- Jak używać oscyloskopu do pomiaru prądu
- 1. Korzystanie z rezystora bocznikującego
- 2. Korzystanie z sondy prądowej
- 3. Szybka i brudna metoda
- Wniosek
Pomiar prądu jest prostym zadaniem - wystarczy, że podłączysz multimetr do obwodu, który chcesz zmierzyć, a miernik poda czystą wartość do użycia. Czasami nie można naprawdę „otworzyć” obwodu, aby ustawić multimetr w szeregu z tym, co chcesz zmierzyć. Jest to również rozwiązane po prostu - wystarczy zmierzyć napięcie na znanej rezystancji w obwodzie - prąd jest wtedy po prostu napięciem podzielonym przez rezystancję (z prawa Ohma).
Sprawy komplikują się, gdy chcesz zmierzyć zmieniające się sygnały. Dzieje się to na łasce częstotliwości odświeżania (liczby próbek na sekundę) multimetru, a przeciętny człowiek może zrozumieć tylko tyle zmian w wyświetlaniu na sekundę. Pomiar prądu przemiennego staje się nieco prostszy, jeśli multimetr ma pomiar napięcia RMS (napięcie RMS to napięcie sygnału prądu przemiennego, które transmitowałoby taką samą ilość mocy, jaką wytworzyłoby źródło prądu stałego o tym napięciu). Jest to ściśle ograniczone do sygnałów okresowych (fale kwadratowe i tym podobne są absolutnie wykluczone, chyba że miara RMS jest „prawdziwa”, nawet wtedy nie ma gwarancji co do dokładności pomiaru). Większość multimetrów jest również filtrowana dolnoprzepustowo, co zapobiega pomiarom prądu przemiennego powyżej kilkuset herców.
Jak używać oscyloskopu do pomiaru prądu
Oscyloskop wypełnia lukę między ludzką percepcją a stałymi wartościami multimetru - wyświetla rodzaj `` wykresu '' napięcia w czasie sygnału, co pozwala na lepszą wizualizację zmieniających się sygnałów w porównaniu z zestawem zmieniających się liczb na multimetrze.
Przy odpowiednim wyposażeniu możliwy jest również pomiar sygnałów o częstotliwościach do kilku gigaherców. Jednak oscyloskop jest urządzeniem do pomiaru napięcia o wysokiej impedancji - jako taki nie może mierzyć prądów. Używanie oscyloskopu do pomiaru prądów wymaga konwersji prądu na napięcie, a można to zrobić na kilka sposobów.
1. Korzystanie z rezystora bocznikującego
Jest to prawdopodobnie najprostszy sposób pomiaru prądu i zostanie tutaj szczegółowo omówiony.
Przetwornik prądu na napięcie jest tutaj skromnym rezystorem.
Podstawowa wiedza mówi nam, że napięcie na rezystorze jest proporcjonalne do przepływającego przez niego prądu. Można to podsumować prawem Ohma:
V = IR
Gdzie V jest napięciem na rezystorze, I jest prądem płynącym przez rezystor, a R jest rezystancją rezystora, wszystkie w odpowiednich jednostkach.
Sztuczka polega na tym, aby użyć wartości rezystora, która nie wpływa na cały mierzony obwód, ponieważ spadek napięcia na rezystorze bocznikowym powoduje spadek napięcia w obwodzie, w którym jest on umieszczony. Ogólną zasadą byłoby użycie rezystor, który jest znacznie mniejszy niż rezystancja / impedancja mierzonego obwodu (dziesięć razy mniej w dobrym punkcie początkowym), aby zapobiec wpływowi bocznika na mierzony prąd w obwodzie.
Na przykład transformator i tranzystor MOSFET w przetwornicy DC-DC mogą mieć całkowitą rezystancję (DC) dziesiątek miliomów, umieszczenie dużego (powiedzmy) rezystora 1Ω spowodowałoby spadek większości napięcia na boczniku (pamiętaj, że w przypadku rezystory szeregowo, stosunek spadków napięcia na rezystorach jest stosunkiem ich rezystancji), a zatem większa strata mocy. Rezystor po prostu przekształca prąd na napięcie w celu pomiaru, więc moc nie działa. W tym samym czasie mały rezystor (1mΩ) obniżyłby tylko niewielkie (ale mierzalne) napięcie na nim, pozostawiając resztę napięcia do wykonania użytecznej pracy.
Teraz, po wybraniu wartości rezystora, można podłączyć masę sondy do masy obwodu, a końcówkę sondy do rezystancji bocznika, jak pokazano na poniższym rysunku.
Jest kilka fajnych sztuczek, których możesz użyć.
Zakładając, że twój bocznik ma rezystancję 100 mΩ, wówczas prąd o wartości 1 A spowodowałby spadek napięcia o 100 mV, co daje nam „czułość” 100 mV na amp. Nie powinno to powodować problemów, jeśli jesteś ostrożny, ale często 100mV jest brane dosłownie - innymi słowy, mylone ze 100mA.
Ten problem można rozwiązać, ustawiając ustawienie wejściowe na 100X - sonda już tłumi 10X, więc dodanie kolejnych 10X do sygnału przywraca go z powrotem do 1 V na wzmacniacz, tj. Wejście jest „mnożone” przez 10. Większość oscyloskopów jest wyposażona w funkcja polegająca na możliwości wyboru tłumienia wejścia. Jednak mogą istnieć zakresy obsługujące tylko 1X i 10X.
Kolejną przydatną małą funkcją jest możliwość ustawienia jednostek pionowych wyświetlanych na ekranie - można zmienić V między innymi na A, W i U.
Sytuacja komplikuje się, gdy nie można umieścić bocznika na niskim boku. Uziemienie sondy jest bezpośrednio połączone z uziemieniem, więc zakładając, że zasilacz jest również uziemiony, podłączenie zacisku uziemienia sondy do dowolnego przypadkowego punktu w obwodzie spowoduje zwarcie tego punktu do masy.
Można temu zapobiec, wykonując coś, co nazywa się pomiarem różnicowym.
Większość oscyloskopów ma funkcję matematyczną, której można używać do wykonywania operacji matematycznych na wyświetlanych przebiegach. Pamiętaj, że nie zmienia to w żaden sposób rzeczywistego sygnału!
Funkcją, której będziemy tutaj używać, jest funkcja odejmowania, która wyświetla różnicę dwóch wybranych przebiegów.
Ponieważ napięcie jest po prostu różnicą potencjałów w dwóch punktach, możemy podłączyć jedną sondę do każdego punktu i podłączyć zaciski masy do masy obwodu, jak pokazano na rysunku.
Wyświetlając różnicę między dwoma sygnałami, możemy określić prąd.
Ta sama sztuczka „tłumienia” zastosowana powyżej ma zastosowanie również tutaj, pamiętaj tylko, aby zmienić oba kanały.
Wady stosowania rezystora bocznikowego:
Stosowanie rezystora bocznikowego ma kilka wad. Pierwsza to tolerancja, która może wynosić nawet 5%. Jest to coś, z czego należy się z pewną trudnością rozliczyć.
Drugi to współczynnik temperaturowy. Rezystancja rezystorów rośnie wraz z temperaturą, co skutkuje większym spadkiem napięcia dla danego prądu. Jest to szczególnie złe w przypadku rezystorów bocznikowych o wysokim prądzie.
2. Korzystanie z sondy prądowej
Gotowe sondy prądowe (zwane „cęgami prądowymi”; zaciskają się na przewodach bez przerywania obwodów) są dostępne na rynku, ale nie widać wielu hobbystów używających ich ze względu na ich wygórowany koszt.
Te sondy wykorzystują jedną z dwóch metod.
Pierwsza metoda jest zastosowanie rany cewki wokół półokrągłej rdzeniu ferrytowym. Prąd w przewodzie, wokół którego została zaciśnięta sonda, generuje pole magnetyczne w ferrycie. To z kolei indukuje napięcie w cewce. Napięcie jest proporcjonalne do szybkości zmian prądu. Integrator „integruje” przebieg i wytwarza sygnał wyjściowy, który jest proporcjonalny do prądu. Skala wyjściowa wynosi zwykle od 1 mV do 1 V na amper.
Druga metoda wykorzystuje czujnik Halla umieszczonego pomiędzy dwoma ferrytowych półkola. Czujnik Halla wytwarza napięcie proporcjonalne do prądu.
3. Szybka i brudna metoda
Ta metoda nie wymaga żadnych dodatkowych komponentów poza oscyloskopem i sondą.
Ta metoda przypomina użycie sondy prądowej. Owiń przewód uziemiający sondy wokół przewodu przenoszącego prąd, który ma być mierzony, a następnie podłącz zacisk uziemienia do końcówki sondy.
Wytworzone napięcie jest ponownie proporcjonalne do szybkości zmian prądu i trzeba wykonać obliczenia matematyczne na przebiegu (mianowicie całkowanie; większość oscyloskopów ma to w menu „matematyka”), aby zinterpretować je jako prąd.
Mówiąc pod względem elektrycznym, zwarta sonda w zasadzie tworzy pętlę z drutu, która działa trochę jak przekładnik prądowy, jak pokazano na rysunku.
Wniosek
Istnieje kilka metod pomiaru zmieniających się przebiegów prądu za pomocą oscyloskopu. Najprostszym jest użycie bocznika prądowego i pomiar napięcia na nim.