测量电流是一项简单的任务–您所要做的就是将万用表连接到要测量的电路上,该表可为您提供干净的使用价值。有时,您无法真正“打开”电路以将万用表与要测量的串联。这也可以很简单地解决-您只需要测量电路中已知电阻两端的电压-则电流就是电压除以电阻(根据欧姆定律)。
当您要测量变化的信号时,事情会变得有些复杂。这受万用表的刷新率(每秒的样本数量)的影响,而普通人只能理解每秒显示的变化。如果您的万用表具有RMS电压测量值(RMS电压是交流信号的电压,其传输的功率与该电压的直流电源产生的功率相同),则测量AC会稍微简单一些。这严格限于周期性信号(除非RMS测量为“ true”,否则方波等绝对不存在问题,即使如此,也无法保证测量的准确性)。大多数万用表还经过低通滤波,这可以防止数百赫兹以上的交流电测量。
如何使用示波器测量电流
示波器填补了人类感知和万用表稳定值之间的空白–它显示了某种信号的电压时间“图”,与万用表上一组变化的数字相比,它可以更好地显示变化的信号。
如果配备合适的设备,也可以测量频率高达几千兆赫的信号。但是,示波器是一种高阻抗电压测量设备–它不能像这样测量电流。使用示波器测量电流需要将电流转换为电压,这可以通过几种方法完成。
1.使用并联电阻
这也许是测量电流的最简单方法,将在这里详细讨论。
这里的电流电压转换器是低级电阻器。
基础知识告诉我们,电阻两端的电压与流过该电阻的电流成正比。这可以用欧姆定律来概括:
V =红外
其中V是电阻两端的电压,I是流经电阻的电流,R是电阻的电阻,所有单位均为单位。
这里的诀窍是使用不会影响整个被测电路的电阻值,因为分流电阻器两端的电压降会导致其所放置的电路两端的电压降降低。一般的经验法则是使用一个电阻,该电阻比被测电路的电阻/阻抗小得多(在良好的起点上要小十倍),以防止被测电路中的电流受到分流器的影响。
例如,DC-DC转换器中的变压器和MOSFET的总(DC)电阻可能为数十毫欧,放置一个大的(例如)1Ω电阻会导致大部分分流器两端的电压下降(请记住,电阻串联,电阻两端的电压降之比就是其电阻之比),因此功率损耗更大。电阻器只是将电流转换为电压以进行测量,因此功率没有任何用处。同时,一个小电阻器(1mΩ)只会在其两端降低一个小的(但可测量)电压,剩下的电压则可以做有用的工作。
现在,选择了一个电阻值后,您可以将探头接地连接到电路接地,并将探头尖端连接到分流电阻,如下图所示。
您可以在此处使用一些巧妙的技巧。
假设您的分流器的电阻为100mΩ,那么1A的电流将导致100mV的电压降,从而使我们的“灵敏度”为每安培100mV。如果您小心的话,这应该不会造成任何问题,但是很多时候实际上是100mV的电压,换句话说就是与100mA混淆了。
可以通过将输入设置为100X来解决此问题-探头已经具有10X衰减,因此在信号上再加上10X会使它立即回到每安培1V,即输入“乘以10”。大多数示波器都随附能够选择输入衰减的功能。但是,可能有一些示波器仅支持1X和10X。
另一个有用的小功能是可以设置屏幕上显示的垂直单位– V可以更改为A,W和U等。
当您不能将分流器置于低端时,事情会变得复杂。示波器接地直接连接到大地,因此,假设您的电源也已接地,则将探头接地夹连接到电路中的任意随机点都会将该点接地。
可以通过执行称为差分测量的方法来防止这种情况。
大多数示波器具有数学功能,可用于对显示的波形执行数学运算。请注意,这不会以任何方式改变实际信号!
我们将在这里使用的函数是减法函数,该函数显示两个选定波形的差。
由于电压只是两点之间的电位差,因此我们可以将一个探针钩到每个点上,然后将接地夹连接到电路接地,如图所示。
通过显示两个信号之间的差异,我们可以确定电流。
上面使用的相同“衰减”技巧也适用于此,只是记住要同时更改两个通道。
使用并联电阻的缺点:
使用分流电阻器有一些缺点。第一个是公差,它可能高达5%。这是必须要解决的一些困难。
第二个是温度系数。电阻器的电阻随温度增加而增加,这导致给定电流下的电压降更大。对于大电流分流电阻器,这尤其糟糕。
2.使用电流探头
现成的电流探头(称为“电流钳”;它们可以在不中断电路的情况下钳住电线)在市场上有售,但由于价格昂贵,您不会看到很多业余爱好者使用它们。
这些探针使用两种方法之一。
该第一种方法是使用周围的半圆形铁氧体磁芯缠绕的线圈的。导线中的电流(探头已被夹紧)在铁氧体中产生磁场。这进而在线圈中感应出电压。电压与电流变化率成正比。积分器对波形进行“积分”,并产生与电流成比例的输出。输出比例通常在每安培1mV至1V之间。
所述第二方法使用夹在两个铁氧体半圆之间的霍尔传感器。霍尔传感器产生的电压与电流成正比。
3.一种快速肮脏的方法
除了示波器和探头外,此方法不需要任何其他组件。
此方法非常类似于使用电流探针。将探头的接地线绕在承载有待测量电流的导线上,然后将接地夹连接到探头的尖端。
产生的电压再次与电流变化率成正比,并且您需要对波形执行一些数学运算(即积分;大多数示波器在“数学”菜单下具有此运算法则)才能将其解释为电流。
从电气上来说,短路的探针基本上形成一个线环,其作用有点像电流互感器,如图所示。
结论
有几种方法可以使用示波器测量变化的电流波形。最简单的方法是使用电流分流器并测量其两端的电压。