- Ako používať osciloskop na meranie prúdu
- 1. Použitie bočného odporu
- 2. Používanie prúdovej sondy
- 3. Rýchla a špinavá metóda
- Záver
Meranie prúdu je jednoduchá úloha - všetko, čo musíte urobiť, je pripojiť multimetr k obvodu, ktorý chcete merať, a merač vám dá čistú hodnotu, ktorú budete môcť použiť. Niekedy nemôžete skutočne „otvoriť“ obvod, aby ste vytvorili multimeter v sérii s tým, čo chcete merať. Toto je tiež vyriešené jednoducho - stačí zmerať napätie na známom odpore v obvode - prúd potom predstavuje napätie delené odporom (z Ohmovho zákona).
Veci sa trochu komplikujú, keď chcete merať meniace sa signály. Toto je na milosť a nemilosť obnovovacej frekvencie (počet vzoriek za sekundu) multimetra a priemerný človek dokáže pochopiť iba toľko zmien na displeji za sekundu. Meranie striedavého prúdu je o niečo jednoduchšie, ak má váš multimetr meranie napätia RMS (RMS napätie je napätie signálu striedavého prúdu, ktoré by vysielalo rovnaké množstvo energie, aké by vyprodukoval zdroj jednosmerného prúdu tohto napätia). To sa striktne obmedzuje na periodické signály (štvorcové vlny a podobne sú striktne vylúčené, pokiaľ nie je hodnota RMS „pravdivá“, aj keď neexistujú žiadne záruky presnosti merania). Väčšina multimetrov je tiež filtrovaná dolným priechodom, čo znemožňuje meranie striedavého prúdu nad niekoľko stoviek Hz.
Ako používať osciloskop na meranie prúdu
Osciloskop vypĺňa medzeru medzi ľudským vnímaním a ustálenými hodnotami multimetra - zobrazuje akýsi napäťovo-časový „graf“ signálu, ktorý umožňuje lepšiu vizualizáciu meniacich sa signálov v porovnaní so súborom meniacich sa čísel na multimetri.
Pri správnom vybavení je tiež možné merať signály s frekvenciami až do niekoľkých gigahertzov. Osciloskop je však prístroj na meranie vysokej impedancie napätia - nedokáže merať prúdy ako také. Používanie osciloskopu na meranie prúdov si vyžaduje premenu prúdu na napätie, čo je možné vykonať niekoľkými spôsobmi.
1. Použitie bočného odporu
Toto je možno najjednoduchší spôsob merania prúdu a bude sa o ňom podrobne diskutovať.
Prúdu na napätie prevodník tu je pokorný odpor.
Základné vedomosti nám hovoria, že napätie na rezistore je úmerné prúdu, ktorý ním preteká. Toto možno zhrnúť Ohmovym zákonom:
V = IR
Kde V je napätie na rezistore, I je prúd cez rezistor a R je odpor rezistora, a to všetko v ich príslušných jednotkách.
Trik spočíva v použití hodnoty rezistora, ktorá neovplyvňuje celkový meraný obvod, pretože pokles napätia v bočnom rezistore spôsobuje pokles napätia v obvode, do ktorého je umiestnený. Všeobecným pravidlom by bolo používať odpor, ktorý je oveľa menší ako odpor / impedancia meraného obvodu (v dobrom východiskovom bode desaťkrát menej), aby sa zabránilo ovplyvneniu bočného prúdu v meranom obvode.
Napríklad transformátor a MOSFET v konvertore DC-DC môžu mať celkový (DC) odpor desiatky miliohmov, umiestnenie veľkého (povedzme) 1Ω odporu by viedlo k tomu, že väčšina napätia klesne cez bočník (nezabudnite, že pre rezistorov zapojených do série, pomer napätia poklesnutého cez rezistory je pomerom ich odporov), a teda väčšiu stratu výkonu. Rezistor iba prevádza prúd na napätie na meranie, takže výkon nemá žiadnu užitočnú prácu. Malý rezistor (1 mΩ) by súčasne poklesol iba malým (ale merateľným) napätím, takže by zvyšku napätia mohol venovať užitočnú prácu.
Teraz, keď ste vybrali hodnotu odporu, môžete pripojiť zem sondy k zemi obvodu a hrot sondy k bočnému odporu, ako je to znázornené na obrázku nižšie.
Tu môžete použiť niekoľko šikovných trikov.
Predpokladajme, že váš bočník má odpor 100 mΩ, potom by prúd 1 A viedol k poklesu napätia o 100 mV, čo by nám dalo „citlivosť“ 100 mV na zosilňovač. To by nemalo spôsobovať žiadne problémy, ak ste opatrní, ale mnohokrát sa 100 mV berie doslovne - inými slovami, zamieňa sa so 100 mA.
Tento problém je možné prekonať nastavením vášho vstupu na 100X - sonda je už 10X útlmová, takže pridaním ďalších 10X k signálu sa signál vráti späť na 1V na zosilňovač, tj. Vstup sa „vynásobí“ 10. Väčšina osciloskopov sa dodáva s táto vlastnosť je schopná zvoliť vstupný útlm. Môžu však existovať obory, ktoré podporujú iba 1X a 10X.
Ďalšou užitočnou malou vlastnosťou je možnosť nastaviť vertikálne jednotky, ktoré sa zobrazujú na obrazovke - V sa dá okrem iného zmeniť na A, W a U.
Veci sa komplikujú, keď nemôžete umiestniť bočnú stranu bočníka. Uzemnenie rozsahu je priamo spojené so zemou, takže za predpokladu, že je uzemnený aj váš napájací zdroj, pripojenie uzemňovacej svorky sondy k ľubovoľnému náhodnému bodu v obvode skráti tento bod k zemi.
Tomu sa dá zabrániť vykonaním niečoho, čo sa nazýva diferenciálne meranie.
Väčšina osciloskopov má matematickú funkciu, pomocou ktorej je možné vykonávať matematické operácie so zobrazenými vlnovými formami. Upozorňujeme, že to nijako nezmení skutočný signál!
Funkciou, ktorú tu použijeme, je funkcia odčítania, ktorá zobrazuje rozdiel dvoch vybraných tvarov vĺn.
Pretože napätie je jednoducho rozdiel potenciálov v dvoch bodoch, môžeme do každého bodu zapojiť jednu sondu a pripojiť uzemňovacie svorky k zemi obvodu, ako je to znázornené na obrázku.
Zobrazením rozdielu medzi týmito dvoma signálmi môžeme určiť prúd.
Rovnaký trik „zoslabenia“, aký sa použil vyššie, platí aj tu, nezabudnite však zmeniť oba kanály.
Nevýhody použitia bočníka:
Existuje niekoľko nevýhod použitia bočníkového rezistora. Prvým je tolerancia, ktorá môže byť až 5%. To je niečo, s čím je potrebné počítať s určitými ťažkosťami.
Druhým je teplotný koeficient. Odpor odporov sa zvyšuje s teplotou, čo má za následok väčší pokles napätia pre daný prúd. To je obzvlášť zlé pri vysokoprúdových bočníkových rezistoroch.
2. Používanie prúdovej sondy
Na trhu sú dostupné hotové prúdové sondy (nazývané „prúdové svorky“; upínajú sa na vodiče bez prerušenia obvodov), ale nevidíte veľa fanúšikov, ktorí by ich používali kvôli ich neúmerným nákladom.
Tieto sondy používajú jednu z dvoch metód.
Prvá metóda je použitie cievky navinuté polkruhovú feritové jadro. Prúd vo vodiči, ktorý je upnutý, vytvára magnetické pole vo ferite. To zase indukuje napätie v cievke. Napätie je úmerné rýchlosti zmeny prúdu. Integrátor „integruje“ tvar vlny a vytvára výstup, ktorý je úmerný prúdu. Výstupná stupnica je zvyčajne medzi 1 mV a 1 V na zosilňovač.
Druhá metóda používa Hallov snímač nachádzajúci sa medzi dvoma feritu polkruhu. Hallov snímač produkuje napätie, ktoré je úmerné prúdu.
3. Rýchla a špinavá metóda
Táto metóda nevyžaduje žiadne ďalšie komponenty okrem rozsahu a sondy.
Táto metóda je veľmi podobná použitiu prúdovej sondy. Obtočte uzemňovací vodič sondy okolo vodiča, ktorý vedie meraný prúd, a potom pripojte uzemňovaciu svorku k hrotu sondy.
Vytvorené napätie je opäť úmerné rýchlosti zmeny prúdu a musíte interpretovať matematiku priebehu (menovite integráciu; väčšina rozsahov sa nachádza v ponuke „matematika“), aby ste ju interpretovali ako prúd.
Elektricky povedané, skratovaná sonda v podstate tvorí drôtovú slučku, ktorá funguje ako prúdový transformátor, ako je to znázornené na obrázku.
Záver
Existuje niekoľko metód na meranie meniacich sa kriviek prúdu pomocou osciloskopu. Najjednoduchšie je použiť prúdový skrat a meranie napätia na ňom.