Cum se măsoară curentul cu un osciloscop

Măsurarea curentului este o sarcină simplă - tot ce trebuie să faceți este să conectați un multimetru la circuitul pe care doriți să îl măsurați, iar contorul vă oferă o valoare curată de utilizat. Uneori nu puteți „deschide” circuitul pentru a pune un multimetru în serie cu ceea ce doriți să măsurați. Acest lucru este rezolvat și simplu - trebuie doar să măsurați tensiunea pe o rezistență cunoscută din circuit - curentul este pur și simplu tensiunea împărțită la rezistență (din legea lui Ohm).

Lucrurile se complică puțin atunci când doriți să măsurați semnale în schimbare. Acest lucru este la mila ratei de reîmprospătare (număr de probe pe secundă) a multimetrului, iar omul mediu poate înțelege doar atâtea modificări ale unui afișaj pe secundă. Măsurarea curentului alternativ devine puțin mai simplă dacă multimetrul dvs. are o măsurare a tensiunii RMS (tensiunea RMS este tensiunea unui semnal de curent alternativ care ar transmite aceeași cantitate de energie pe care ar produce o sursă de curent continuu a tensiunii respective). Acest lucru este strict limitat la semnale periodice (undele pătrate și altele asemenea sunt strict excluse, cu excepția cazului în care măsura RMS este „adevărată”, chiar și atunci, nu există garanții cu privire la acuratețea măsurării). Majoritatea multimetrelor sunt, de asemenea, filtrate cu trecere joasă, ceea ce împiedică măsurarea AC peste câteva sute de Hz.

Cum se utilizează osciloscopul pentru măsurarea curentului

Osciloscopul completează decalajul dintre percepția umană și valorile constante ale unui multimetru - afișează un fel de „grafic” tensiune-timp al unui semnal, care permite o vizualizare mai bună a semnalelor schimbătoare comparativ cu un set de numere schimbătoare pe un multimetru.

Măsurarea semnalelor cu frecvențe de până la câțiva gigaherți este, de asemenea, posibilă, având în vedere echipamentul potrivit. Cu toate acestea, osciloscopul este un dispozitiv de măsurare a tensiunii cu impedanță ridicată - nu poate măsura curenții ca atare. Utilizarea unui osciloscop pentru măsurarea curenților necesită convertirea unui curent într-o tensiune, iar acest lucru se poate face în câteva moduri.

1. Utilizarea unui rezistor de șunt

Acesta este poate cel mai simplu mod de a măsura curentul și va fi discutat aici în detaliu.

Convertor curent-tensiune aici este umil rezistor.

Cunoașterea de bază ne spune că tensiunea pe un rezistor este proporțională cu curentul care curge prin el. Acest lucru poate fi rezumat prin legea lui Ohm:

V = IR

Unde V este tensiunea peste rezistor, I este curentul prin rezistor și R este rezistența rezistorului, toate în unitățile lor respective.

Trucul aici este să folosiți o valoare a rezistorului care nu afectează circuitul general măsurat, deoarece căderea de tensiune de pe rezistorul de șunt cauzează căderea unei tensiuni mai mici în circuitul în care este plasat. un rezistor care este mult mai mic decât rezistența / impedanța circuitului măsurat (de zece ori mai puțin într-un punct de pornire bun) pentru a împiedica influența curentului din circuitul măsurat de șunt.

De exemplu, transformatorul și MOSFET-ul într-un convertor DC-DC ar putea avea o rezistență totală (DC) de zeci de miliohmi, plasarea unui rezistor mare (să zicem) de 1Ω ar duce la scăderea majorității tensiunii pe șunt (amintiți-vă că pentru rezistențe în serie, raportul de tensiune scăzut peste rezistențe este raportul rezistențelor lor) și, prin urmare, o pierdere de putere mai mare. Rezistorul convertește curentul într-o tensiune pentru măsurare, astfel încât puterea nu face nicio muncă utilă. În același timp, un rezistor mic (1mΩ) ar scădea doar o tensiune mică (dar măsurabilă) peste el, lăsând restul tensiunii să facă o muncă utilă.

Acum, după ce ați selectat o valoare a rezistorului, puteți conecta masa sondei la masa circuitului și vârful sondei la rezistența la șunt, așa cum se arată în figura de mai jos.

Există câteva trucuri îngrijite pe care le puteți folosi aici.

Presupunând că șuntul dvs. are o rezistență de 100mΩ, atunci un curent de 1A ar duce la o cădere de tensiune de 100mV, oferindu-ne o „sensibilitate” de 100mV per amp. Acest lucru nu ar trebui să cauzeze probleme dacă sunteți atent, dar de multe ori 100mV este luat literal - cu alte cuvinte, confundat cu 100mA.

Această problemă poate fi depășită setând setarea de intrare la 100X - sonda este deja atenuantă de 10X, astfel încât adăugarea altor 10X la semnal o aduce înapoi la 1V per amplificator, adică intrarea este „înmulțită” cu 10. Majoritatea osciloscoapelor vin cu această caracteristică de a putea selecta atenuarea intrării. Cu toate acestea, pot exista domenii care acceptă doar 1X și 10X.

O altă caracteristică utilă este aceea de a putea seta unitățile verticale afișate pe ecran - V poate fi schimbat în A, W și U, printre altele.

Lucrurile se complică atunci când nu puteți plasa partea inferioară a șuntului. Masa lunetei este conectată direct la masă, deci presupunând că și sursa de alimentare este conectată la masă, conectarea clemei de masă a sondei la orice punct aleatoriu al circuitului va scurta acel punct la masă.

Acest lucru poate fi prevenit făcând ceva numit măsurare diferențială.

Majoritatea osciloscoapelor au o funcție matematică, care poate fi utilizată pentru a efectua operații matematice pe forma (unitățile) de undă afișată (e). Rețineți că acest lucru nu schimbă în niciun fel semnalul real!

Funcția pe care o vom folosi aici este funcția de scădere, care afișează diferența dintre două forme de undă selectate.

Deoarece tensiunea este pur și simplu diferența de potențial între două puncte, putem conecta o sondă la fiecare punct și conectăm clemele de masă la masa circuitului așa cum se arată în figură.

Afișând diferența dintre cele două semnale putem determina curentul.

Același truc de „atenuare” folosit mai sus se aplică și aici, nu uitați să schimbați ambele canale.

Dezavantaje ale utilizării rezistenței de șunt:

Există câteva dezavantaje în utilizarea rezistenței de șunt. Primul este toleranța, care poate fi la fel de proastă ca 5%. Acest lucru trebuie luat în considerare cu o anumită dificultate.

Al doilea este coeficientul de temperatură. Rezistența rezistențelor crește odată cu temperatura, ceea ce duce la o scădere mai mare de tensiune pentru un curent dat. Acest lucru este deosebit de rău la rezistențele de șunt cu curent ridicat.

2. Utilizarea unei sonde de curent

Sondele de curent readymade (numite „cleme de curent”; acestea se fixează pe fire fără a întrerupe circuitele) sunt disponibile pe piață, dar nu vedeți mulți pasionați care le folosesc din cauza costului lor prohibitiv.

Aceste sonde utilizează una dintre cele două metode.

Prima metodă este utilizarea unei bobină înfășurată în jurul unui miez de ferită semicirculară. Curentul din sârmă, sonda a fost prinsă în jurul său, generează un câmp magnetic în ferită. La rândul său, aceasta induce o tensiune în bobină. Tensiunea este proporțională cu rata de schimbare a curentului. Un integrator „integrează” forma de undă și produce o ieșire care este proporțională cu curentul. Scara de ieșire este de obicei între 1mV și 1V per amp.

A doua metodă folosește un senzor Hall amplasat între două semicercuri de ferită. Senzorul Hall produce o tensiune proporțională cu curentul.

3. O metodă rapidă și murdară

Această metodă nu necesită alte componente în afară de un scop și o sondă.

Această metodă seamănă mult cu utilizarea unei sonde de curent. Buclați firul de împământare al sondei în jurul firului care transportă curentul de măsurat și apoi conectați clema de împământare la vârful sondei.

Tensiunea produsă este din nou proporțională cu rata de schimbare a curentului și trebuie să efectuați o anumită matematică pe forma de undă (și anume integrarea; majoritatea domeniilor au acest lucru în meniul „matematică”) pentru a o interpreta ca un curent.

Vorbind electric, sonda scurtcircuitată formează practic o buclă de sârmă care acționează oarecum ca un transformator de curent, așa cum se arată în figură.

Concluzie

Există mai multe metode pentru a măsura schimbarea formelor de undă curente folosind un osciloscop. Cea mai simplă este utilizarea unui șunt de curent și măsurarea tensiunii pe acesta.