imax). Максимальным измеряемым током примем значение 30 мА. Значение Iинд определяется экспериментальным путем. Для этого последовательно включается в электрическую цепь переменный резистор R, шкала индикатор и измерительный тестер.
Виды шунтов
Промышленные амперметры выглядят вот так:
На самом же деле, как бы это странно ни звучало — это вольтметры. Просто их шкала нарисована (проградуирована) уже с расчетом по закону Ома. Короче говоря, показывает напряжение, а счет идет в Амперах ;-).
На одном из них можно увидеть предел измерения даже до 100 Ампер. Как вы думаете, если поставить такой прибор в разрыв электрической цепи и пропустить силу тока, ну скажем, Ампер в 90, выдержит ли тоненький провод измерительной катушки внутри амперметра? Думаю, пойдет белый густой дым). Поэтому такие измерения проводят только через шунты.
А вот, собственно, и промышленные шунты:
Те, которые справа внизу могут пропускать через себя силу тока до килоАмпера и больше.
К каждому промышленному амперметру в комплекте идет свой шунт. Для начала использования амперметра достаточно собрать шунт с амперметром вот по такой схеме:
В некоторых амперметрах этот шунт встраивается прямо в корпус самого прибора.
Использование в схемах электронных фильтров [ править ]
Термин шунт используется в фильтрах и подобных схемах с лестничной топологией для обозначения компонентов, подключенных между линией и общим. Этот термин используется в этом контексте для различения компонентов шунта, подключенных между сигнальной и обратной линиями, от компонентов, подключенных последовательно вдоль сигнальной линии. В более общем смысле термин шунт может использоваться для компонента, подключенного параллельно другому. Например, шунт м производной половины секции
является общей секцией фильтра от изображения импеданса метода конструкции фильтра. [2]
Работа шунта на практическом примере
В гостях у нас самый что ни на есть обыкновенный промышленный шунт для амперметра:
Сзади можно прочитать его маркировку:
Как же прочитать характеристику такой маркировки? Здесь все просто! Это означает, что если протекающая сила тока через шунт будет 20 Ампер, то падение напряжения на шунте будет 75 милливольт.
0,5 — это класс точности. То есть сколько мы замерили — это значение будет с погрешностью 0.5% от измеряемой величины. То есть допустим, мы замеряли падение напряжения 50 милливольт. Погрешность измерения составит 50 плюс-минус 0,25. Такой точности вполне хватит для промышленных и радиоэлектронных нужд ;-).
Итак, у нас имеется простая автомобильная лампочка накаливания на 12 Вольт:
Выставляем на Блоке питания напряжение в 12 Вольт, и цепляем нашу лампочку. Лампочка зажигается и мы сразу же видим, какую силу тока она потребляет, благодаря встроенному амперметру в блоке питания. Кушает наша лампа 1,7 Ампер.
Предположим, у нас нету встроенного амперметра в блоке питания, но нам надо знать, какая все-таки сила тока проходит через лампочку. Для этого собираем простенькую схемку:
И замеряем падение напряжения на самом шунте. Получилось 6,3 милливольта.
Так как мы знаем, что при 20 Амперах напряжение на шунте будет 75 милливольт, то какая сила тока будет проходить через шунт, если падение напряжения на нем составит 6,3 милливольта? Вспоминаем училку по математике Марьиванну и решаем простенькую пропорцию за 5-ый класс 
Вспоминаем, что показывал наш блок питания?
Погрешность в 0,02 Ампера! Думаю, это можно списать на погрешность приборов).
Так как радиолюбители в основном используют малое напряжение и силу тока в своих электронных безделушках, то можно применить этот принцип и в своих разработках. Для этого достаточно будет взять низкоомный резистор и использовать его как датчик силы тока). Как говорится » голь на выдумку хитра»
Что такое шунт в электронике и видео про это:
Грозовой разрядник [ править ]
Газа с наполнением трубы также может быть использован в качестве шунта, в частности , в молниеотвод . Неон и другие благородные газы имеют высокое напряжение пробоя , поэтому обычно ток через него не течет. Однако прямой удар молнии (например, в антенну радиомачты ) вызовет дуговую разрядку шунта и проведет огромное количество электричества на землю , защищая передатчики и другое оборудование.
Другая старая форма грозового разрядника использует простой узкий искровой разрядник, через который дуга будет прыгать при наличии высокого напряжения. Хотя это недорогое решение, его высокое напряжение срабатывания почти не обеспечивает защиты современных твердотельных электронных устройств, питаемых от защищенной цепи.
Шунты как защита цепи [ править ]
Когда цепь должна быть защищена от перенапряжения и в источнике питания есть режимы отказа, которые могут вызвать такие перенапряжения, цепь может быть защищена устройством, обычно называемым цепью лома . Когда это устройство обнаруживает перенапряжение, оно вызывает короткое замыкание между источником питания и его возвратом. Это вызовет как немедленное падение напряжения (защита устройства), так и мгновенный высокий ток, который, как ожидается, откроет чувствительное к току устройство (например, предохранитель или автоматический выключатель ). Это устройство называется ломом,
поскольку его можно сравнить с падением настоящего лома на набор шин (открытых электрических проводников).
Измерение малых сопротивлений, шунтов
В данной статье мы попробуем научиться измерять малые сопротивления. У радиолюбителей иногда возникает потребность точно определить сопротивление шунта при изготовлении или ремонте амперметра, чтобы он в свою очередь также точно показывал свои единицы измерения или в других целях. Но как это сделать, когда мультиметр не имеет шкалы измерения милли Ом, маркировка либо отсутствует, либо совсем не известна и не понятна? Большинство измерительных приборов имеют минимальную шкалу 200 Ом для измерения сопротивления и 3,5 — 4 разряда, при закорачивании щупов там уже примерно 0,7 Ом, при измерении сопротивления 0,1 Ом ничего не меняется, беда. Сейчас поправим.
Предлагаю использовать для этой цели мостовую схему измерения. Что такое мост должны представлять все, на этом останавливаться не будем. Составим мост из резисторов, подадим на него какое либо напряжение и будем его же измерять, хотя можно и ток измерять, разницы не будет, что более точное у нас под рукой, то и выбираем. Так а причем здесь измерение малого сопротивления? Терпение, все по порядку из далека. Есть такая замечательная вещь как баланс моста. Произведение сопротивлений противоположных плеч моста, при условии его сбалансированности, будут одинаковы. А напряжения и токи при сбалансированности моста будут взаимокомпенсировать друг друга и в сумме дадут 0.
(Пусть R0 это R3, а Rx это R4)
или
Итак, исходя из вышеперечисленного, если в мост поставить вместо одного из резисторов наше малое сопротивление произвольного номинала, а другой резистор сделать переменным или подстроечным (по схеме используем два переменных резистора для точности балансировки моста, особенно в том случае, когда под рукой нет многооборотистых переменных резисторов), чтобы добиться баланса моста. Такую схему можно использовать для измерения шунтов и малых сопротивлений:
Схему было собирать лениво, тем более, что плату изготовить нужно достаточно времени, поэтому навесным монтажом был изготовлен подопытный образец схемы. Здесь резисторы R1 и R2 не 1%, но подбирались максимально близкие к сопротивлению заданного номинала, погрешность сопротивления не превышала 0,5 % при комнатных условиях.
Но нужно знать как получить точное значение измеряемого сопротивления. Во первых, главное особенностью такое схемы является то, что с помощью нее «умножается» измеряемое сопротивление. А это значит, что необходимость в шкале на милли Омы в мультиметре отпадает. Сопротивление в 0,1 Ом уже можно будет измерять на шкале в кило Омы. Только измерение будет теперь не прямым, а косвенным, придется использовать немного математики и подсчитывать конечный результат измерения.
Определимся какой диапазон номиналов будем измерять (имеется ввиду малое сопротивление или сопротивление шунтов). Для этого нужно выбрать номиналы переменных резисторов:
По схеме используем два переменных резистора для большей точности взаимодействия, 1 кОм и 100 Ом. Такое сопротивление переменных резисторов позволит измерить максимально большое сопротивление в 1,1 Ом, минимальное с сохранением точности измерения 0,01 Ом (при Rx=0,01 Ом R0 должно быть 10 Ом, которые также нужно достаточно точно измерять своим мультиметром)
И номиналы постоянных резисторов, чтобы мост легко балансировался и было удобно подсчитать номинал шунта или малого сопротивления:
Кратность резисторов относительно друг друга лучше всего брать именно такой — 10, 100, 1000, чтобы быстро подсчитать конечный результат, хотя никто не запрещает брать не круглые числа, чтобы потом с
Ссылки [ править ]
- Рудольф F. Граф, Современный словарь электроники
, Mc-ГрауХилл, 1968 Библиотека Конгресса 68-13873
шунта
страницы 454. - Маттеи, Young, Jones Микроволновые фильтры, импеданс Matching сети и Сцепные Структуры
, p66, McGraw-Hill 1964 - ^ abРуководство по электрическим инструментам
, General Electric, 1949, страницы 8–9. - Террелл Крофт, Руководство американского электриков
, McGraw-Hill, 1948 р. 70 - Р. Дзюба; Н. Б. Белецкий; Дж. Ф. Мэйо-Уэллс. «Устойчивость двустенных манганиновых резисторов» (PDF) . В Давиде Р. Лиде (ред.). Век передового опыта в измерениях, стандартах и технологиях: хроника избранных публикаций NBS / NIST 1901–2000
. С. 63–65. CiteSeerX 10.1.1.208.9878 . DOI : 10,6028 / NIST.SP.958 . NIST SP 958. Десять из них служили исключительно стандартом сопротивления США с 1939 года, пока они не были вытеснены квантованным эффектом Холла (QHE) в 1990 году.
Шунтирующий инструмент, но последовательно включенный в цепь [ править ]
Источник переменного тока с измерителями и измерителями-шунтами плюс нагрузка с нагрузочным шунтом
В качестве введения к следующей главе этот рисунок показывает, что термин «шунтирующий резистор» следует понимать в контексте того, что он шунтирует.
В этом примере резистор R L будет пониматься как «шунтирующий резистор» (к нагрузке L), потому что этот резистор будет пропускать ток вокруг нагрузки L. R L подключен параллельно нагрузке L.
Однако последовательные резисторы R M1 и R M2 представляют собой низкоомные резисторы (как на фотографии), предназначенные для пропускания тока по приборам M1 и M2, и функционируют как шунтирующие резисторы к этим приборам. R M1 и R M2 подключены параллельно с M1 и M2. Если смотреть без приборов, эти два резистора будут считаться последовательными резисторами в этой схеме.
Диоды как шунты [ править ]
Если устройства уязвимы для обратной полярности сигнала или источника питания, для защиты схемы можно использовать диод . При последовательном подключении к цепи он просто предотвращает обратный ток, но при параллельном подключении он может шунтировать обратное питание, вызывая размыкание предохранителя или другой цепи ограничения тока.
Все полупроводниковые диоды имеют пороговое напряжение — обычно от ½ Вольта до 1 В — которое должно быть превышено, прежде чем через диод пройдет значительный ток в нормально допустимом направлении. Можно использовать два встречно-параллельных шунтирующих диода (по одному для проведения тока в каждом направлении), чтобы ограничить проходящий через них сигнал до не более чем их пороговое напряжение, чтобы защитить более поздние компоненты от перегрузки.
