- Az oszcilloszkóp használata az áram méréséhez
- 1. Shunt-ellenállás használata
- 2. Aktuális szonda használata
- 3. Gyors és piszkos módszer
- Következtetés
Az áram mérése egyszerű feladat - mindössze annyit kell tennie, hogy csatlakoztat egy multimétert a mérni kívánt áramkörhöz, és a mérő tiszta értéket ad a használatához. Néha nem igazán lehet „kinyitni” az áramkört, hogy egy multimétert sorba állítson azzal, amit mérni szeretne. Ez is egyszerűen megoldódik - csak meg kell mérnie a feszültséget az áramkör ismert ellenállása felett - az áram akkor egyszerűen a feszültség elosztva az ellenállással (Ohm törvényéből).
A dolgok kissé bonyolultabbá válnak, ha meg akarjuk mérni a változó jeleket. Ez a multiméter frissítési gyakoriságának (a minták száma másodpercenként) kegyeibe tartozik, és az átlagember másodpercenként csak annyi változást képes felfogni a kijelzőn. Az AC mérése kissé egyszerűbbé válik, ha a multiméterének RMS feszültségmérése van (az RMS feszültség egy olyan váltakozó áramú jel feszültsége, amely ugyanannyi energiát továbbítana, mint amennyit az adott feszültség DC tápellátása hozna létre). Ez szigorúan csak a periodikus jelekre korlátozódik (a négyzethullámok és hasonlók szigorúan kizártak, hacsak az RMS mértéke nem igaz, még akkor sem garantálhatók a mérés pontossága). A legtöbb multiméter szintén aluláteresztő szűrésű, ami megakadályozza az AC mérését néhány száz Hertz felett.
Az oszcilloszkóp használata az áram méréséhez
Az oszcilloszkóp kitölti az emberi érzékelés és a multiméter állandó értékei közötti rést - egyfajta feszültség-idő „grafikonját” jeleníti meg, amely lehetővé teszi a változó jelek jobb megjelenítését a multiméteren változó számok halmazához képest..
A megfelelő felszereltség mellett a több gigahertzes frekvenciájú jelek mérése is lehetséges. Az oszcilloszkóp azonban nagy impedanciájú feszültségmérő eszköz - önmagában nem képes mérni az áramokat. Az oszcilloszkóp használata az áramok méréséhez megköveteli az áram feszültséggé való átalakítását, és ezt néhány módon meg lehet tenni.
1. Shunt-ellenállás használata
Talán ez a legegyszerűbb módszer az áram mérésére, és itt részletesen tárgyaljuk.
Az áram-feszültség átalakító itt a szerény ellenállás.
Az alapismeretek azt mondják, hogy az ellenállás feszültsége arányos az azon átáramló árammal. Ezt összefoglalhatjuk Ohm törvényével:
V = IR
Ahol V az ellenállás feszültsége, I az ellenálláson átáramló áram és R az ellenállás ellenállása, mindegyik a megfelelő egységekben.
Itt az a trükk, hogy olyan ellenállási értéket kell használni, amely nem befolyásolja a mért áramkört, mivel a söntellenálláson fellépő feszültségesés miatt kevesebb feszültség esik le az áramkörön, amelybe be van helyezve. Általános szabály az, hogy egy ellenállás, amely jóval kisebb, mint a mérendő áramkör ellenállása / impedanciája (jó kiindulási pontban tízszer kisebb), hogy megakadályozza, hogy a mért áramkör áramát befolyásolja a sönt.
Például a DC-DC átalakítóban található transzformátor és MOSFET teljes (DC) ellenállása több tíz milliohm lehet, ha egy nagy (mondjuk) 1Ω-os ellenállást helyeznének a feszültség nagy része a söntbe esne (ne feledjük, hogy az ellenállások sorban, az ellenállásokon esett feszültség aránya az ellenállásaik aránya), és így nagyobb teljesítményveszteség. Az ellenállás csak átalakítja az áramot feszültséggé mérés céljából, így a teljesítmény nem tesz hasznos munkát. Ugyanakkor egy kis ellenállás (1mΩ) csak egy kicsi (de mérhető) feszültséget esne át rajta, a maradék feszültséget hasznos munkára hagyná.
Most, miután kiválasztott egy ellenállási értéket, csatlakoztathatja a szonda földelését az áramkör földeléséhez, és a szonda hegyét a sönt ellenállásához, az alábbi ábra szerint.
Néhány ügyes trükk használható itt.
Ha feltételezzük, hogy a söntje ellenállása 100mΩ, akkor az 1A áramerősség 100mV feszültségesést eredményez, ami 100mV / amp érzékenységet eredményez nekünk. Ez nem okozhat gondot, ha óvatos, de a 100mV-t sokszor szó szerint értjük - más szóval összetévesztve a 100mA-val.
Ezt a problémát úgy lehet leküzdeni, hogy a bemeneti beállítást 100X-re állítja - a szonda már 10x csillapítja, így további 10X hozzáadásával a jel egy ampullánként 1V-ra tér vissza, vagyis a bemenetet 10-szeresen megszorozzák. ez a tulajdonság, hogy kiválaszthatja a bemeneti csillapítást. Vannak azonban olyan hatókörök, amelyek csak 1X és 10X támogatják.
Egy másik hasznos kis funkció az, hogy beállíthatjuk a képernyőn megjelenő függőleges egységeket - a V többek között A, W és U értékre változtatható.
A dolgok bonyolulttá válnak, ha nem lehet a sönt alacsony oldalra tenni. A hatókör földje közvetlenül csatlakozik a föld földhöz, tehát feltételezve, hogy az áramellátása is földelt, a szonda földelő kapcsának összekapcsolása az áramkör bármely véletlenszerű pontjával rövidíti ezt a pontot a földhöz.
Ezt megakadályozhatjuk úgy, hogy differenciálmérést hajtunk végre.
A legtöbb oszcilloszkóp matematikai funkcióval rendelkezik, amely segítségével matematikai műveleteket hajthat végre a megjelenített hullámalakon. Vegye figyelembe, hogy ez semmilyen módon nem változtatja meg a tényleges jelet!
Az itt használt függvény a kivonási függvény, amely két kiválasztott hullámforma különbségét jeleníti meg.
Mivel a feszültség egyszerűen két pont közötti potenciálkülönbség, mindegyik ponthoz egy szondát kapcsolhatunk, és a földelő kapcsokat az ábra földrajzi áramköréhez csatlakoztathatjuk.
A két jel közötti különbség megjelenítésével meghatározhatjuk az áramot.
Ugyanaz a fent használt „csillapító” trükk érvényes itt is, csak ne felejtsük el megváltoztatni mindkét csatornát.
A söntellenállás használatának hátrányai:
Néhány hátránya van a söntellenállás használatának. Az első a tolerancia, amely akár 5% is lehet. Ez az, amivel némi nehézséggel kell számolni.
A második a hőmérsékleti együttható. Az ellenállások ellenállása a hőmérséklet függvényében növekszik, ami nagyobb feszültségesést eredményez egy adott áram esetén. Ez különösen rossz nagyáramú shunt ellenállásoknál.
2. Aktuális szonda használata
Előkészített áramú szondák (ún. „Áramkapcsok”; áramkörök megszakítása nélkül rácsatlakoznak a vezetékekre) elérhetők a piacon, de nem látja, hogy sok hobbi használná őket a túlzott költségük miatt.
Ezek a szondák a két módszer egyikét alkalmazzák.
Az első módszer egy félkör alakú ferritmag körül feltekercselt tekercs alkalmazása. A vezetékben lévő áram, a szonda körül van szorítva, mágneses teret generál a ferritben. Ez viszont feszültséget indukál a tekercsben. A feszültség arányos az áram változásának sebességével. Az integrátor „integrálja” a hullámformát, és az árammal arányos kimenetet hoz létre. A kimeneti skála általában 1 mV és 1 V között van.
A második módszer két ferrit félkör közé beillesztett Hall-érzékelőt használ. A Hall-érzékelő az árammal arányos feszültséget állít elő.
3. Gyors és piszkos módszer
Ez a módszer a hatókörön és a szondán kívül nem igényel extra komponenseket.
Ez a módszer nagyon hasonlít egy jelenlegi szondához. Hurkolja a szonda földelővezetékét a mérendő áramot vezető vezeték köré, majd csatlakoztassa a földelőkapcsot a szonda hegyéhez.
Az előállított feszültség ismét arányos az áram változásának sebességével, és némi matematikát kell végrehajtania a hullámalakon (mégpedig integrációval; a legtöbb hatókörben ez a 'matematika' menü alatt található) annak érdekében, hogy áramként értelmezze.
Elektromosan szólva a rövidzárlatos szonda alapvetően egy huzalhurkot képez, amely némileg úgy működik, mint egy áramváltó, amint azt az ábra mutatja.
Következtetés
Számos módszer létezik a változó áram hullámformák oszcilloszkóp segítségével történő mérésére. A legegyszerűbb egy áram sönt használata és a rajta lévő feszültség mérése.