Как се измерва ток с осцилоскоп

Измерването на тока е проста задача - всичко, което трябва да направите, е да свържете мултицет към веригата, която искате да измервате, а измервателният уред ви дава чиста стойност, която да използвате. Понякога не можете наистина да „отворите“ веригата, за да поставите мултицет последователно с това, което искате да измерите. Това се решава твърде просто - просто трябва да измерите напрежението на известно съпротивление във веригата - токът тогава е просто напрежението, разделено на съпротивлението (от закона на Ом).

Нещата се усложняват малко, когато искате да измервате променящите се сигнали. Това зависи от скоростта на опресняване (брой проби в секунда) на мултиметъра и средният човек може да разбере само толкова много промени в дисплея в секунда. Измерването на променлив ток става малко по-опростено, ако вашият мултиметър има RMS измерване на напрежението (RMS напрежението е напрежението на променливотоков сигнал, който би предавал същото количество мощност, което би произвел DC захранването от това напрежение). Това е строго ограничено до периодични сигнали (квадратните вълни и други подобни строго не са под въпрос, освен ако RMS мярката е „вярна“, дори тогава няма гаранции за точността на измерването) Повечето мултиметри също са с нискочестотен филтър, което предотвратява измерването на променлив ток над няколкостотин херца.

Как да използвам осцилоскоп за измерване на ток

Осцилоскопът запълва празнината между човешкото възприятие и постоянните стойности на мултицет - той показва нещо като графика на напрежение-време на сигнал, което позволява по-добра визуализация на променящите се сигнали в сравнение с набор от променящи се числа на мултиметър.

Измерване на сигнали с честоти до няколко гигагерца също е възможно, при правилното оборудване. Осцилоскопът обаче е устройство за измерване на напрежение с висок импеданс - не може да измерва токове като такива. Използването на осцилоскоп за измерване на токове изисква преобразуване на ток в напрежение и това може да се направи по няколко начина.

1. Използване на шунтов резистор

Това е може би най-простият начин за измерване на тока и ще бъде разгледан тук подробно.

На ток-напрежение преобразувател тук е скромен резистор.

Основните познания ни казват, че напрежението на резистора е пропорционално на тока, протичащ през него. Това може да бъде обобщено от закона на Ом:

V = IR

Където V е напрежението на резистора, I е токът през резистора, а R е съпротивлението на резистора, всички в съответните им единици.

Номерът тук е да се използва стойност на резистора, която не влияе върху цялостната измервана верига, тъй като спадът на напрежението в шунтиращия резистор води до по-малко напрежение, падащо във веригата, в която е поставен. Общо правило би било да се използва резистор, който е много по-малък от съпротивлението / импеданса на измерваната верига (десет пъти по-малко в добра начална точка), за да се предотврати влиянието на тока в измерваната верига от шунта.

Например, трансформаторът и MOSFET в DC-DC преобразувател могат да имат общо (DC) съпротивление от десетки милиома, поставянето на голям (да речем) 1Ω резистор би довело до падане на по-голямата част от напрежението през шунта (не забравяйте, че за резистори последователно, съотношението на напрежението, паднало през резисторите, е съотношението на техните съпротивления) и следователно по-голяма загуба на мощност. Резисторът просто преобразува тока в напрежение за измерване, така че мощността не прави полезна работа. В същото време, малък резистор (1mΩ) би изпуснал само малко (но измеримо) напрежение през него, оставяйки останалото напрежение да върши полезна работа.

Сега, след като сте избрали стойност на резистор, можете да свържете заземяването на сондата към земната верига и върха на сондата към съпротивлението на шунта, както е показано на фигурата по-долу.

Има няколко изискани трика, които можете да използвате тук.

Да предположим, че вашият шунт има съпротивление от 100mΩ, тогава ток от 1A би довел до спад на напрежението от 100mV, което ни дава "чувствителност" от 100mV на усилвател. Това не би трябвало да създава проблеми, ако сте внимателни, но много пъти 100mV се възприема буквално - с други думи, обърква се със 100mA.

Този проблем може да бъде преодолян, като зададете настройката на входа си на 100Х - сондата вече е 10Х атенюираща, така че добавянето на още 10Х към сигнала го връща обратно до 1V на усилвател, т.е. входът се 'умножава' по 10. Повечето осцилоскопи идват с тази характеристика на възможността да изберете затихване на входа. Възможно е обаче да има обхвати, които поддържат само 1X и 10X.

Друга полезна малка функция е възможността да настроите вертикалните единици да се показват на екрана - V може да се промени на A, W и U, наред с други.

Нещата се усложняват, когато не можете да поставите шунта ниско. Заземяването на обхвата е пряко свързано със заземяване, така че ако приемете, че захранването ви също е заземено, свързването на заземяващата скоба на сондата към произволна точка във веригата ще скъси тази точка към земята.

Това може да се предотврати, като се направи нещо, наречено диференциално измерване.

Повечето осцилоскопи имат математическа функция, която може да се използва за извършване на математически операции върху показаната форма (и) на вълната. Имайте предвид, че това не променя действителния сигнал по никакъв начин!

Функцията, която ще използваме тук, е функцията за изваждане, която показва разликата на две избрани форми на вълната.

Тъй като напрежението е просто потенциалната разлика в две точки, можем да закачим по една сонда към всяка точка и да свържем заземяващите скоби към земната верига, както е показано на фигурата.

Чрез показване на разликата между двата сигнала можем да определим тока.

Същият трик за „затихване“, използван по-горе, се прилага и тук, просто не забравяйте да смените двата канала.

Недостатъци на използването на шунтиращ резистор:

Има няколко недостатъка при използването на шунтиращ резистор. Първият е толерансът, който може да бъде лош до 5%. Това е нещо, което трябва да се отчете с известна трудност.

Вторият е температурният коефициент. Съпротивлението на резисторите се увеличава с температурата, което води до по-голям спад на напрежението за даден ток. Това е особено лошо при силовите резистори с висок ток.

2. Използване на текуща сонда

Готови сонди за ток (наречени „токови скоби“; те се захващат за проводници, без да прекъсват веригите) се предлагат на пазара, но не виждате много любители да ги използват поради непосилните им разходи.

Тези сонди използват един от двата метода.

В първия метод е използването на рана серпентина около полукръгла ядро ферит. Токът в проводника, сондата е затегната, генерира магнитно поле във ферита. Това от своя страна индуцира напрежение в бобината. Напрежението е пропорционално на скоростта на промяна на тока. Интегратор „интегрира“ формата на вълната и произвежда изход, който е пропорционален на тока. Изходната скала обикновено е между 1mV и 1V на усилвател.

На втория метод използва датчик, разположен между два феритни полукръгове. Сензорът на Хол произвежда напрежение, което е пропорционално на тока.

3. Бърз и мръсен метод

Този метод не изисква допълнителни компоненти, освен обхват и сонда.

Този метод е много подобен на използването на текуща сонда. Обвийте заземяващия проводник на сондата около проводника, носещ тока, който трябва да бъде измерен, и след това свържете заземяващия щифт към върха на сондата.

Произведеното напрежение отново е пропорционално на скоростта на промяна на тока и трябва да извършите някаква математика на формата на вълната (а именно интеграция; повечето области имат това в менюто "математика"), за да я интерпретирате като ток.

Електрически казано, късата сонда в основата си образува телена верига, която действа донякъде като токов трансформатор, както е показано на фигурата.

Заключение

Има няколко метода за измерване на променящите се токови форми на вълната с помощта на осцилоскоп. Най-простият е използването на токов шунт и измерване на напрежението върху него.