Bagaimana mengukur arus dengan osiloskop

Mengukur arus adalah tugas sederhana - yang perlu Anda lakukan hanyalah menghubungkan multimeter ke sirkuit yang ingin Anda ukur dan meteran memberi Anda nilai yang bersih untuk digunakan. Terkadang Anda tidak dapat benar-benar 'membuka' sirkuit untuk membuat rangkaian multimeter dengan apa yang ingin Anda ukur. Ini diselesaikan dengan cukup sederhana - Anda hanya perlu mengukur tegangan melintasi resistansi yang diketahui di rangkaian - arus kemudian hanyalah tegangan dibagi dengan resistansi (dari hukum Ohm).

Segalanya menjadi sedikit rumit ketika Anda ingin mengukur sinyal yang berubah. Ini tergantung pada kecepatan refresh (jumlah sampel per detik) multimeter, dan rata-rata manusia hanya dapat memahami begitu banyak perubahan pada tampilan per detik. Mengukur AC menjadi sedikit lebih sederhana jika multimeter Anda memiliki pengukuran tegangan RMS (tegangan RMS adalah tegangan sinyal AC yang akan mengirimkan jumlah daya yang sama dengan yang dihasilkan oleh suplai DC dari tegangan tersebut). Ini sangat terbatas pada sinyal periodik (gelombang persegi dan sejenisnya benar-benar tidak dapat dipertanyakan kecuali ukuran RMS adalah 'benar', bahkan kemudian, tidak ada jaminan pada keakuratan pengukuran). Kebanyakan multimeter juga menggunakan filter low pass, yang mencegah pengukuran AC di atas beberapa ratus Hertz.

Cara menggunakan Osiloskop untuk Mengukur Arus

Osiloskop mengisi celah antara persepsi manusia dan nilai stabil multimeter - ini menampilkan semacam 'grafik' waktu tegangan dari suatu sinyal, yang memungkinkan visualisasi perubahan sinyal yang lebih baik dibandingkan dengan sekumpulan perubahan angka pada multimeter.

Mengukur sinyal dengan frekuensi hingga beberapa gigahertz juga dimungkinkan, dengan peralatan yang tepat. Namun, osiloskop adalah alat pengukur tegangan impedansi tinggi - osiloskop tidak dapat mengukur arus seperti itu. Menggunakan osiloskop untuk mengukur arus membutuhkan pengubahan arus menjadi tegangan, dan ini dapat dilakukan dengan beberapa cara.

1. Menggunakan Resistor Shunt

Ini mungkin cara termudah untuk mengukur arus, dan akan dibahas di sini secara rinci.

The konverter arus ke tegangan di sini adalah resistor yang rendah hati.

Pengetahuan dasar memberi tahu kita bahwa tegangan yang melintasi resistor sebanding dengan arus yang mengalir melaluinya. Ini dapat diringkas dengan hukum Ohm:

V = IR

Di mana V adalah tegangan yang melintasi resistor, I adalah arus yang melalui resistor dan R adalah resistansi resistor, semuanya dalam unitnya masing-masing.

Triknya di sini adalah dengan menggunakan nilai resistor yang tidak mempengaruhi keseluruhan rangkaian yang sedang diukur, karena penurunan tegangan pada resistor shunt menyebabkan lebih sedikit tegangan yang dijatuhkan pada rangkaian tempatnya ditempatkan. Aturan umum yang umum digunakan resistor yang jauh lebih kecil daripada resistansi / impedansi rangkaian yang diukur (sepuluh kali lebih sedikit di titik awal yang baik) untuk mencegah arus dalam rangkaian yang diukur dipengaruhi oleh shunt.

Misalnya, trafo dan MOSFET dalam konverter DC-DC mungkin memiliki resistansi total (DC) puluhan miliohm, menempatkan resistor 1Ω besar (katakanlah) akan menghasilkan sebagian besar tegangan turun melintasi shunt (ingat bahwa untuk resistor secara seri, rasio tegangan yang jatuh melintasi resistor adalah rasio resistansinya) dan karenanya kehilangan daya yang lebih besar. Resistor hanya mengubah arus menjadi tegangan untuk pengukuran, sehingga daya tidak berfungsi. Pada saat yang sama, resistor kecil (1mΩ) hanya akan menjatuhkan tegangan kecil (tetapi dapat diukur) di atasnya, meninggalkan sisa tegangan untuk melakukan pekerjaan yang berguna.

Sekarang, setelah memilih nilai resistor, Anda dapat menghubungkan ground probe ke sirkuit ground dan ujung probe ke resistansi shunt, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah.

Ada beberapa trik bagus yang bisa Anda gunakan di sini.

Misalkan shunt Anda memiliki resistansi 100mΩ, maka arus 1A akan menghasilkan penurunan tegangan 100mV, memberi kita 'sensitivitas' 100mV per amp. Ini seharusnya tidak menimbulkan masalah jika Anda berhati-hati, tetapi seringkali 100mV dipahami secara harfiah - dengan kata lain, disalahartikan sebagai 100mA.

Masalah ini dapat diatasi dengan menyetel pengaturan input Anda ke 100X - probe sudah 10X dilemahkan, jadi menambahkan 10X lagi ke sinyal akan mengembalikannya ke 1V per amp, yaitu input 'dikalikan' dengan 10. Kebanyakan osiloskop dilengkapi dengan fitur ini untuk dapat memilih atenuasi input. Namun, mungkin ada cakupan yang hanya mendukung 1X dan 10X.

Fitur kecil lain yang berguna adalah dapat mengatur unit vertikal yang ditampilkan di layar - V dapat diubah menjadi A, W, dan U, antara lain.

Segalanya menjadi rumit ketika Anda tidak dapat menempatkan shunt di sisi yang rendah. Ground scope terhubung langsung ke ground, jadi dengan asumsi catu daya Anda juga di-ground, menghubungkan klip ground probe ke titik acak mana pun di sirkuit akan mempersingkat titik itu ke ground.

Ini dapat dicegah dengan melakukan sesuatu yang disebut pengukuran diferensial.

Kebanyakan osiloskop memiliki fungsi matematika, yang dapat digunakan untuk melakukan operasi matematika pada bentuk gelombang yang ditampilkan. Perhatikan bahwa ini tidak mengubah sinyal sebenarnya dengan cara apa pun!

Fungsi yang akan kita gunakan di sini adalah fungsi pengurangan, yang menampilkan perbedaan dari dua bentuk gelombang yang dipilih.

Karena tegangan hanyalah perbedaan potensial di dua titik, kita dapat mengaitkan satu probe ke setiap titik dan menghubungkan klip ground ke ground sirkuit seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Dengan menampilkan perbedaan antara kedua sinyal tersebut kita dapat menentukan arusnya.

Trik 'atenuasi' yang sama yang digunakan di atas juga berlaku di sini, ingatlah untuk mengubah kedua saluran.

Kerugian menggunakan resistor shunt:

Ada beberapa kelemahan menggunakan resistor shunt. Yang pertama adalah toleransi, yang mungkin seburuk 5%. Ini adalah sesuatu yang harus dipertanggungjawabkan dengan susah payah.

Yang kedua adalah koefisien suhu. Hambatan resistor meningkat dengan suhu, yang menghasilkan penurunan tegangan yang lebih besar untuk arus tertentu. Ini sangat buruk dengan resistor shunt arus tinggi.

2. Menggunakan Probe Saat Ini

Probe arus siap pakai (disebut 'klem arus'; mereka menjepit kabel tanpa mengganggu sirkuit) tersedia di pasar, tetapi Anda tidak melihat banyak penghobi menggunakannya karena biayanya yang mahal.

Probe ini menggunakan salah satu dari dua metode.

The Metode pertama adalah penggunaan luka kumparan sekitar setengah lingkaran inti ferit. Arus di kawat, probe telah dijepit, menghasilkan medan magnet di ferit. Ini pada gilirannya menginduksi tegangan pada koil. Tegangan sebanding dengan laju perubahan arus. Sebuah integrator 'mengintegrasikan' bentuk gelombang dan menghasilkan keluaran yang sebanding dengan arus. Skala keluaran biasanya antara 1mV dan 1V per amp.

The Metode kedua menggunakan sensor Balai terjepit di antara dua setengah lingkaran ferit. Sensor Hall menghasilkan tegangan yang sebanding dengan arus.

3. Metode Cepat dan Kotor

Metode ini tidak memerlukan komponen tambahan selain ruang lingkup dan probe.

Metode ini mirip dengan menggunakan probe arus. Lingkarkan kabel ground probe di sekitar kabel yang membawa arus yang akan diukur dan kemudian hubungkan klip ground ke ujung probe.

Tegangan yang dihasilkan lagi-lagi sebanding dengan laju perubahan arus, dan Anda perlu melakukan beberapa matematika pada bentuk gelombang (yaitu integrasi; sebagian besar cakupan memiliki ini di bawah menu 'matematika') untuk menafsirkannya sebagai arus.

Secara elektrik, probe korsleting pada dasarnya membentuk loop kawat yang bertindak seperti transformator arus, seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Kesimpulan

Ada beberapa metode untuk mengukur perubahan bentuk gelombang arus menggunakan osiloskop. Yang paling sederhana adalah menggunakan shunt arus dan mengukur tegangan di atasnya.