כיצד למדוד זרם באמצעות אוסצילוסקופ

מדידת זרם היא משימה פשוטה - כל שעליך לעשות הוא לחבר מולטימטר למעגל שתרצה למדוד והמטר נותן לך ערך נקי לשימוש. לפעמים אתה לא באמת יכול 'לפתוח' את המעגל כדי להכניס מודד לסדרה עם מה שאתה רוצה למדוד. זה נפתר גם בפשטות - אתה רק צריך למדוד את המתח על פני התנגדות ידועה במעגל - הזרם הוא פשוט המתח חלקי ההתנגדות (מחוק אוהם).

העניינים מסתבכים מעט כשרוצים למדוד אותות משתנים. זה נתון לחסדי קצב הרענון (מספר הדגימות לשנייה) של המולטימטר, והאדם הממוצע יכול להבין רק כל כך הרבה שינויים בתצוגה בשנייה. מדידת זרם חילופין הופכת לפשוטה מעט יותר אם למולטימטר שלך יש מדידת מתח RMS (מתח RMS הוא המתח של אות זרם חילופין שישדר את אותה כמות כוח שאספקת DC במתח זה תייצר). זה מוגבל אך ורק לאותות תקופתיים (גלים מרובעים וכדומה אינם באים בחשבון אלא אם כן מדד ה- RMS הוא 'נכון', גם אז, אין כל אחריות לדיוק המדידה). רוב המולטימטר מסונן גם במעבר נמוך, מה שמונע מדידת זרם חילופין מעל כמה מאות הרץ.

כיצד להשתמש באוסצילוסקופ למדידת זרם

האוסצילוסקופ ממלא את הפער בין התפיסה האנושית לבין הערכים היציבים של מולטימטר - הוא מציג מעין 'גרף' זמן מתח של אות, המאפשר הדמיה טובה יותר של אותות משתנים בהשוואה למערכת של מספרים משתנים במולטימטר..

מדידת אותות בתדרים של עד כמה ג'יגה הרץ אפשרית גם בהינתן הציוד הנכון. עם זאת, האוסילוסקופ הוא מכשיר למדידת מתח עכבה גבוהה - הוא אינו יכול למדוד זרמים ככאלה. שימוש באוסצילוסקופ למדידת זרמים מחייב המרת זרם למתח, וניתן לעשות זאת בכמה דרכים.

1. שימוש בנגד נגד שאנט

זו אולי הדרך הפשוטה ביותר למדוד את הזרם, והיא תידון כאן בפירוט.

הממיר הנוכחי ל-מתח כאן הוא הנגד הצנוע.

ידע בסיסי אומר לנו שהמתח על פני הנגד הוא פרופורציונלי לזרם הזורם דרכו. ניתן לסכם זאת בחוק אוהם:

V = IR

כאשר V הוא המתח על פני הנגד, אני הוא הזרם דרך הנגד ו- R הוא ההתנגדות של הנגד, כולם ביחידות שלהם.

החוכמה כאן היא להשתמש בערך הנגד שאינו משפיע על המעגל הכללי שנמדד, מכיוון שנפילת המתח על פני הנגד המחלף גורמת להפחתת מתח פחות על פני המעגל שבו הוא ממוקם. כלל אצבע כללי יהיה להשתמש נגד שהוא הרבה יותר קטן מהתנגדות / עכבה של המעגל הנמדד (פי עשרה פחות בנקודת התחלה טובה) כדי למנוע מהזרם במעגל להיות מושפע מהשאנט.

לדוגמא, השנאי וה- MOSFET בממיר DC-DC עשויים להיות בעלי התנגדות כוללת (DC) של עשרות מיליוניהם, הצבת נגד גדול (למשל) 1Ω תביא לכך שרוב המתח יירד על פני המחלף (זכרו כי נגדים בסדרה, יחס המתח שנפל על פני הנגדים הוא יחס ההתנגדות שלהם) ומכאן אובדן כוח גדול יותר. הנגד פשוט ממיר את הזרם למתח למדידה, כך שההספק אינו עושה עבודה מועילה. יחד עם זאת, נגד קטן (1mΩ) יפיל רק מתח קטן (אך מדיד) על פניו, ומשאיר את שאר המתח לבצע עבודה מועילה.

כעת, לאחר שבחרתם ערך נגד, תוכלו לחבר את קרקע החללית לאדמת המעגל ואת קצה הגשוש להתנגדות השינט, כפי שמוצג באיור למטה.

יש כאן כמה טריקים מסודרים.

אם נניח שה- shunt שלך הוא בעל התנגדות של 100mΩ, ואז זרם של 1A יביא לירידת מתח של 100mV, וייתן לנו 'רגישות' של 100mV למגבר. זה לא אמור לגרום לבעיות אם אתה נזהר, אבל פעמים רבות 100mV נלקח פשוטו כמשמעו - במילים אחרות, מבולבל עם 100mA.

ניתן להתגבר על בעיה זו על ידי הגדרת הגדרת הקלט למצב 100X - החללית כבר מוחלשת פי 10, לכן הוספת 10X נוספת לאות מחזירה אותו ישר ל -1 וולט למגבר, כלומר הקלט 'מוכפל' ב 10. רוב האוסצילוסקופים מגיעים עם תכונה זו של היכולת לבחור את הנחתת הקלט. עם זאת, יתכנו טווחים התומכים רק ב- 1X ו- 10X.

פיצ'ר קטן ושימושי נוסף הוא היכולת להגדיר את היחידות האנכיות המוצגות על המסך - ניתן לשנות את ה- V בין היתר ל- A, W ו- U.

העניינים מסתבכים כשאינך יכול למקם את הצד הנמוך של המחלף. קרקע ההיקף מחוברת ישירות לאדמת האדמה, ולכן בהנחה שגם אספקת החשמל שלך מקורקעת, חיבור קליפ הארקה של החללית לכל נקודה אקראית במעגל יקצר נקודה זו לקרקע.

ניתן למנוע זאת על ידי ביצוע משהו שנקרא מדידה דיפרנציאלית.

לרוב האוסצילוסקופים יש פונקציה מתמטית, שניתן להשתמש בה לביצוע פעולות מתמטיות בצורת הגלים המוצגת. שים לב שזה לא משנה את האות בפועל בשום צורה שהיא!

הפונקציה בה נשתמש כאן היא פונקציית החיסור, המציגה את ההבדל בין שתי צורות גל שנבחרו.

מכיוון שמתח הוא פשוט ההפרש הפוטנציאלי על פני שתי נקודות, אנו יכולים לחבר חללית אחת לכל נקודה ולחבר את מהדק הקרקע לקרקע המעגל כפי שמוצג באיור.

על ידי הצגת ההבדל בין שני האותות אנו יכולים לקבוע את הזרם.

אותו טריק 'הנחתה' ששימש לעיל חל גם כאן, רק זכרו לשנות את שני הערוצים.

חסרונות בשימוש בנגד שאנט:

ישנם כמה חסרונות בשימוש בנגד שנט. הראשון הוא הסובלנות, שעשויה להיות פחות מ -5%. זה משהו שיש להתחשב בו בקושי מסוים.

השני הוא מקדם הטמפרטורה. ההתנגדות של הנגדים עולה עם הטמפרטורה, מה שמביא לירידת מתח גדולה יותר עבור זרם נתון. זה רע במיוחד עם נגדי תריס זרם גבוהים.

2. שימוש בבדיקה נוכחית

בדיקות זרם מוכנות מוכנות (המכונות 'מהדקים נוכחיים'; הן נצמדות לחוטים מבלי להפריע למעגלים) זמינות בשוק, אך אינך רואה חובבים רבים המשתמשים בהם בגלל עלותם הבלתי הולמת.

בדיקות אלו משתמשות באחת משתי שיטות.

השיטה הראשונה היא שימוש פצע סליל סביב ליבת ברזל חצי עגולה. הזרם בחוט, החללית הושבתה סביב, מייצר שדה מגנטי בפריט. זה בתורו גורם למתח בסליל. המתח פרופורציונאלי לקצב שינוי הזרם. אינטגרטור 'משלב' את צורת הגל ומפיק פלט פרופורציונלי לזרם. סולם הפלט הוא בדרך כלל בין 1mV ל- 1V למגבר.

השיטה השנייה משתמשת בחיישן הול דחוק בין שני חצי פרית. חיישן הול מייצר מתח שווה לזרם.

3. שיטה מהירה ומלוכלכת

בשיטה זו אין צורך ברכיבים נוספים פרט להיקף ולבדיקה.

שיטה זו דומה מאוד לשימוש בחלחל הנוכחי. לולג את חוט הקרקע של החללית סביב החוט הנושא את הזרם למדידה ואז חבר את קליפ הקרקע לקצה החללית.

המתח המיוצר שוב פרופורציונאלי לקצב שינוי הזרם, ועליך לבצע מתמטיקה מסוימת בצורת הגל (כלומר אינטגרציה; לרוב הסקופים יש את זה בתפריט 'מתמטיקה') כדי לפרש אותה כזרם.

מבחינה חשמלית, החללית המקוצרת יוצרת בעצם לולאת חוט שפועלת במקצת כמו שנאי זרם, כפי שמוצג באיור.

סיכום

ישנן מספר שיטות למדוד צורות גל משתנות באמצעות אוסצילוסקופ. הפשוטה ביותר היא שימוש בשואב זרם ומדידת המתח עליו.