Kuinka mitata virtaa oskilloskoopilla

Virran mittaus on yksinkertainen tehtävä - sinun tarvitsee vain kytkeä yleismittari piiriin, jonka haluat mitata, ja mittari antaa sinulle puhtaan arvon käytettäväksi. Joskus et voi todella 'avata' virtapiiriä asettamaan yleismittari sarjaan mitattavan kanssa. Tämäkin ratkaistaan ​​melko yksinkertaisesti - joudut vain mittaamaan jännitteen tunnetun piirin vastuksen yli - virta on sitten yksinkertaisesti jännite jaettuna vastuksella (Ohmin laista).

Asiat muuttuvat hieman monimutkaisiksi, kun haluat mitata muuttuvia signaaleja. Tämä on yleismittarin virkistystaajuuden (näytteiden lukumäärä sekunnissa) armoilla, ja keskimääräinen ihminen voi ymmärtää vain niin monta muutosta näytössä sekunnissa. AC-mittauksesta tulee hieman yksinkertaisempi, jos yleismittarissasi on RMS-jännitteen mittaus (RMS-jännite on AC-signaalin jännite, joka välittäisi saman määrän tehoa kuin kyseisen jännitteen DC-syöttö tuottaisi). Tämä rajoittuu tiukasti jaksollisiin signaaleihin (neliöaallot ja vastaavat eivät ole ehdottomasti kysymyksessä, ellei RMS-mitta ole '' tosi '', silloinkin mittauksen tarkkuudelle ei ole takeita). Suurin osa yleismittareista on myös alipäästösuodatettu, mikä estää vaihtovirran mittauksen muutaman sadan hertsin yläpuolella.

Kuinka käyttää oskilloskooppia virran mittaamiseen

Oskilloskooppi täyttää aukon ihmisen havaitsemisen ja yleismittarin vakaa arvon välillä - se näyttää eräänlaisen signaalin jännite-aika-kaavion, joka mahdollistaa paremman visualisoinnin muuttuvista signaaleista verrattuna yleismittarin muuttuvien numeroiden joukkoon..

Signaalien mittaaminen jopa useiden gigahertsien taajuuksilla on myös mahdollista, kun käytössä on oikea laite. Oskilloskooppi on kuitenkin korkean impedanssin jännitteen mittauslaite - se ei voi mitata virtoja sellaisenaan. Oskilloskoopin käyttäminen virtojen mittaamiseen edellyttää virran muuntamista jännitteeksi, ja tämä voidaan tehdä muutamalla tavalla.

1. Shunt-vastuksen käyttö

Tämä on ehkä yksinkertaisin tapa mitata virta, ja siitä keskustellaan tässä yksityiskohtaisesti.

Virta-jännite-muuntimen tässä on vaatimaton vastus.

Perustiedot kertovat meille, että vastuksen jännite on verrannollinen sen läpi virtaavaan virtaan. Tämä voidaan tiivistää Ohmin lailla:

V = IR

Missä V on jännite vastuksen yli, I on vastuksen läpi kulkeva virta ja R on vastuksen vastus, kaikki vastaavissa yksiköissään.

Temppu on tässä käyttää vastuksen arvoa, joka ei vaikuta mitattavaan piiriin, koska shunttivastuksen jännitteen pudotus aiheuttaa pienemmän jännitteen pudotuksen sen piirin yli, johon se on sijoitettu. Yleinen nyrkkisääntö olisi käyttää vastuksen, joka on paljon pienempi kuin mitattavan piirin vastus / impedanssi (kymmenen kertaa vähemmän hyvässä lähtöpisteessä) estääkseen shuntin vaikuttamasta piirin virtaan.

Esimerkiksi DC-DC-muuntimen muuntajan ja MOSFETin kokonaisresistanssi (DC) voi olla kymmeniä milliohmia, suuren (esimerkiksi) 1 ohmin vastuksen sijoittaminen johtaisi siihen, että suurin osa jännitteestä putoaa shuntin yli (muista, että sarjassa, vastusten yli pudotetun jännitteen suhde on niiden vastusten suhde) ja siten suurempi tehohäviö. Vastus vain muuttaa virran jännitteeksi mittausta varten, joten teho ei tee mitään hyötyä. Samanaikaisesti pieni vastus (1mΩ) pudottaisi vain pienen (mutta mitattavissa olevan) jännitteen sen yli, jättäen loput jännitteestä tekemään hyödyllistä työtä.

Nyt kun olet valinnut vastusarvon, voit liittää anturin maadoituksen piirin maahan ja anturin kärjen shunttivastukseen, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty.

Tässä on muutama siisti temppu.

Olettaen, että shuntisi vastus on 100 mΩ, 1A: n virta johtaisi 100 mV: n jännitehäviöön, mikä antaisi meille 'herkkyyden' 100 mV / amp. Tämän ei pitäisi aiheuttaa ongelmia, jos olet varovainen, mutta monta kertaa 100mV otetaan kirjaimellisesti - toisin sanoen sekoitetaan 100mA: n kanssa.

Tämä ongelma voidaan ratkaista asettamalla tuloasetukseksi 100X - anturi vaimentaa jo 10X, joten lisäämällä uusi 10X signaaliin se palautuu takaisin 1 V: iin per ampeeri, ts. Tulo 'kerrotaan' 10: llä. Useimmilla oskilloskoopeilla on tämä ominaisuus on mahdollisuus valita tulon vaimennus. Saattaa kuitenkin olla laajuuksia, jotka tukevat vain 1X ja 10X.

Toinen hyödyllinen pieni ominaisuus on mahdollisuus asettaa näytöllä näkyvät pystysuorat yksiköt - V voidaan muuttaa muun muassa A: ksi, W: ksi ja U: ksi.

Asiat monimutkaistuvat, kun et voi asettaa shunttia matalalle puolelle. Laajuusmaadoitus on kytketty suoraan maadoitukseen, joten olettaen, että myös virtalähteesi on maadoitettu, anturin maadoitusliittimen liittäminen mihin tahansa piirin satunnaiseen pisteeseen johtaa kyseisen pisteen maahan.

Tämä voidaan estää tekemällä jotain, jota kutsutaan differentiaalimittaukseksi.

Useimmilla oskilloskoopeilla on matemaattinen toiminto, jota voidaan käyttää matemaattisten operaatioiden suorittamiseen näytetyillä aaltomuodoilla. Huomaa, että tämä ei muuta todellista signaalia millään tavalla!

Tässä käytettävä toiminto on vähennysfunktio, joka näyttää kahden valitun aaltomuodon eron.

Koska jännite on yksinkertaisesti potentiaaliero kahdessa pisteessä, voimme kiinnittää yhden anturin kuhunkin pisteeseen ja liittää maadoituspiirit piirin maahan, kuten kuvassa on esitetty.

Näyttämällä näiden kahden signaalin eron voimme määrittää virran.

Sama edellä käytetty vaimennus temppu pätee myös tässä, muista vain vaihtaa molemmat kanavat.

Shuntivastuksen käytön haitat:

Shuntivastuksen käytössä on muutamia haittoja. Ensimmäinen on toleranssi, joka voi olla jopa 5%. Tämä on jotain, joka on otettava huomioon vaikeuksilla.

Toinen on lämpötilakerroin. Vastusten vastus kasvaa lämpötilan mukana, mikä johtaa suurempaan jännitehäviöön tietylle virralle. Tämä on erityisen huono suurivirtaisten shuntivastusten kohdalla.

2. Nykyisen anturin käyttö

Valmiiksi valmistettuja virtamittureita (nimeltään 'virtapihdit'; ne kiinnittyvät johtoihin katkaisematta virtapiirejä) on saatavana markkinoilla, mutta et näe monien harrastajien käyttävän niitä kohtuuttomien kustannustensa vuoksi.

Nämä koettimet käyttävät yhtä kahdesta menetelmästä.

Ensimmäinen menetelmä on käyttää kelan haavan ympärille puoliympyrän ferriittisydän. Johtimessa oleva virta, koetin on kiristetty ympäriinsä, tuottaa ferriitissä magneettikentän. Tämä puolestaan ​​aiheuttaa jännitteen kelassa. Jännite on verrannollinen virran muutosnopeuteen. Integraattori 'integroi' aaltomuodon ja tuottaa virtaan verrannollisen lähdön. Lähtöasteikko on tyypillisesti välillä 1 mV - 1 V per ampeeri.

Toinen menetelmä käyttää Hall-anturin välissä kaksi ferriittiä semicircles. Hall-anturi tuottaa jännitteen, joka on verrannollinen virtaan.

3. Nopea ja likainen menetelmä

Tämä menetelmä ei vaadi muita lisäkomponentteja kuin laajuus ja koetin.

Tämä menetelmä muistuttaa nykyisen koettimen käyttöä. Kierrä anturin maadoitusjohdin mitattavaa virtaa kuljettavan langan ympärille ja liitä sitten maadoituspuristin anturin kärkeen.

Tuotettu jännite on jälleen verrannollinen virran muutosnopeuteen, ja sinun on suoritettava matematiikkaa aaltomuodolle (nimittäin integraatio; useimmilla laajuusalueilla on tämä matematiikka-valikossa), jotta se voidaan tulkita virraksi.

Sähköisesti oikosuljettu koetin muodostaa periaatteessa lankasilmukan, joka toimii jonkin verran kuin virtamuuntaja, kuten kuvassa on esitetty.

Johtopäätös

On olemassa useita menetelmiä nykyisten aaltomuotojen muuttamiseksi oskilloskoopilla. Yksinkertaisin on käyttää virran shunttia ja mitata sen jännite.