- Jak používat osciloskop k měření proudu
- 1. Použití bočního rezistoru
- 2. Použití proudové sondy
- 3. Rychlá a špinavá metoda
- Závěr
Měření proudu je jednoduchý úkol - vše, co musíte udělat, je připojit multimetr k obvodu, který chcete měřit, a měřič vám poskytne čistou hodnotu k použití. Někdy nemůžete skutečně „otevřít“ obvod a dát multimetr do série s tím, co chcete měřit. To je také vyřešeno jednoduše - stačí měřit napětí na známém odporu v obvodu - proud pak je prostě napětí dělené odporem (z Ohmova zákona).
Věci se trochu komplikují, když chcete měřit měnící se signály. Toto je vydáno na milost obnovovací frekvenci (počtu vzorků za sekundu) multimetru a průměrný člověk dokáže pochopit pouze tolik změn zobrazení za sekundu. Měření střídavého proudu se stává o něco jednodušší, pokud váš multimetr má měření napětí RMS (napětí RMS je napětí signálu AC, které by vysílalo stejné množství energie, jaké by produkovalo stejnosměrné napájení tohoto napětí). To je přísně omezeno na periodické signály (čtvercové vlny apod. Jsou striktně vyloučeny, pokud opatření RMS není „pravdivé“, i když neexistují žádné záruky přesnosti měření). Většina multimetrů je také filtrována dolní propustí, což znemožňuje měření střídavého proudu nad několik set Hertzů.
Jak používat osciloskop k měření proudu
Osciloskop vyplňuje mezeru mezi lidským vnímáním a stálými hodnotami multimetru - zobrazuje jakýsi napěťově-časový „graf“ signálu, který umožňuje lepší vizualizaci měnících se signálů ve srovnání se sadou měnících se čísel na multimetru.
Měření signálů s frekvencemi až několik gigahertzů je také možné, při správném vybavení. Osciloskop je však zařízení na měření vysoké impedance napětí - nedokáže měřit proudy jako takové. Použití osciloskopu k měření proudů vyžaduje převod proudu na napětí, což lze provést několika způsoby.
1. Použití bočního rezistoru
Toto je možná nejjednodušší způsob měření proudu a bude zde podrobně diskutován.
Proudu na napětí převodník zde je pokorný odpor.
Základní znalosti nám říkají, že napětí na rezistoru je úměrné proudu, který protéká. Lze to shrnout Ohmovým zákonem:
V = IR
Kde V je napětí na rezistoru, I je proud procházející rezistorem a R je odpor rezistoru, vše v příslušných jednotkách.
Trik spočívá v použití hodnoty rezistoru, která neovlivňuje celkový měřený obvod, protože pokles napětí na bočním rezistoru způsobí, že v obvodu, do kterého je umístěn, poklesne menší napětí. odpor, který je mnohem menší než odpor / impedance měřeného obvodu (v dobrém počátečním bodě desetkrát menší), aby se zabránilo tomu, že proud v měřeném obvodu bude ovlivněn bočníkem.
Například transformátor a MOSFET v měniči DC-DC mohou mít celkový (DC) odpor desítek miliohmů, umístění velkého (řekněme) 1Ω rezistoru by vedlo k tomu, že by většina napětí poklesla přes bočník (nezapomeňte, že pro odporů v sérii, poměr napětí klesajícího přes rezistory je poměrem jejich odporů) a tedy větší ztráta výkonu. Rezistor pouze převádí proud na napětí pro měření, takže výkon není užitečný. Současně by malý odpor (1 mΩ) poklesl na něj pouze malým (ale měřitelným) napětím a zbytek napětí by mohl vykonat užitečnou práci.
Nyní, když vyberete hodnotu rezistoru, můžete připojit zem sondy k zemi obvodu a hrot sondy k bočníku, jak je znázorněno na obrázku níže.
Zde můžete použít několik úhledných triků.
Předpokládejme, že váš bočník má odpor 100 mΩ, pak by proud 1 A vedl k poklesu napětí o 100 mV, což by nám dalo „citlivost“ 100 mV na zesilovač. To by nemělo způsobovat žádné problémy, pokud jste opatrní, ale mnohokrát je 100 mV bráno doslovně - jinými slovy zaměněno za 100 mA.
Tento problém lze překonat nastavením vašeho vstupu na 100X - sonda je již 10x útlumová, takže přidání dalších 10X k signálu ji přivede zpět na 1V na zesilovač, tj. Vstup je 'vynásoben' 10. Většina osciloskopů je dodávána s Tato vlastnost umožňuje vybrat vstupní útlum. Mohou však existovat obory, které podporují pouze 1X a 10X.
Další užitečnou malou funkcí je možnost nastavit svislé jednotky zobrazené na obrazovce - V lze mimo jiné změnit na A, W a U.
Věci se komplikují, když nemůžete umístit boční stranu bočníku. Uzemnění osciloskopu je přímo připojeno k uzemnění, takže za předpokladu, že je uzemněn i váš napájecí zdroj, připojení uzemňovací svorky sondy k libovolnému náhodnému bodu v obvodu zkrátí tento bod k zemi.
Tomu lze zabránit provedením něčeho, co se nazývá diferenciální měření.
Většina osciloskopů má matematickou funkci, kterou lze použít k provádění matematických operací se zobrazenými průběhy. Upozorňujeme, že to nijak nemění skutečný signál!
Funkce, kterou zde použijeme, je funkce odčítání, která zobrazuje rozdíl dvou vybraných tvarů vln.
Vzhledem k tomu, že napětí je jednoduše rozdíl potenciálů ve dvou bodech, můžeme do každého bodu připojit jednu sondu a připojit zemnicí svorky k zemi obvodu, jak je znázorněno na obrázku.
Zobrazením rozdílu mezi dvěma signály můžeme určit proud.
Stejný trik „útlumu“ použitý výše platí i zde, nezapomeňte změnit oba kanály.
Nevýhody použití bočníku:
Existuje několik nevýhod použití bočního odporu. První je tolerance, která může být až 5%. To je něco, s čím je třeba počítat s určitými obtížemi.
Druhým je teplotní koeficient. Odpor odporů se zvyšuje s teplotou, což má za následek větší pokles napětí pro daný proud. To je obzvláště špatné u vysokoproudých bočních rezistorů.
2. Použití proudové sondy
Readymade proudové sondy (nazývané „proudové kleště“; upínají se na vodiče bez přerušení obvodů) jsou na trhu k dispozici, ale nevidíte mnoho fandů, kteří by je používali kvůli jejich neúnosným nákladům.
Tyto sondy používají jednu ze dvou metod.
První metoda je použití cívky navinuté půlkruhovou feritové jádro. Proud ve vodiči, který byl upnut kolem sondy, generuje magnetické pole ve feritu. To zase indukuje napětí v cívce. Napětí je úměrné rychlosti změny proudu. Integrátor „integruje“ tvar vlny a vytváří výstup, který je úměrný proudu. Výstupní stupnice je obvykle mezi 1 mV a 1 V na zesilovač.
Druhá metoda používá Hallův snímač nacházející se mezi dvěma feritu půlkruhu. Hallův snímač produkuje napětí, které je úměrné proudu.
3. Rychlá a špinavá metoda
Tato metoda nevyžaduje žádné další součásti kromě rozsahu a sondy.
Tato metoda je velmi podobná použití proudové sondy. Obtočte zemnící vodič sondy kolem vodiče, který nese měřený proud, a poté připojte zemnící svorku ke špičce sondy.
Vyrobené napětí je opět úměrné rychlosti změny proudu a je třeba provést nějakou matematiku na křivce (jmenovitě integraci; většina oborů to má v nabídce „matematika“), abyste ji interpretovali jako proud.
Elektricky řečeno, zkratovaná sonda v podstatě tvoří drátovou smyčku, která funguje podobně jako transformátor proudu, jak je znázorněno na obrázku.
Závěr
Existuje několik metod pro měření měnících se průběhů proudu pomocí osciloskopu. Nejjednodušší je použití proudového bočníku a měření napětí na něm.