測(cè)量電流是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)——你所需要做的就是把萬(wàn)用表連接到你想要測(cè)量的電路上，儀表就會(huì)給你一個(gè)干凈的值。有時(shí)你不能真正“打開(kāi)”電路，把萬(wàn)用表與你想測(cè)量的東西串聯(lián)起來(lái)。這個(gè)問(wèn)題的解決也很簡(jiǎn)單——你只需要測(cè)量電路中一個(gè)已知電阻的電壓——那么電流就是電壓除以電阻(根據(jù)歐姆定律)。

當(dāng)你想測(cè)量變化的信號(hào)時(shí)，事情就變得有點(diǎn)復(fù)雜了。這取決于萬(wàn)用表的刷新率(每秒采樣數(shù))，一般人每秒只能理解顯示的這么多變化。如果你的萬(wàn)用表有一個(gè)有效值電壓測(cè)量(有效值電壓是交流信號(hào)的電壓，它可以傳輸與直流電源相同的功率)，那么測(cè)量交流就會(huì)變得簡(jiǎn)單一些。這嚴(yán)格限于周期信號(hào)(方波等嚴(yán)格排除問(wèn)題，除非RMS測(cè)量是“真實(shí)的”，即使這樣，也不能保證測(cè)量的準(zhǔn)確性)。大多數(shù)萬(wàn)用表也是低通濾波，防止交流測(cè)量超過(guò)幾百赫茲。

如何使用示波器測(cè)量電流

示波器填補(bǔ)了人類感知和萬(wàn)用表穩(wěn)定值之間的空白——它顯示一種信號(hào)的電壓-時(shí)間“圖”，與萬(wàn)用表上一組變化的數(shù)字相比，它可以更好地可視化變化的信號(hào)。

如果有合適的設(shè)備，測(cè)量頻率高達(dá)幾千赫茲的信號(hào)也是可能的。然而，示波器是一種高阻抗電壓測(cè)量裝置——它不能測(cè)量電流。使用示波器測(cè)量電流需要將電流轉(zhuǎn)換為電壓，這可以通過(guò)幾種方式完成。

1. 使用分流電阻

這可能是測(cè)量電流最簡(jiǎn)單的方法，這里將詳細(xì)討論。

這里的電流-電壓轉(zhuǎn)換器是簡(jiǎn)陋的電阻器。

基本知識(shí)告訴我們，電阻器上的電壓與流過(guò)它的電流成正比。這可以用歐姆定律來(lái)概括：

其中V是電阻器上的電壓，I是通過(guò)電阻器的電流，R是電阻器的電阻，它們都有各自的單位。

這里的技巧是使用一個(gè)不影響被測(cè)量的整個(gè)電路的電阻值，因?yàn)榉至麟娮杵魃系碾妷航祵?dǎo)致它所在電路上的電壓降更小。一般的經(jīng)驗(yàn)法則是，使用一個(gè)比被測(cè)量電路的電阻/阻抗小得多的電阻(在一個(gè)良好的起點(diǎn)是10倍)，以防止被測(cè)量電路中的電流受到分流器的影響。

例如，DC-DC轉(zhuǎn)換器中的變壓器和MOSFET可能具有數(shù)十毫歐姆的總(DC)電阻，放置一個(gè)大的(例如)1Ω電阻將導(dǎo)致大部分電壓在分流器上下降(請(qǐng)記住，對(duì)于串聯(lián)電阻，電阻上下降的電壓比是其電阻的比)，因此功率損失更大。電阻器只是將電流轉(zhuǎn)換成電壓以供測(cè)量，所以電源沒(méi)有做有用的功。與此同時(shí)，一個(gè)小的電阻(1mΩ)將只下降一個(gè)小的(但可測(cè)量的)電壓通過(guò)它，留下電壓的其余部分做有用的工作。

現(xiàn)在，選擇了一個(gè)電阻值，您可以將探頭地連接到電路地，探頭尖端連接到分流電阻，如下圖所示。

這里有一些簡(jiǎn)單的技巧可以使用。

假設(shè)你的分流器的電阻為100mΩ，那么1A的電流會(huì)導(dǎo)致100mV的電壓降，給我們100mV每安培的“靈敏度”。如果你小心的話，這應(yīng)該不會(huì)造成任何問(wèn)題，但很多時(shí)候100mV是字面意思-換句話說(shuō)，與100mA混淆。

這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)將輸入設(shè)置為100X來(lái)克服-探針已經(jīng)衰減了10X，所以再增加10X的信號(hào)會(huì)使它回到每安培1V，即輸入“乘以”10。大多數(shù)示波器都具有能夠選擇輸入衰減的功能。然而，有些作用域可能只支持1X和10X。

另一個(gè)有用的小功能是可以設(shè)置屏幕上顯示的垂直單位- V可以更改為A， W和U等。

當(dāng)你不能放置分流的低側(cè)時(shí)，事情就變得復(fù)雜了。示波器接地直接連接到接地，因此假設(shè)您的電源也接地，將探頭接地夾連接到電路中的任何隨機(jī)點(diǎn)都會(huì)使該點(diǎn)接地短路。

這可以通過(guò)所謂的微分測(cè)量來(lái)防止。

大多數(shù)示波器都有一個(gè)數(shù)學(xué)功能，可以用來(lái)對(duì)顯示的波形進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。請(qǐng)注意，這不會(huì)以任何方式改變實(shí)際信號(hào)!

我們將在這里使用的函數(shù)是減去函數(shù)，它顯示兩個(gè)選定波形的差。

由于電壓僅僅是兩點(diǎn)之間的電位差，我們可以將一個(gè)探頭鉤在每個(gè)點(diǎn)上，并將接地夾連接到電路接地，如圖所示。

通過(guò)顯示兩個(gè)信號(hào)之間的差，我們可以確定電流。

上面使用的相同的“衰減”技巧也適用于這里，只是要記住改變兩個(gè)通道。

使用并聯(lián)電阻的缺點(diǎn)：

使用并聯(lián)電阻器有幾個(gè)缺點(diǎn)。首先是容差，可能差到5%。這是一件很難解釋的事情。

第二個(gè)是溫度系數(shù)。電阻器的電阻隨溫度升高而增大，這導(dǎo)致給定電流下的電壓降較大。這對(duì)于大電流分流電阻來(lái)說(shuō)尤其糟糕。

2. 使用電流探頭

現(xiàn)成的電流探頭(稱為“電流鉗”;它們夾在電線上而不中斷電路)在市場(chǎng)上是可用的，但你沒(méi)有看到很多愛(ài)好者使用它們，因?yàn)樗鼈兊膬r(jià)格過(guò)高。

這些探針使用兩種方法中的一種。

第一種方法是使用繞在半圓形鐵氧體鐵芯上的線圈。導(dǎo)線中的電流，探針被夾住，在鐵氧體中產(chǎn)生磁場(chǎng)。這反過(guò)來(lái)又在線圈中產(chǎn)生電壓。電壓與電流的變化率成正比。積分器“集成”波形并產(chǎn)生與電流成正比的輸出。輸出刻度通常在每安培1mV和1V之間。

第二種方法是將霍爾傳感器夾在兩個(gè)鐵氧體半圓之間?；魻杺鞲衅鳟a(chǎn)生與電流成正比的電壓。

3. 快速骯臟的方法

該方法除了一個(gè)作用域和一個(gè)探針外，不需要額外的組件。

這種方法很像使用電流探針。將探頭接地線繞在攜帶待測(cè)電流的導(dǎo)線上，然后將接地夾連接到探頭尖端。

產(chǎn)生的電壓又與電流的變化率成正比，你需要對(duì)波形進(jìn)行一些數(shù)學(xué)運(yùn)算(即積分;大多數(shù)示波器在“數(shù)學(xué)”菜單下都有這個(gè)，以便將其解釋為電流。

從電氣上講，短路的探頭基本上形成一個(gè)線圈，其作用有點(diǎn)像電流互感器，如圖所示。

結(jié)論

使用示波器測(cè)量變化的電流波形有幾種方法。最簡(jiǎn)單的方法是使用電流分流器并測(cè)量其上的電壓。

本文編譯自circuitdigest