Com mesurar el corrent amb un oscil·loscopi

Mesurar el corrent és una tasca senzilla: tot el que heu de fer és connectar un multímetre al circuit que voleu mesurar i el mesurador us proporciona un valor net. De vegades no es pot "obrir" el circuit per posar un multímetre en sèrie amb el que es vol mesurar. Això també es resol de manera senzilla: només cal mesurar el voltatge a través d’una resistència coneguda al circuit; el corrent és simplement el voltatge dividit per la resistència (segons la llei d’Ohm).

Les coses es compliquen una mica quan es vol mesurar els senyals canviants. Això està a mercè de la freqüència d’actualització (nombre de mostres per segon) del multímetre, i l’ésser humà mitjà només pot comprendre tants canvis en una pantalla per segon. Mesurar la CA es fa una mica més senzill si el multímetre té una mesura de tensió RMS (la tensió RMS és la tensió d’un senyal de CA que transmetria la mateixa quantitat de potència que produiria una font de corrent continu d’aquesta tensió). Això es limita estrictament a senyals periòdics (les ones quadrades i similars estan estrictament fora de qüestió a menys que la mesura RMS sigui "veritable", fins i tot llavors, no hi ha garanties sobre la precisió de la mesura). La majoria dels multímetres també es filtren de pas baix, cosa que impedeix la mesura de corrent altern per sobre d’uns quants centenars d’hertz.

Com s'utilitza l'oscil·loscopi per mesurar el corrent

L'oscil·loscopi omple el buit entre la percepció humana i els valors estables d'un multímetre: mostra una mena de "gràfic" de tensió-temps d'un senyal, que permet una millor visualització dels senyals canviants en comparació amb un conjunt de números canviants en un multímetre..

També es pot mesurar senyals amb freqüències de fins a diversos gigahertzs, donat l’equip adequat. Tanmateix, l’oscil·loscopi és un dispositiu de mesura de voltatge d’alta impedància; no pot mesurar corrents com a tals. L’ús d’un oscil·loscopi per mesurar corrents requereix convertir un corrent en un voltatge, i això es pot fer de diverses maneres.

1. Ús d’una resistència de derivació

Aquesta és potser la forma més senzilla de mesurar el corrent i es parlarà aquí detalladament.

El convertidor de corrent a voltatge aquí és la resistència humil.

Els coneixements bàsics ens indiquen que la tensió d’una resistència és proporcional al corrent que hi circula. Això es pot resumir per la llei d'Ohm:

V = IR

On V és el voltatge a través de la resistència, I és el corrent a través de la resistència i R és la resistència de la resistència, tot en les seves unitats respectives.

El truc aquí és utilitzar un valor de resistència que no afecti el circuit global que es mesura, ja que la caiguda de tensió a través de la resistència de derivació fa que es caigui menys tensió a través del circuit on es col·loca. una resistència molt menor que la resistència / impedància del circuit que es mesura (deu vegades menys en un bon punt de partida) per evitar que el corrent del circuit que es mesura es vegi influït per la derivació.

Per exemple, el transformador i el MOSFET en un convertidor DC-DC poden tenir una resistència total (DC) de desenes de miliohms, si es col·loca una resistència gran (per exemple) d’1Ω, es produirà la caiguda de la majoria del voltatge a través de la derivació (recordeu que per resistències en sèrie, la proporció de tensió caiguda a través de les resistències és la proporció de les seves resistències) i, per tant, una pèrdua de potència més gran. La resistència només converteix el corrent en una tensió per mesurar-la, de manera que la potència no fa cap treball útil. Al mateix temps, una resistència petita (1 mΩ) deixaria caure només un voltatge petit (però mesurable) a través d’ell, deixant la resta de la tensió per fer un treball útil.

Ara, havent seleccionat un valor de resistència, podeu connectar la terra de la sonda a la massa del circuit i la punta de la sonda a la resistència de derivació, tal com es mostra a la figura següent.

Hi ha alguns trucs molt útils que podeu utilitzar aquí.

Suposant que la vostra derivació té una resistència de 100 mΩ, aleshores un corrent d’1A donaria lloc a una caiguda de tensió de 100 mV, la qual cosa ens proporcionaria una “sensibilitat” de 100 mV per amplificador. Això no hauria de causar problemes si teniu cura, però moltes vegades els 100mV es prenen literalment, és a dir, es confonen amb 100mA.

Aquest problema es pot superar configurant el paràmetre d’entrada a 100X: la sonda ja s’atenuïa a 10X, de manera que afegir un altre 10X al senyal torna a 1 V per amplificador, és a dir, l’entrada es multiplica per 10. La majoria d’oscil·loscopis inclouen aquesta característica de poder seleccionar l'atenuació de l'entrada. Tot i això, pot haver-hi àmbits que només admetin 1X i 10X.

Una altra petita característica útil és poder configurar les unitats verticals que es mostren a la pantalla: el V es pot canviar a A, W i U, entre d'altres.

Les coses es compliquen quan no es pot col·locar el costat baix de la derivació. La terra de l’abast està connectada directament a la terra, de manera que suposant que la vostra font d’alimentació també estigui connectada a terra, la connexió del clip de terra de la sonda a qualsevol punt aleatori del circuit farà que aquest punt quedi curt a terra.

Això es pot evitar fent una cosa anomenada mesura diferencial.

La majoria dels oscil·loscopis tenen una funció matemàtica, que es pot utilitzar per realitzar operacions matemàtiques a les formes d'ona visualitzades. Tingueu en compte que això no canvia el senyal real de cap manera.

La funció que farem servir aquí és la funció de restar, que mostra la diferència de dues formes d'ona seleccionades.

Com que la tensió és simplement la diferència de potencial en dos punts, podem connectar una sonda a cada punt i connectar els clips de terra a la terra del circuit, tal com es mostra a la figura.

Visualitzant la diferència entre els dos senyals podem determinar el corrent.

El mateix truc d '"atenuació" utilitzat anteriorment també s'aplica aquí. Recordeu-vos de canviar els dos canals.

Inconvenients d'utilitzar la resistència de derivació:

Hi ha alguns desavantatges a l’hora d’utilitzar resistències de derivació. El primer és la tolerància, que pot arribar al 5%. Això s’ha de tenir en compte amb certa dificultat.

El segon és el coeficient de temperatura. La resistència de les resistències augmenta amb la temperatura, cosa que provoca una caiguda de tensió més gran per a un corrent determinat. Això és particularment dolent amb les resistències de derivació d’alta intensitat.

2. Ús d’una sonda actual

Al mercat hi ha disponibles sondes de corrent preparades (anomenades «abraçadores de corrent»; es fixen als cables sense interrompre els circuits), però no veieu que molts aficionats les facin servir pel seu cost prohibitiu.

Aquestes sondes utilitzen un dels dos mètodes.

El primer mètode és l’ús d’una bobina enrotllada al voltant d’un nucli de ferrita semicircular. El corrent del fil, la sonda ha estat fixada al voltant, genera un camp magnètic a la ferrita. Al seu torn, això indueix un voltatge a la bobina. La tensió és proporcional a la velocitat de canvi de corrent. Un integrador "integra" la forma d'ona i produeix una sortida que és proporcional al corrent. L’escala de sortida sol estar entre 1mV i 1V per amplificador.

El segon mètode utilitza un sensor Hall situat entre dos semicercles de ferrita. El sensor Hall produeix una tensió que és proporcional al corrent.

3. Un mètode ràpid i brut

Aquest mètode no requereix cap component addicional que no sigui un abast i una sonda.

Aquest mètode s’assembla molt a l’ús d’una sonda de corrent. Col·loqueu el cable de terra de la sonda al voltant del cable que transporta el corrent a mesurar i, a continuació, connecteu el clip de terra a la punta de la sonda.

El voltatge produït torna a ser proporcional a la velocitat de canvi de corrent, i heu de realitzar algunes matemàtiques a la forma d'ona (és a dir, la integració; la majoria dels àmbits ho tenen al menú "matemàtiques") per interpretar-lo com un corrent.

Elèctricament, la sonda en curtcircuit forma bàsicament un bucle de cable que actua una mica com un transformador de corrent, tal com es mostra a la figura.

Conclusió

Hi ha diversos mètodes per mesurar les formes d’ona actuals canviant mitjançant un oscil·loscopi. El més senzill és utilitzar una derivació de corrent i mesurar el voltatge a través d’ell.