บทเรียน 3.1 — วัดแรงดันและความต่อเนื่อง

เป้าหมาย

เมื่อจบบทเรียนนี้ คุณจะ

1. วัดแรงดันที่จุดทดสอบบนบอร์ดโดยเลือกโหมดและย่านวัดถูกต้อง และบอกได้ว่าค่าที่อ่านได้แม่นแค่ไหน
2. ตรวจความต่อเนื่องของสายและหาจุดลัดวงจรบนวงจรที่ปิดไฟแล้ว

ก่อนเริ่ม

• มัลติมิเตอร์แบบดิจิทัลพร้อมคู่มือ (ต้องอ่านสเปกความแม่นยำ)
• บอร์ด สาย USB เบรดบอร์ดที่ยังมีวงจรจากบทเรียน แรงดัน กระแส และความต้านทาน

ความปลอดภัย หลักสูตรนี้ ไม่วัดไฟบ้าน ไม่ว่ากรณีใด มัลติมิเตอร์และสายวัดที่ดีพิมพ์พิกัด measurement category ไว้ (CAT II/III ตาม IEC 61010) แม้งานของเราเป็นไฟ 3.3 V เลือกเครื่องที่มีพิกัดไว้ก่อนเป็นนิสัยที่ดี

ดูของจริงก่อน

หยิบมัลติมิเตอร์ขึ้นมาดูโดยยังไม่เสียบสาย

• ช่องเสียบสายมีกี่ช่อง ช่องไหนคือ COM, VΩ, mA/µA และมีช่อง 10A แยกไหม
• ปุ่มหมุนมีสัญลักษณ์ V⎓, V~, Ω, ความต่อเนื่อง, ไดโอด ตรงไหนบ้าง
• เครื่องเลือกย่านเอง (มีตัวเลข 200m, 2, 20, 200) หรือเลือกย่านอัตโนมัติ (AUTO)

จดคำตอบไว้ เราจะใช้ตอนเลือกย่านวัดในหัวข้อถัดไป

แนวคิด (1) — โหมด ช่องเสียบ และความแม่นยำ

เลือกย่านวัด ย่านที่เล็กที่สุดที่ยังมากกว่าค่าที่คาด — เลือกผิดได้แค่ OL (overload) ไม่มีอะไรเสีย

ความคลาด = ±(0.5% × 3.29 V + 2 × 0.01 V) = ±0.036 V
ค่าจริงอยู่ระหว่างราว 3.25 ถึง 3.33 V

แนวคิด (2) — วัดแรงดัน: ต่อขนาน อ้างอิงกราวด์

ไฟ 3.3 V ควรอยู่ 3.14–3.47 V (±5%), ไฟ 1.8 V ควรอยู่ 1.71–1.89 V

แนวคิด (3) — ความต่อเนื่องและความต้านทาน (ปิดไฟเท่านั้น)

โหมด Ω และความต่อเนื่องปล่อยกระแสเล็ก ๆ ของเครื่องเองผ่านสิ่งที่วัด — ถอดไฟและรอให้ตัวเก็บประจุคายประจุก่อนเสมอ

• โหมดความต่อเนื่อง ดังเมื่อความต้านทานต่ำกว่าเกณฑ์ — ตรวจสายขาด, รางไฟขาดครึ่งกลาง, ไฟเลี้ยงลัดกราวด์ (ต้องไม่ดัง)
• ความต้านทาน in-circuit เครื่องเห็นทุกทางที่ต่อคร่อมสองจุดนั้น (10 kΩ ∥ 10 kΩ อ่านได้ 5 kΩ — ไม่ได้แปลว่าเสีย)
• บอร์ดจริงไม่ใช่ 0 หรืออนันต์ ราง 3V3–GND มักได้หลายร้อยโอห์มถึงหลายกิโลโอห์มจาก decoupling caps ที่กำลังถูกประจุ — "ลัดวงจร" คือค่าใกล้ 0 Ω ที่ไม่ขยับ

ตัวอย่างสมบูรณ์ — ไล่หาจุดลัด

สถานการณ์ วงจร R1=1kΩ, R2=2.2kΩ∥R3=4.7kΩ แรงดันที่จุด A เป็น 0 V ทั้งที่ควรได้ 1.98 V

1. เริ่มจากแหล่งจ่าย   วัดราง 3V3 ได้ 3.29 V — แหล่งจ่ายปกติ
2. วัดทีละจุดตามทางกระแส   ขา R1 ฝั่ง 3V3 = 3.29 V, ฝั่งจุด A = 0 V
                            → แรงดันตกคร่อม R1 ทั้งหมด หรือจุด A ถูกดึงลงกราวด์
3. ถอดไฟ โหมดความต่อเนื่อง   วัด A ถึง GND: ดังทันที ใกล้ 0 Ω
4. หาตัวการ   สายจัมเปอร์เลื่อนไปคอลัมน์ติดกับราง GND
5. แก้แล้วตรวจก่อนเสียบไฟ   ราง 3V3–GND ได้ราว 2.50 kΩ = R1+(R2∥R3)
6. เสียบไฟ วัดซ้ำ   จุด A = 1.97 V อยู่ในความคลาด

ฝึกเติม / แล็บ

ฝึกเติม

1. เครื่องเลือกย่านเองมีย่าน 200mV, 2V, 20V, 200V จะวัดไฟ 1.8 V ควรใช้ย่านไหน ความละเอียดเท่าไร
2. วัดตัวต้านทาน 4.7 kΩ ที่มีอีกตัว 4.7 kΩ ขนานอยู่ในวงจร จะอ่านได้เท่าไร

แล็บ ส่วน A (เปิดไฟ) วัดขา 3V3 และ 5V ของ header เทียบกับช่วงที่ยอมรับได้

แล็บ ส่วน B (ปิดไฟ) ตรวจความต่อเนื่องของสายจัมเปอร์และรางเบรดบอร์ด แล้วเล่นเกมหาจุดลัด — ให้เพื่อนแอบเสียบสายลัดสองคอลัมน์ แล้วหาให้เจอด้วยจำนวนการวัดน้อยที่สุด (แบ่งวงจรครึ่ง ๆ)

เช็กความเข้าใจ

1. มัลติมิเตอร์แบบเลือกย่านเองมีย่าน 200 mV, 2 V, 20 V, 200 V จะวัดขา 3V3 ควรเลือกย่านใด

   • ก) 200 mV · ข) 2 V · ค) 20 V · ง) 200 V

2. การวัดแรงดันที่ขาหนึ่งเทียบกราวด์ ต้องต่อมัลติมิเตอร์อย่างไร

   • ก) ตัดวงจรแล้วต่ออนุกรม สายแดงที่ช่อง mA · ข) สายดำที่ COM แตะ GND สายแดงที่ช่อง VΩ แตะขาที่วัด โดยไม่ต้องตัดวงจร · ค) ปิดไฟก่อน แล้วใช้โหมด Ω · ง) สายแดงแตะ GND สายดำแตะขาที่วัด แล้วตั้งโหมดความต่อเนื่อง

3. ทำไมต้องถอดไฟก่อนวัดความต้านทานหรือความต่อเนื่อง

   • ก) เพราะมิเตอร์ใช้กระแสของมันเองวัด แรงดันในวงจรจะทำให้ค่าผิดและอาจทำให้เครื่องเสียหาย · ข) เพราะโหมด Ω ใช้แบตเตอรี่มาก · ค) เพราะเสียงจะดังตลอด · ง) ไม่จำเป็นต้องถอดไฟ

ไปต่อ

บทเรียนถัดไป วัดกระแสอย่างปลอดภัย — โหมดที่ทำให้มัลติมิเตอร์เสียบ่อยที่สุด และวิธีที่ทำให้ไม่เกิดกับเครื่องของคุณ