วิธีวัดกระแสด้วยออสซิลโลสโคป

การวัดกระแสเป็นงานง่ายๆเพียงแค่ต่อมัลติมิเตอร์เข้ากับวงจรที่คุณต้องการวัดและมิเตอร์จะให้ค่าที่สะอาดสำหรับการใช้งาน บางครั้งคุณไม่สามารถ "เปิด" วงจรเพื่อใส่มัลติมิเตอร์ในอนุกรมกับสิ่งที่คุณต้องการวัดได้ สิ่งนี้ได้รับการแก้ไขค่อนข้างง่ายเช่นกัน - คุณเพียงแค่ต้องวัดแรงดันไฟฟ้าข้ามความต้านทานที่ทราบในวงจร - กระแสก็เป็นเพียงแรงดันไฟฟ้าหารด้วยความต้านทาน (จากกฎของโอห์ม)

สิ่งที่ได้รับน้อยซับซ้อนเมื่อคุณต้องการที่จะวัดการเปลี่ยนแปลงสัญญาณนี่คือความเมตตาของอัตราการรีเฟรช (จำนวนตัวอย่างต่อวินาที) ของมัลติมิเตอร์และมนุษย์ทั่วไปสามารถเข้าใจการเปลี่ยนแปลงจำนวนมากในการแสดงผลต่อวินาทีเท่านั้น การวัด AC จะง่ายกว่าเล็กน้อยหากมัลติมิเตอร์ของคุณมีการวัดแรงดันไฟฟ้า RMS (แรงดัน RMS คือแรงดันไฟฟ้าของสัญญาณ AC ที่จะส่งพลังงานในปริมาณเท่ากันกับที่แหล่งจ่ายไฟ DC ของแรงดันไฟฟ้านั้นจะผลิต) สิ่งนี้ จำกัด เฉพาะสัญญาณเป็นระยะ ๆ อย่างเคร่งครัด (คลื่นสี่เหลี่ยมและสิ่งที่คล้ายกันนั้นไม่เป็นปัญหาอย่างยิ่งเว้นแต่การวัด RMS จะเป็น 'จริง' ถึงอย่างนั้นก็ไม่มีการรับประกันความถูกต้องของการวัด) มัลติมิเตอร์ส่วนใหญ่ยังผ่านการกรองแบบ low pass ซึ่งป้องกันการวัด AC ที่สูงกว่าไม่กี่ร้อยเฮิรตซ์

วิธีใช้ Oscilloscope เพื่อวัดกระแส

ออสซิลโลสโคปเติมช่องว่างระหว่างการรับรู้ของมนุษย์และค่าคงที่ของมัลติมิเตอร์โดยจะแสดง 'กราฟ' เวลาแรงดันไฟฟ้าของสัญญาณซึ่งช่วยให้มองเห็นสัญญาณที่เปลี่ยนไปได้ดีขึ้นเมื่อเทียบกับชุดตัวเลขที่เปลี่ยนแปลงบนมัลติมิเตอร์.

การวัดสัญญาณที่มีความถี่สูงถึงหลายกิกะเฮิรตซ์ก็ทำได้เช่นกันโดยใช้อุปกรณ์ที่เหมาะสม อย่างไรก็ตามออสซิลโลสโคปเป็นอุปกรณ์วัดแรงดันไฟฟ้าอิมพีแดนซ์สูง - ไม่สามารถวัดกระแสได้เช่นนี้ การใช้ออสซิลโลสโคปเพื่อวัดกระแสต้องแปลงกระแสเป็นแรงดันไฟฟ้าซึ่งสามารถทำได้สองสามวิธี

1. การใช้ Shunt Resistor

นี่อาจเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการวัดกระแสและจะกล่าวถึงในรายละเอียดที่นี่

แปลงปัจจุบันไปแรงดันไฟฟ้าที่นี่เป็นตัวต้านทานที่อ่อนน้อมถ่อมตน

ความรู้พื้นฐานบอกเราว่าแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทานเป็นสัดส่วนกับกระแสที่ไหลผ่าน สิ่งนี้สามารถสรุปได้ด้วยกฎของโอห์ม:

V = IR

โดยที่ V คือแรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวต้านทาน I คือกระแสไฟฟ้าผ่านตัวต้านทานและ R คือความต้านทานของตัวต้านทานทั้งหมดอยู่ในหน่วยตามลำดับ

เคล็ดลับในที่นี้คือการใช้ค่าตัวต้านทานที่ไม่มีผลต่อวงจรโดยรวมที่กำลังวัดเนื่องจากแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานแบบแบ่งทำให้แรงดันไฟฟ้าลดลงน้อยกว่าในวงจรที่วางไว้กฎทั่วไปคือการใช้ ตัวต้านทานที่มีขนาดเล็กกว่าความต้านทาน / อิมพีแดนซ์ของวงจรที่กำลังวัดมาก (น้อยกว่า 10 เท่าในจุดเริ่มต้นที่ดี) เพื่อป้องกันไม่ให้กระแสในวงจรถูกวัดจากการได้รับอิทธิพลจากการปัด

ตัวอย่างเช่นหม้อแปลงและ MOSFET ในตัวแปลง DC-DC อาจมีความต้านทานรวม (DC) หลายสิบมิลลิโอห์มการวางตัวต้านทานขนาดใหญ่ (พูด) 1Ωจะส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าส่วนใหญ่ลดลงในส่วนแบ่ง (โปรดจำไว้ว่าสำหรับ ตัวต้านทานแบบอนุกรมอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวต้านทานคืออัตราส่วนของความต้านทาน) และด้วยเหตุนี้จึงสูญเสียพลังงานมากขึ้น ตัวต้านทานจะแปลงกระแสเป็นแรงดันไฟฟ้าสำหรับการวัดดังนั้นพลังงานจึงไม่มีประโยชน์ ในขณะเดียวกันตัวต้านทานขนาดเล็ก (1mΩ) จะลดแรงดันไฟฟ้าเพียงเล็กน้อย (แต่สามารถวัดได้) โดยปล่อยให้แรงดันไฟฟ้าที่เหลือทำงานเป็นประโยชน์

ตอนนี้เมื่อเลือกค่าตัวต้านทานแล้วคุณสามารถเชื่อมต่อกราวด์โพรบกับกราวด์ของวงจรและปลายโพรบกับความต้านทานการปัดดังแสดงในรูปด้านล่าง

มีเทคนิคบางอย่างที่คุณสามารถใช้ได้ที่นี่

สมมติว่า shunt ของคุณมีความต้านทาน100mΩจากนั้นกระแส 1A จะส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าลดลง 100mV ทำให้เรามี 'ความไว' ที่ 100mV ต่อแอมป์ สิ่งนี้ไม่ควรทำให้เกิดปัญหาหากคุณระวัง แต่หลายครั้งที่ใช้ 100mV ตามตัวอักษร - กล่าวอีกนัยหนึ่งสับสนกับ 100mA

ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยตั้งค่าอินพุตของคุณเป็น 100X - โพรบมีการลดทอน 10X อยู่แล้วดังนั้นการเพิ่มอีก 10X เข้าไปในสัญญาณจะทำให้สัญญาณกลับมาเป็น 1V ต่อแอมป์กล่าวคืออินพุตจะ 'คูณ' ด้วย 10 ออสซิลโลสโคปส่วนใหญ่มาพร้อมกับ คุณลักษณะนี้ของความสามารถในการเลือกการลดทอนอินพุต อย่างไรก็ตามอาจมีขอบเขตที่รองรับเพียง 1X และ 10X

คุณสมบัติเล็ก ๆ น้อย ๆ ที่มีประโยชน์อีกอย่างคือความสามารถในการตั้งค่าหน่วยแนวตั้งที่แสดงบนหน้าจอ - ตัว V สามารถเปลี่ยนเป็น A, W และ U และอื่น ๆ ได้

สิ่งต่างๆจะซับซ้อนขึ้นเมื่อคุณไม่สามารถวางด้านที่ต่ำได้ กราวด์สโคปเชื่อมต่อโดยตรงกับกราวด์กราวด์ดังนั้นสมมติว่าแหล่งจ่ายไฟของคุณมีสายดินด้วยเช่นกันการเชื่อมต่อคลิปกราวด์ของโพรบกับจุดสุ่มใด ๆ ในวงจรจะทำให้จุดนั้นสั้นลงสู่กราวด์

สิ่งนี้สามารถป้องกันได้โดยทำสิ่งที่เรียกว่าการวัดความแตกต่าง

ออสซิลโลสโคปส่วนใหญ่มีฟังก์ชันทางคณิตศาสตร์ซึ่งสามารถใช้ในการดำเนินการทางคณิตศาสตร์กับรูปคลื่นที่แสดง โปรดทราบว่าสิ่งนี้ไม่ได้เปลี่ยนสัญญาณจริง แต่อย่างใด!

ฟังก์ชันที่เราจะใช้คือฟังก์ชันลบซึ่งแสดงความแตกต่างของรูปคลื่นที่เลือกสองรูปแบบ

เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าเป็นเพียงความต่างศักย์ของจุดสองจุดเราจึงสามารถต่อหัววัดหนึ่งตัวเข้ากับแต่ละจุดและเชื่อมต่อคลิปกราวด์กับกราวด์วงจรดังแสดงในรูป

ด้วยการแสดงความแตกต่างระหว่างสัญญาณทั้งสองเราสามารถกำหนดกระแสได้

เคล็ดลับ 'การลดทอน' แบบเดียวกันกับที่ใช้ข้างต้นก็ใช้ได้เช่นกันอย่าลืมเปลี่ยนทั้งสองช่อง

ข้อเสียของการใช้ตัวต้านทานแบบปัด:

มีข้อเสียเล็กน้อยในการใช้ตัวต้านทานแบบปัด ประการแรกคือความอดทนซึ่งอาจแย่ถึง 5% นี่คือสิ่งที่ต้องคำนึงถึงด้วยความยากลำบาก

ประการที่สองคือค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิความต้านทานของตัวต้านทานจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิซึ่งส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าลดลงมากขึ้นสำหรับกระแสที่กำหนด สิ่งนี้ไม่ดีอย่างยิ่งกับตัวต้านทานกระแสไฟสูง

2. การใช้โพรบปัจจุบัน

หัววัดกระแสไฟฟ้าสำเร็จรูป (เรียกว่า 'แคลมป์ปัจจุบัน' ซึ่งจะยึดเข้ากับสายไฟโดยไม่รบกวนวงจร) มีวางจำหน่ายในตลาด แต่คุณไม่เห็นมือสมัครเล่นหลายคนใช้พวกเขาเนื่องจากต้นทุนที่ต้องห้าม

เหล่านี้probes ใช้หนึ่งในสองวิธี

วิธีแรกคือการใช้ขดลวดแผลรอบแกนเฟอร์ไรท์กึ่งวงกลม กระแสไฟฟ้าในเส้นลวดหัววัดถูกยึดรอบ ๆ ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กในเฟอร์ไรต์ สิ่งนี้จะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าในขดลวด แรงดันไฟฟ้าเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแส อินทิเกรเตอร์ 'รวม' รูปคลื่นและสร้างเอาต์พุตที่เป็นสัดส่วนกับกระแส โดยทั่วไปมาตราส่วนเอาต์พุตจะอยู่ระหว่าง 1mV ถึง 1V ต่อแอมป์

วิธีที่สองใช้เซ็นเซอร์ฮอลล์คั่นกลางระหว่างสอง semicircles เฟอร์ไรต์ เซ็นเซอร์ Hall สร้างแรงดันไฟฟ้าที่เป็นสัดส่วนกับกระแสไฟฟ้า

3. วิธีการที่รวดเร็วและสกปรก

วิธีนี้ไม่จำเป็นต้องมีส่วนประกอบเพิ่มเติมนอกเหนือจากขอบเขตและหัววัด

วิธีนี้เหมือนกับการใช้หัววัดปัจจุบัน คล้องสายกราวด์ของโพรบรอบ ๆ สายที่มีกระแสไฟฟ้าที่จะวัดจากนั้นเชื่อมต่อคลิปกราวด์เข้ากับปลายโพรบ

แรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเป็นสัดส่วนอีกครั้งกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสและคุณต้องคำนวณทางคณิตศาสตร์บางอย่างเกี่ยวกับรูปคลื่น (คือการรวมขอบเขตส่วนใหญ่มีสิ่งนี้ภายใต้เมนู 'คณิตศาสตร์') เพื่อตีความว่าเป็นกระแส

การพูดแบบไฟฟ้าหัววัดแบบย่อโดยทั่วไปจะสร้างห่วงลวดที่ทำหน้าที่คล้ายกับหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าดังที่แสดงในรูป

สรุป

มีหลายวิธีในการวัดรูปคลื่นกระแสที่เปลี่ยนแปลงโดยใช้ออสซิลโลสโคป วิธีที่ง่ายที่สุดคือการใช้ตัวแบ่งกระแสและวัดแรงดันไฟฟ้า