オシロスコープで電流波形をテストする方法

オシロスコープで電流波形をテストする方法

オシロスコープは、ほとんどの電子技術者が最もよく使用する機器です。オシロスコープといえば、すぐにテスト電圧を思い浮かべます。もちろん、多くのオシロスコープは大まかなスペクトル分析なども行えますが、多くのオシロスコープは、電子技術者が気にする1つの指標である- -電流をテストできないことに非常に注意を払っています。一部の分析と検証では、電圧だけでなく電流もテストする必要があります。現在、一部のハイエンドオシロスコープは電流をテストできますが、アクティブ電流プローブを別途購入する必要があります。アクティブという言葉は、価格がかなり高いことを意味します。はい、アクティブ電流プローブを購入するコストは、一部のブランドのミッドレンジオシロスコープを購入するのとほぼ同じくらいになる可能性があるため、これは普通の中小企業が購入できる「豊富な」機器ではありません。

電流テストに関して、マルチメーターで測定すればいいのでは？と言う人もいるかもしれません。もちろん、マルチメーターは特定の瞬間の電流を測定できますが、いくつかの問題があります。1. マルチメーターの応答速度が遅いため（通常は数百ミリ秒のオーダー）、2. マルチメーターは長期的なテスト結果を記録できません。より優れたメーターは、最大値や最小値などを記録できます。3. 最も重要なことは、マルチメーターでは電流の変化のプロセスを見ることができないことです。多くの場合、私たちが見たいのは変化のプロセスです。結果だけでなく、たとえば、トランジスタが煙を出すのを見るだけでなく、トランジスタの過電流による損傷が最も発生する可能性がいつであるかを知りたいのです。

高価な電流プローブなしで、オシロスコープを使用して電流の変化過程を見ることは不可能ですか？実は、考え方を変えることで解決策を見つけることができます。その方法は実はとても簡単で、中学校の物理で学んだI=V/Rです。泣けてきます。Vはある点の電圧ではなく、2点間の電位差であることに注意してください。ここが鍵であり、初心者が誤解しがちなところです。ある点の電圧変化を使って電流の変化を予測すると、間違いを犯すことが多いです。はい、これは後で例題から見ることができます。

具体的な方法:
この方法の具体的な方法は、2つのプローブを使用して抵抗の両端の電圧V1とV2を測定します（もちろん、この線路部分の抵抗が両端に適切な電位差を生み出すのに十分大きい場合、線路部分でもかまいません）。次に、オシロスコープの計算機能を使用して、△V=V1-V2とI=△V/Rをリアルタイムで計算します。環境が大幅に変化しない限り、Rは変化しないと考えられるため、Iは△Vとともに変化します。それは直線的に変化するため、△Vの変化は電流の変化を反映します。例を使用して、この方法が実行可能かどうかを検証してみましょう。

検証例:
オシロスコープは、電源投入時の PCB 上の MOS チューブのドレインとソース間の電圧と電流の変化をテストします。茶色の波形はソース電圧 Vs、紫色の波形はドレイン電圧 Vd、黄色の波形は小さいです。粗い波形は、オシロスコープの計算機能で計算されたドレイン - ソース電圧 △Vsd =Vs-Vd です (この例では、チャネル C1 は Vs を測定し、チャネル C2 は Vd を測定するため、具体的な計算設定は図 2 C 1-C2 のとおりです)。緑色の波形は、アクティブ電流プローブで測定したドレイン - ソース電流 Isd です。Isd と △Vsd の波形を比較すると、それらの変化プロセスが非常に近いことがわかります。アクティブ電流プローブで測定した Isd のピーク値は約 3.6A です。 計算された△Vsdピーク値は約0.43Vであり、マルチメーターで測定された線路抵抗は約0.15?であるため、電位差法で得られた電流ピーク値は約0.43V / 0.15?=2.87Aであり、アクティブ電流プローブテストの結果とは異なります。 もちろん、これはMOSチューブのさまざまな状態のオン抵抗、オシロスコープ、パッシブプローブ、マルチメーターの誤差などに関係していますが、この方法を使用して、最も懸念される電流をテストします。 変化プロセスは完全に実行可能です。 電流の変化を観察することで、MOSチューブの損傷が最も発生する可能性が大まかにわかり、正しい対策を講じるための基礎を提供します。

これを見て、経験豊富なエンジニアは次のような疑問を持つかもしれません。通常のプローブを使用してテストする場合、コモンモード除去比 CMRR をどのように解決すればよいのでしょうか。この問題は確かに存在しますが、前述したように、この方法の主な目的は、電流の変化プロセスを確認できるようにすることです。さまざまな要因の影響下で、この方法でテストされた特定の電流値の精度は、専用のアクティブ電流プローブほど正確ではありません (この無料の方法で数万ドルの問題を完全に解決できる場合)。アクティブ電流プローブは将来販売されなくなります。もちろん、この記事を読んで、ある日電流の変化を分析することで以前の未解決のケースを解決した場合は、上司に 2 本少ない量を飲むように説得して、電流プローブを購入するのと同じかもしれません。^_^); また、CMRR を解決するには、アクティブ差動プローブを使用する必要があります。このものの価格は、電流プローブの価格に匹敵します。この場合、お金を使わないという目標は達成されません。^_ ^; ただし、Vs-Vd には、信号への干渉の一部を排除できるという利点があります。