電流量測(current measurement)
量電壓很容易:你碰兩個點、讀出壓力差。量電流則根本上更難,因為電流是流動,而要量流動,你通常得進到管子裡。除非電表是電流實際走的路徑的一部分,否則沒有電流流過你的電表。這是初學者必須內化的一條規則:電壓表並聯(跨在元件上),但電流表串聯(與電流同一線上),而那意味著要把電路斷開、把它插進去。
有兩種常見而誠實的方法。直接法:把線斷開、把電表的電流輸入串進去,讓全部電流流過它;電表直接讀出安培數。陷阱是負擔電壓(burden voltage)——電流表不是完美的零歐姆導線,它有一點電阻,所以會掉一點電壓、略微餓著你正在量的那個電路。間接、往往更好的方法:在路徑中插入一顆小而精確已知的分流電阻,量它兩端的電壓,再用歐姆定律得到電流。一顆 0.1 歐姆的分流電阻流過 100 mA,會產生 V = I 乘以 R = 0.1 乘以 0.1 = 10 mV,電壓表或放大器能乾淨地讀出,且不必每次都斷開電路。要做非侵入式量測,電流鉗感測導線周圍的磁場,完全不必斷線。
為何重要:電流告訴你電路真正在做什麼——它的耗電、某一級偏壓是否正確、是否有東西短路。兩個值得刻進腦裡的提醒。第一,經典災難:把三用電表留在電流檔(一個經過保險絲的近乎短路)再跨接到電壓源上,會瞬間燒掉保險絲,因為你把一個短路並聯到了電源上。第二,每個方法都有代價:串聯電流表或分流電阻會偷走一點電壓(負擔),電流鉗在低電流時較不精確,而大到容易讀的分流電阻會擾動它所在的電路。選一顆小到不影響、又大到能讀的分流電阻。
為了在不反覆斷開電路的情況下檢查一塊板子的耗電,你把一顆 0.1 歐姆的分流電阻焊進電源線,用電表看它兩端的電壓。在 250 mA 時,分流電阻顯示 V = 0.250 乘以 0.1 = 25 mV,而它加在電源上的壓降只有 25 mV——小到可忽略。讀出毫伏、除以 0.1,你就得到安培數。
進到路徑裡(串聯電流表或分流電阻),或感測磁場(電流鉗)——絕不並聯。
實驗檯上最常見的單一錯誤:三用電表留在電流檔、又跨接到電池或電源軌上。電流輸入幾乎是短路,所以一瞬間就燒掉保險絲。電流要串聯,永遠只能串聯。