Како мерити струју осцилоскопом

Мерење струје је једноставан задатак - све што треба да урадите је да спојите мултиметар на струјни круг који желите да измерите, а мерач вам даје чисту вредност коју ћете користити. Понекад не можете заиста да „отворите“ круг да бисте мултиметар поставили у серију са оним што желите да измерите. И ово се решава прилично једноставно - потребно је само измерити напон на познатом отпору у колу - струја је тада једноставно напон подељен отпором (из Охмовог закона).

Ствари се мало компликују када желите да измерите променљиве сигнале. Ово је на милост и немилост фреквенције освежавања (броја узорака у секунди) мултиметра и просечан човек може да схвати само толико промена приказа у секунди. Мерење наизменичне струје постаје мало једноставније ако ваш мултиметар има РМС мерење напона (ефективни напон је напон наизменичног сигнала који би преносио исту количину снаге коју би произвео једносмерни извор напајања тог напона). Ово је строго ограничено на периодичне сигнале (квадратни таласи и слично строго не долазе у обзир, осим ако је РМС мера „истинита“, чак и тада не постоје гаранције за тачност мерења). Већина мултиметара су такође филтрирани кроз ниске пролазе, што спречава мерење наизменичне струје изнад неколико стотина Херца.

Како се користи осцилоскоп за мерење струје

Осцилоскоп попуњава празнину између људске перцепције и стабилних вредности мултиметра - приказује својеврсни напонски-временски 'граф' сигнала, који омогућава бољу визуализацију променљивих сигнала у поређењу са скупом променљивих бројева на мултиметру.

Могуће је и мерење сигнала са фреквенцијама до неколико гигахерца, с обзиром на одговарајућу опрему. Међутим, осцилоскоп је уређај за мерење напона високе импедансе - он не може мерити струје као такве. Коришћење осцилоскопа за мерење струја захтева претварање струје у напон, а то се може учинити на неколико начина.

1. Коришћење отпорника за шант

Ово је можда најједноставнији начин мерења струје и овде ћемо детаљно разговарати.

Конвертор струје до напона овде је скромна отпорник.

Основно знање нам говори да је напон на отпорнику пропорционалан струји која кроз њега тече. Ово се може сумирати по Охмовом закону:

В = ИР

Где је В напон на отпорнику, И је струја кроз отпорник, а Р је отпор отпорника, све у њиховим јединицама.

Трик је овде употреба вредности отпорника која не утиче на целокупно коло које се мери, јер пад напона на ранжирном отпорнику доводи до пада мањег напона на кругу у коме је постављен. Опште правило би било отпорник који је много мањи од отпора / импедансе круга који се мери (десет пута мањи у доброј почетној тачки) како би се спречило да струја у кругу који се мери под утицајем шанта.

На пример, трансформатор и МОСФЕТ у претварачу једносмерне и једносмерне струје могу имати укупан (једносмерни) отпор десетине милиома, постављање великог (рецимо) отпорника од 1Ω резултирало би падом већине напона на шант-у (имајте на уму да за отпорника у серији, однос напона на отпорницима је однос њихових отпора) и отуда већи губитак снаге. Отпор само претвара струју у напон за мерење, тако да снага не чини користан посао. Истовремено, мали отпорник (1мΩ) би преко њега испустио само мали (али мерљив) напон, остављајући остатак напона да обавља корисне послове.

Сада, након што сте изабрали вредност отпорника, можете повезати масу сонде са масом круга и врх сонде на отпор ранжирања, као што је приказано на доњој слици.

Овде можете да користите неколико згодних трикова.

Претпоставимо да ваш разводник има отпор од 100мΩ, онда би струја од 1А резултирала падом напона од 100мВ, дајући нам 'осетљивост' од 100мВ по појачалу. Ово не би требало да ствара проблеме ако сте пажљиви, али много пута се 100мВ схвата дословно - другим речима, збуњује се са 100мА.

Овај проблем се може решити подешавањем поставке улаза на 100Кс - сонда већ 10 пута слаби, па додавањем још 10Кс сигнала враћа се на 1В по појачалу, тј. Улаз се 'помножи' са 10. Већина осцилоскопа долази са ова карактеристика могућности одабира улазног слабљења. Међутим, могу постојати опсези који подржавају само 1Кс и 10Кс.

Још једна корисна мала карактеристика је могућност постављања вертикалних јединица које се приказују на екрану - В се, између осталог, може променити у А, В и У.

Ствари се закомплицирају када не можете да поставите шант ниско. Уземљење опсега је директно повезано са уземљењем, па под претпоставком да је и ваш извор напајања уземљен, повезивање копче за уземљење сонде на било коју случајну тачку у колу ће кратити ту тачку на земљу.

То се може спречити обављањем нечега што се назива диференцијално мерење.

Већина осцилоскопа има математичку функцију која се може користити за извођење математичких операција на приказаним таласним облицима. Имајте на уму да ово ни на који начин не мења стварни сигнал!

Функција коју ћемо овде користити је функција одузимања која приказује разлику два изабрана таласна облика.

Будући да је напон једноставно разлика потенцијала у две тачке, на сваку тачку можемо спојити по једну сонду и спојити копче за уземљење на масу круга, као што је приказано на слици.

Приказивањем разлике између два сигнала можемо одредити струју.

И овде се примењује исти трик „слабљења“ који је коришћен горе, само не заборавите да промените оба канала.

Мане употребе ранжирног отпорника:

Постоји неколико недостатака код употребе ранжерског отпорника. Прва је толеранција, која може бити чак 5%. То је нешто што се мора узети у обзир с одређеним потешкоћама.

Други је температурни коефицијент. Отпор отпорника расте са температуром, што резултира већим падом напона за дату струју. Ово је посебно лоше код високонапонских ранжирних отпорника.

2. Коришћење тренутне сонде

Готове струјне сонде (назване „струјне стезаљке“; стежу се на жице без прекида кругова) су доступне на тржишту, али не видите да их многи хобисти користе због њихових превеликих трошкова.

Ове сонде користе једну од две методе.

Први метод је употреба калема ране око полукружном феритним језгра. Струја у жици, сонда је стегнута, ствара магнетно поље у фериту. То заузврат индукује напон у завојници. Напон је пропорционалан брзини промене струје. Интегратор 'интегрише' таласни облик и даје излаз који је пропорционалан струји. Излазна скала је обично између 1мВ и 1В по појачалу.

Други метод користи Халл сензор у сендвичу између два феритним полукружипа. Халлов сензор производи напон који је пропорционалан струји.

3. Брза и прљава метода

Ова метода не захтева додатне компоненте осим опсега и сонде.

Ова метода је слична употреби тренутне сонде. Омотајте жицу за уземљење сонде око жице која носи струју која се мери и затим спојите копчу за уземљење на врх сонде.

Произведени напон је поново пропорционалан брзини промене струје и морате извршити одређену математику на таласном облику (наиме интеграција; већина опсега то има у менију „математика“) да бисте је протумачили као струју.

Електрично гледано, кратка сонда у основи формира жичану петљу која делује некако попут струјног трансформатора, као што је приказано на слици.

Закључак

Постоји неколико метода за мерење променљивих таласних облика помоћу осцилоскопа. Најједноставнији је коришћење струјног шанта и мерење напона на њему.