Cara mengukur arus dengan osiloskop

Mengukur arus adalah tugas yang mudah - yang perlu anda lakukan ialah menyambungkan multimeter ke litar yang ingin anda ukur dan meter memberi anda nilai bersih untuk digunakan. Kadang kala anda tidak boleh 'membuka' litar untuk meletakkan multimeter bersiri dengan yang anda mahu ukur. Ini juga dapat diselesaikan - anda hanya perlu mengukur voltan melintasi rintangan yang diketahui dalam litar - arus adalah voltan dibahagi dengan rintangan (dari undang-undang Ohm)

Perkara menjadi sedikit rumit apabila anda ingin mengukur perubahan isyarat. Ini bergantung pada kadar penyegaran (bilangan sampel per saat) multimeter, dan rata-rata manusia hanya dapat memahami begitu banyak perubahan pada paparan sesaat. Mengukur AC menjadi sedikit lebih mudah jika multimeter anda mempunyai pengukuran voltan RMS (voltan RMS adalah voltan isyarat AC yang akan menghantar jumlah kuasa yang sama dengan bekalan DC voltan yang akan dihasilkan). Ini hanya terhad kepada isyarat berkala (gelombang persegi dan seumpamanya tidak dapat dipertimbangkan kecuali ukuran RMS adalah 'benar', walaupun begitu, tidak ada jaminan mengenai ketepatan pengukuran). Sebilangan besar multimeter juga disaring lulus rendah, yang menghalang pengukuran AC melebihi beberapa ratus Hertz.

Cara menggunakan Osiloskop untuk Mengukur Arus

Osiloskop mengisi jurang antara persepsi manusia dan nilai mantap multimeter - ia memaparkan semacam 'grafik' masa voltan isyarat, yang membolehkan visualisasi isyarat berubah lebih baik berbanding dengan sekumpulan perubahan nombor pada multimeter.

Mengukur isyarat dengan frekuensi hingga beberapa gigahertz juga dimungkinkan, dengan adanya peralatan yang tepat. Walau bagaimanapun, osiloskop adalah alat pengukur voltan impedans tinggi - ia tidak dapat mengukur arus seperti itu. Menggunakan osiloskop untuk mengukur arus memerlukan menukar arus ke voltan, dan ini dapat dilakukan dengan beberapa cara.

1. Menggunakan Shunt Resistor

Ini mungkin kaedah termudah untuk mengukur arus, dan akan dibincangkan secara terperinci di sini.

The penukar arus ke voltan sini ialah perintang yang rendah hati.

Pengetahuan asas memberitahu kita bahawa voltan merintangi sebanding dengan arus yang mengalir melaluinya. Ini dapat disimpulkan oleh undang-undang Ohm:

V = IR

Di mana V adalah voltan melintasi perintang, saya adalah arus melalui perintang dan R adalah rintangan perintang, semuanya dalam unit masing-masing.

Caranya di sini adalah dengan menggunakan nilai perintang yang tidak mempengaruhi keseluruhan litar yang diukur, kerana penurunan voltan merintangi perintang shunt menyebabkan voltan yang lebih rendah dijatuhkan di litar di mana ia diletakkan. Aturan umum adalah menggunakan perintang yang jauh lebih kecil daripada rintangan / impedansi litar yang diukur (sepuluh kali lebih sedikit pada titik permulaan yang baik) untuk mengelakkan arus di litar yang diukur tidak dipengaruhi oleh pemancaran.

Sebagai contoh, pengubah dan MOSFET dalam penukar DC-DC mungkin mempunyai rintangan total (DC) berpuluh-puluh miliohms, meletakkan perintang 1Ω (katakan) besar akan mengakibatkan sebahagian besar voltan jatuh di sepanjang shunt (ingat bahawa untuk perintang secara bersiri, nisbah voltan yang turun melintasi perintang adalah nisbah rintangannya) dan dengan itu kehilangan kuasa yang lebih besar. Perintang hanya menukar arus ke voltan untuk pengukuran, jadi kuasa tidak berfungsi. Pada masa yang sama, perintang kecil (1mΩ) hanya akan menjatuhkan voltan kecil (tetapi dapat diukur) di seberang, meninggalkan sisa voltan untuk melakukan kerja yang berguna.

Sekarang, setelah memilih nilai perintang, anda boleh menghubungkan ground probe ke ground circuit dan ujung probe ke rintangan shunt, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah.

Terdapat beberapa helah yang boleh anda gunakan di sini.

Seandainya shunt anda mempunyai rintangan 100mΩ, maka arus 1A akan mengakibatkan penurunan voltan 100mV, memberi kita 'kepekaan' 100mV per amp. Ini tidak akan menimbulkan masalah jika anda berhati-hati, tetapi berkali-kali 100mV diambil secara harfiah - dengan kata lain, keliru dengan 100mA.

Masalah ini dapat diatasi dengan menetapkan tetapan input anda ke 100X - probe sudah melemahkan 10X, jadi menambahkan 10X lain ke isyarat membawanya kembali ke 1V per amp, iaitu inputnya 'didarabkan' dengan 10. Sebilangan besar osiloskop dilengkapi dengan ciri ini dapat memilih pelemahan input. Walau bagaimanapun, mungkin terdapat ruang lingkup yang hanya menyokong 1X dan 10X.

Satu lagi ciri kecil yang berguna ialah menetapkan unit menegak yang dipaparkan di skrin - V boleh diubah menjadi A, W dan U, antara lain.

Perkara menjadi rumit apabila anda tidak dapat meletakkan sisi rendah. Tanah skop dihubungkan secara langsung ke tanah, jadi dengan andaian bekalan kuasa anda juga dibumikan, menghubungkan klip tanah probe ke mana-mana titik rawak dalam litar akan memendekkan titik itu ke tanah.

Ini dapat dicegah dengan melakukan sesuatu yang disebut pengukuran pembezaan.

Sebilangan besar osiloskop mempunyai fungsi matematik, yang dapat digunakan untuk melakukan operasi matematik pada bentuk gelombang yang ditampilkan. Perhatikan bahawa ini tidak mengubah isyarat sebenar dengan cara apa pun!

Fungsi yang akan kita gunakan di sini adalah fungsi tolak, yang memaparkan perbezaan dua bentuk gelombang yang dipilih.

Oleh kerana voltan hanyalah perbezaan potensi pada dua titik, kita dapat menghubungkan satu probe ke setiap titik dan menghubungkan klip ground ke ground circuit seperti yang ditunjukkan dalam gambar.

Dengan menunjukkan perbezaan antara dua isyarat tersebut kita dapat menentukan arus.

Trik 'pelemahan' yang sama yang digunakan di atas berlaku di sini juga, ingatlah untuk menukar kedua saluran tersebut.

Kelemahan penggunaan perintang shunt:

Terdapat beberapa kelemahan menggunakan shunt resistor. Yang pertama adalah toleransi, yang mungkin seburuk 5%. Ini adalah sesuatu yang mesti dipertanggungjawabkan dengan beberapa kesukaran.

Yang kedua adalah pekali suhu. Rintangan perintang meningkat dengan suhu, yang mengakibatkan penurunan voltan yang lebih besar untuk arus tertentu. Ini sangat teruk dengan perintang shunt arus tinggi.

2. Menggunakan Probe Semasa

Probe arus siap pakai (disebut 'pengapit semasa'; mereka memasang kabel tanpa mengganggu rangkaian) terdapat di pasaran, tetapi anda tidak melihat banyak penggemar menggunakannya kerana kosnya yang melarang.

Probe ini menggunakan salah satu daripada dua kaedah.

The Kaedah pertama ialah penggunaan luka gegelung sekitar teras ferit separuh bulat. Arus dalam wayar, probe telah dijepit di sekitar, menghasilkan medan magnet dalam ferit. Ini seterusnya menyebabkan voltan dalam gegelung. Voltan berkadar dengan kadar perubahan arus. Integrator 'mengintegrasikan' bentuk gelombang dan menghasilkan output yang sebanding dengan arus. Skala output biasanya antara 1mV dan 1V per amp.

The Kaedah kedua menggunakan sensor Dewan diapit di antara dua semi bulatan ferrite. Sensor Hall menghasilkan voltan yang sebanding dengan arus.

3. Kaedah Pantas dan Kotor

Kaedah ini tidak memerlukan komponen tambahan selain ruang lingkup dan penyelidikan.

Kaedah ini sama seperti menggunakan probe semasa. Lepaskan wayar ground probe di sekitar wayar yang membawa arus yang akan diukur dan kemudian sambungkan klip ground ke hujung probe.

Voltan yang dihasilkan sekali lagi berkadar dengan kadar perubahan arus, dan anda perlu melakukan beberapa matematik pada bentuk gelombang (iaitu integrasi; kebanyakan ruang lingkup mempunyai ini di bawah menu 'matematik') untuk menafsirkannya sebagai arus.

Secara elektrik, probe terpendek pada dasarnya membentuk gelung wayar yang bertindak seperti pengubah arus, seperti yang ditunjukkan dalam gambar.

Kesimpulannya

Terdapat beberapa kaedah untuk mengukur perubahan bentuk gelombang semasa menggunakan osiloskop. Yang paling mudah adalah menggunakan shunt arus dan mengukur voltan di atasnya.