Як виміряти струм осцилографом

Вимірювання струму - це просте завдання - все, що вам потрібно зробити, - це підключити мультиметр до схеми, яку ви хочете виміряти, і лічильник дає вам чисте значення для використання. Іноді ви не можете насправді `` розімкнути '' схему, щоб поставити мультиметр послідовно з тим, що ви хочете виміряти. Це вирішується також досить просто - вам просто потрібно виміряти напругу на відомому опорі в ланцюзі - тоді сила струму - це просто напруга, поділена на опір (із закону Ома).

Речі трохи ускладнюються, коли ви хочете виміряти сигнали, що змінюються. Це залежить від частоти оновлення (кількості зразків в секунду) мультиметра, і пересічна людина може зрозуміти лише стільки змін на дисплеї за секунду. Вимірювання змінного струму стає дещо простішим, якщо у вашому мультиметрі є середньоквадратичне вимірювання напруги (середньоквадратичне значення напруги - це напруга сигналу змінного струму, який передаватиме ту саму кількість потужності, яку виробляв би джерело постійного струму цієї напруги). Це суворо обмежується періодичними сигналами (квадратні хвилі тощо подібні категорично не підлягають сумніву, якщо середньоквадратичне вимірювання не є «істинним», навіть тоді немає гарантій щодо точності вимірювання). Більшість мультиметрів також фільтруються через низькі частоти, що запобігає вимірюванню змінного струму вище кількох сотень герц.

Як використовувати осцилограф для вимірювання струму

Осцилограф заповнює прогалину між сприйняттям людини та стабільними значеннями мультиметра - він відображає своєрідний графік напруги-часу сигналу, що дозволяє краще візуалізувати зміну сигналів порівняно з набором змінних чисел на мультиметрі.

Вимірювання сигналів з частотами до декількох гігагерц також можливе, якщо отримати належне обладнання. Однак осцилограф є пристроєм для вимірювання напруги з високим імпедансом - він не може вимірювати струми як такі. Використання осцилографа для вимірювання струмів вимагає перетворення струму в напругу, і це можна зробити кількома способами.

1. Використання шунтового резистора

Це, мабуть, найпростіший спосіб вимірювання струму, і він буде детально обговорений тут.

Ток-напруга перетворювача тут смиренним резистор.

Базові знання говорять нам, що напруга на резисторі пропорційна струму, що протікає через нього. Це можна підсумувати за законом Ома:

V = ІЧ

Де V - напруга на резисторі, I - струм, що проходить через резистор, а R - опір резистора, у всіх відповідних одиницях виміру.

Фокус тут полягає у використанні значення резистора, яке не впливає на загальну схему, що вимірюється, оскільки падіння напруги на маневровому резисторі спричиняє меншу втрату напруги в ланцюзі, в якому він розміщений. резистор, який набагато менший за опір / імпеданс вимірюваної схеми (у десять разів менше в хорошій вихідній точці), щоб запобігти впливу струму в вимірюваній ланцюзі шунтом.

Наприклад, трансформатор і MOSFET в перетворювачі постійного струму можуть мати загальний (постійний) опір у десятки міліомів, розміщення великого (скажімо) резистора 1 Ом призведе до того, що більша частина напруги падає через шунт (пам’ятайте послідовно резистори, відношення напруги, що падає на резисторах, є відношенням їх опорів) і, отже, більші втрати потужності. Резистор просто перетворює струм у напругу для вимірювання, тому потужність не робить корисної роботи. У той же час невеликий резистор (1 мОм) падав би через нього лише невелику (але вимірювану) напругу, залишаючи решту напруги для корисної роботи.

Тепер, вибравши значення резистора, ви можете підключити заземлення щупа до заземлення ланцюга і наконечник щупа до опору шунту, як показано на малюнку нижче.

Тут можна використати кілька акуратних прийомів.

Припустимо, що ваш шунт має опір 100мОм, тоді струм 1А призведе до падіння напруги на 100мВ, що дасть нам `` чутливість '' 100мВ на ампер. Це не повинно викликати проблем, якщо ви будете обережні, але багато разів 100 мВ сприймаються буквально - іншими словами, плутають із 100 мА.

Цю проблему можна подолати, встановивши для вхідного значення значення 100X - зонд вже послаблюється в 10 разів, тому додавання ще 10X до сигналу повертає його назад до 1 В на підсилювач, тобто вхід «помножується» на 10. Більшість осцилографів постачаються з ця особливість можливості вибрати вхідне послаблення. Однак можуть бути сфери, які підтримують лише 1X та 10X.

Ще однією корисною маленькою функцією є можливість встановлення вертикальних одиниць, що відображаються на екрані - V можна, серед іншого, змінити на A, W та U.

Справа ускладнюється, коли ви не можете розташувати шунт низько. Заземлення датчика безпосередньо підключено до заземлення, тому, припускаючи, що ваш джерело живлення також заземлений, підключення затискача заземлення датчика до будь-якої випадкової точки в ланцюзі призведе до короткого замикання цієї точки на землю.

Цього можна запобігти, виконавши щось, що називається диференціальним вимірюванням.

Більшість осцилографів мають математичну функцію, яку можна використовувати для виконання математичних операцій з відображеними формами сигналу. Зверніть увагу, що це жодним чином не змінює фактичний сигнал!

Функцією, яку ми будемо використовувати тут, є функція віднімання, яка відображає різницю між двома вибраними формами сигналів.

Оскільки напруга - це просто різниця потенціалів у двох точках, ми можемо підключити по одному зонду до кожної точки і підключити заземлювальні затискачі до заземлення схеми, як показано на малюнку.

Показуючи різницю між двома сигналами, ми можемо визначити струм.

Той самий трюк «послаблення», який використовувався вище, застосовується і тут, просто пам’ятайте, що потрібно змінити обидва канали.

Недоліки використання шунтуючого резистора:

Є кілька недоліків використання шунтуючого резистора. Перший - це толерантність, яка може бути навіть 5%. Це те, що з певними труднощами доводиться враховувати.

Другий - температурний коефіцієнт. Опір резисторів збільшується з підвищенням температури, що призводить до більшого падіння напруги для даного струму. Це особливо погано з маневровими шунтуючими резисторами.

2. Використання датчика струму

На ринку доступні готові зонди струму (так звані "струмові затискачі"; вони затискаються на проводах, не перериваючи ланцюгів), але ви не бачите, щоб багато любителів користувалися ними через їх непомірну вартість.

Ці зонди використовують один із двох методів.

Перший спосіб полягає у використанні рани котушки навколо сердечника напівкруглого фериту. Струм у дроті, зонд затиснутий навколо, створює магнітне поле у ​​фериті. Це, в свою чергу, індукує напругу в котушці. Напруга пропорційна швидкості зміни струму. Інтегратор "інтегрує" форму сигналу і видає вихід, пропорційний струму. Вихідна шкала, як правило, становить від 1 мВ до 1 В на підсилювач.

Другий спосіб використовує датчик Холла, розташований між двома феритовими напівколами. Датчик Холла виробляє напругу, пропорційну струму.

3. Швидкий і брудний метод

Цей метод не вимагає додаткових компонентів, крім прицілу та зонда.

Цей метод схожий на використання поточного зонда. Закрутіть провід заземлення зонда навколо проводу, що несе струм, що вимірюється, а потім підключіть заземлювач до наконечника зонда.

Вироблена напруга знову пропорційна швидкості зміни струму, і вам потрібно виконати деяку математичну форму на сигналі (а саме інтеграцію; більшість областей мають це в меню "математика"), щоб інтерпретувати її як струм.

Говорячи електрично, короткий зонд в основному утворює дротяну петлю, яка дещо нагадує трансформатор струму, як показано на малюнку.

Висновок

Існує кілька методів вимірювання змінних форм струму за допомогою осцилографа. Найпростіший - використання струмового шунта та вимірювання напруги на ньому.