Cách đo dòng điện bằng máy hiện sóng

Đo dòng điện là một công việc đơn giản - tất cả những gì bạn cần làm là mắc một đồng hồ vạn năng vào mạch mà bạn muốn đo và đồng hồ sẽ cung cấp cho bạn một giá trị sạch để sử dụng. Đôi khi bạn không thể thực sự 'mở' mạch để đặt đồng hồ vạn năng nối tiếp với thứ bạn muốn đo. Điều này cũng được giải quyết khá đơn giản - bạn chỉ cần đo điện áp trên một điện trở đã biết trong mạch - khi đó dòng điện chỉ đơn giản là điện áp chia cho điện trở (theo định luật Ohm).

Mọi thứ trở nên phức tạp một chút khi bạn muốn đo các tín hiệu thay đổi. Điều này phụ thuộc vào tốc độ làm mới (số lượng mẫu mỗi giây) của đồng hồ vạn năng và người bình thường chỉ có thể hiểu được rất nhiều thay đổi đối với màn hình mỗi giây. Việc đo AC trở nên đơn giản hơn một chút nếu đồng hồ vạn năng của bạn có phép đo điện áp RMS (điện áp RMS là điện áp của tín hiệu AC sẽ truyền cùng một lượng điện năng mà nguồn điện một chiều của điện áp đó sẽ tạo ra). Điều này được giới hạn nghiêm ngặt đối với các tín hiệu tuần hoàn (sóng vuông và những thứ tương tự hoàn toàn không được nghi ngờ trừ khi phép đo RMS là 'đúng', ngay cả khi đó, không có gì đảm bảo về độ chính xác của phép đo). Hầu hết các đồng hồ vạn năng cũng được lọc thông thấp, ngăn cản phép đo AC trên vài trăm Hertz.

Cách sử dụng Máy hiện sóng để đo dòng điện

Máy hiện sóng lấp đầy khoảng cách giữa nhận thức của con người và các giá trị ổn định của đồng hồ vạn năng - nó hiển thị một loại 'đồ thị' điện áp-thời gian của tín hiệu, cho phép hình dung tốt hơn về các tín hiệu thay đổi so với một tập hợp các số thay đổi trên đồng hồ vạn năng.

Cũng có thể đo tín hiệu với tần số lên đến vài gigahertz, với thiết bị phù hợp. Tuy nhiên, máy hiện sóng là một thiết bị đo điện áp trở kháng cao - nó không thể đo dòng điện như vậy. Sử dụng máy hiện sóng để đo dòng điện yêu cầu chuyển đổi dòng điện thành điện áp và điều này có thể được thực hiện theo một số cách.

1. Sử dụng điện trở Shunt

Đây có lẽ là cách đơn giản nhất để đo dòng điện và sẽ được thảo luận chi tiết ở đây.

Bộ chuyển đổi dòng điện sang điện áp ở đây là điện trở khiêm tốn.

Kiến thức cơ bản cho chúng ta biết rằng hiệu điện thế trên một điện trở tỉ lệ với cường độ dòng điện chạy qua nó. Điều này có thể được tóm tắt bởi định luật Ohm:

V = IR

Trong đó V là điện áp trên điện trở, I là cường độ dòng điện qua điện trở và R là điện trở của biến trở, tất cả đều có đơn vị tương ứng.

Mẹo ở đây là sử dụng một giá trị điện trở không ảnh hưởng đến tổng thể mạch đang được đo, vì điện áp giảm trên điện trở shunt làm giảm điện áp trên mạch mà nó được đặt trong đó ít hơn. một điện trở nhỏ hơn nhiều so với điện trở / trở kháng của mạch được đo (nhỏ hơn mười lần ở điểm bắt đầu tốt) để ngăn dòng điện trong mạch được đo khỏi bị ảnh hưởng bởi shunt.

Ví dụ: máy biến áp và MOSFET trong bộ chuyển đổi DC-DC có thể có tổng điện trở (DC) là hàng chục miliohms, việc đặt một điện trở lớn (giả sử) 1Ω sẽ dẫn đến phần lớn điện áp bị giảm qua shunt (hãy nhớ rằng đối với điện trở mắc nối tiếp, tỷ lệ điện áp rơi trên các điện trở là tỷ số điện trở của chúng) và do đó tổn thất điện năng lớn hơn. Điện trở chỉ chuyển đổi dòng điện thành điện áp để đo, vì vậy nguồn điện không hoạt động hữu ích. Đồng thời, một điện trở nhỏ (1mΩ) sẽ chỉ hạ một điện áp nhỏ (nhưng có thể đo được) trên nó, để phần điện áp còn lại thực hiện công việc hữu ích.

Bây giờ, sau khi chọn một giá trị điện trở, bạn có thể kết nối đất của đầu dò với đất mạch và đầu của đầu dò với điện trở shunt, như thể hiện trong hình bên dưới.

Có một số thủ thuật nhỏ gọn mà bạn có thể sử dụng ở đây.

Giả sử shunt của bạn có điện trở 100mΩ, thì dòng điện 1A sẽ dẫn đến giảm điện áp 100mV, cho chúng ta 'độ nhạy' 100mV trên mỗi amp. Điều này sẽ không gây ra vấn đề gì nếu bạn cẩn thận, nhưng nhiều khi 100mV được hiểu theo nghĩa đen - nói cách khác, nhầm lẫn với 100mA.

Vấn đề này có thể được khắc phục bằng cách đặt cài đặt đầu vào của bạn thành 100X - đầu dò đã suy giảm 10X, vì vậy việc thêm 10X khác vào tín hiệu sẽ đưa nó trở lại ngay 1V trên mỗi amp, tức là đầu vào được 'nhân' với 10. Hầu hết các máy hiện sóng đi kèm tính năng này có thể chọn độ suy giảm đầu vào. Tuy nhiên, có thể có những phạm vi chỉ hỗ trợ 1X và 10X.

Một tính năng nhỏ hữu ích khác là có thể đặt các đơn vị dọc đang được hiển thị trên màn hình - chữ V có thể được thay đổi thành A, W và U, trong số các đơn vị khác.

Mọi thứ trở nên phức tạp khi bạn không thể đặt phía thấp của shunt. Tiếp đất phạm vi được kết nối trực tiếp với đất nối đất, vì vậy giả sử nguồn điện của bạn cũng được nối đất, việc kết nối kẹp nối đất của đầu dò với bất kỳ điểm ngẫu nhiên nào trong mạch sẽ ngắn điểm đó xuống đất.

Điều này có thể được ngăn chặn bằng cách thực hiện một cái gì đó gọi là phép đo vi phân.

Hầu hết các máy hiện sóng đều có chức năng toán học, có thể được sử dụng để thực hiện các phép toán trên (các) dạng sóng được hiển thị. Lưu ý rằng điều này không thay đổi tín hiệu thực tế theo bất kỳ cách nào!

Hàm chúng ta sẽ sử dụng ở đây là hàm trừ, hiển thị sự khác biệt của hai dạng sóng đã chọn.

Vì điện áp đơn giản là hiệu điện thế giữa hai điểm, chúng ta có thể mắc một đầu dò vào mỗi điểm và nối các đoạn nối đất với mạch nối đất như thể hiện trong hình.

Bằng cách hiển thị sự khác biệt giữa hai tín hiệu, chúng ta có thể xác định dòng điện.

Thủ thuật 'suy giảm' tương tự được sử dụng ở trên cũng áp dụng ở đây, chỉ cần nhớ thay đổi cả hai kênh.

Nhược điểm của việc sử dụng điện trở shunt:

Có một vài nhược điểm khi sử dụng điện trở shunt. Đầu tiên là dung sai, có thể xấu tới 5%. Đây là một cái gì đó phải được tính đến với một số khó khăn.

Thứ hai là hệ số nhiệt độ. Điện trở của điện trở tăng theo nhiệt độ, dẫn đến giảm điện áp lớn hơn cho một dòng điện nhất định. Điều này đặc biệt tồi tệ với điện trở shunt hiện tại cao.

2. Sử dụng đầu dò hiện tại

Đầu dò dòng điện Readymade (được gọi là 'kẹp dòng điện'; chúng kẹp vào dây dẫn mà không làm gián đoạn mạch) có sẵn trên thị trường, nhưng bạn không thấy nhiều người có sở thích sử dụng chúng vì giá thành quá cao.

Các đầu dò này sử dụng một trong hai phương pháp.

Các phương pháp đầu tiên là việc sử dụng một vết thương cuộn dây xung quanh một lõi ferit bán nguyệt. Dòng điện trong dây dẫn, đầu dò đã được kẹp xung quanh, tạo ra từ trường trong ferit. Điều này lần lượt tạo ra một điện áp trong cuộn dây. Điện áp tỷ lệ với tốc độ thay đổi của dòng điện. Một bộ tích hợp 'tích hợp' dạng sóng và tạo ra đầu ra tỷ lệ với dòng điện. Quy mô đầu ra thường từ 1mV đến 1V trên mỗi amp.

Các phương pháp thứ hai sử dụng một cảm biến Hall kẹp giữa hai hình bán nguyệt ferit. Cảm biến Hall tạo ra một điện áp tỷ lệ với dòng điện.

3. Phương pháp Nhanh chóng và Bẩn thỉu

Phương pháp này không yêu cầu các thành phần phụ ngoài phạm vi và đầu dò.

Phương pháp này giống như sử dụng một đầu dò hiện tại. Vòng dây nối đất của đầu dò xung quanh dây dẫn mang dòng điện cần đo và sau đó nối kẹp đất với đầu đầu dò.

Điện áp được tạo ra một lần nữa tỷ lệ với tốc độ thay đổi của dòng điện và bạn cần thực hiện một số phép toán trên dạng sóng (cụ thể là tích phân; hầu hết các phạm vi đều có điều này trong menu 'toán học') để diễn giải nó như một dòng điện.

Về mặt điện học, đầu dò bị ngắn mạch về cơ bản tạo thành một vòng dây hoạt động giống như một máy biến dòng, như thể hiện trong hình.

Phần kết luận

Có một số phương pháp để đo các dạng sóng hiện tại đang thay đổi bằng cách sử dụng máy hiện sóng. Cách đơn giản nhất là sử dụng một shunt hiện tại và đo điện áp trên nó.