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数学通道的应用(十五)-电阻的测量

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发表于 2020-8-27 16:51:26 | 显示全部楼层 |阅读模式
数学通道的应用(十五)-电阻的测量
作者:Steve Smith

在我们推出4425A示波器PicoBNC+电阻测试线的介绍视频之后,有人提出了可不可以用4425示波器测量电阻这个问题。

这绝对是有可能的。我们必须了解正在测量的电路,捕获电压和电流信号(在有负载的情况下),并使用欧姆定律来计算电阻。


图1是一个典型示例,我们在Maths is Cool第一篇文章中介绍过了起动机的电压和电流。


图1.电阻数学通道.PNG
图1 电阻数学通道

电路完好,而且在负载下能捕获到电压和电流,这种条件下测量电阻是没问题的。但是,如果把组件从电路上取下,要怎么测量该组件的电阻呢

您可以通过创建一个分压电路,然后在PicoScope软件中测量电阻。


在下面的示例中,我用到了一个10kΩ的面板安装电阻器(额定功率为25 W)和一个12V的电源(准确地说是13.81 V)。


图2.分压电路.PNG
图2 分压电路

A通道接在10kΩ、25W电阻之前,测量的是相对于地面的电源电压。

B通道测量的是未知电阻“R”两端的电压(V2)。


根据我们对串联电阻工作原理(10kΩ和R串联)的了解,流经它们的电流相同,但是串联会导致分压。要记住的是,V1和V2的总和等于总的电源电压。

通过数学通道,我们现在可以计算出未知电压V1和未知电阻R。


图3.测试15Ω电阻.PNG
图3 测试15Ω电阻

在图3中,在连接到B通道测试线上的信号线和接地线之间放置了一个15Ω的电阻,使用PicoScope软件准确地测量出了这个15Ω的电阻。因此证明了,我们可以测量出从电路上取下的组件的电阻值。


在图4中,我们将15Ω电阻换成了2200Ω电阻,并使用数学通道准确测量出了电阻值。


图4.测试2200Ω电阻.PNG
图4 测试2200Ω电阻

在图5中,我们将2200Ω电阻换成了120Ω电阻。

图5.测试120Ω电阻.PNG
图5 测试120Ω电阻

在图6中,将120Ω电阻换成了0.1Ω电阻。

图6.测试0.1Ω电阻.PNG
图6 测试0.1Ω电阻

上面几个例子中,虽然我们使用的电阻器工作正常,但是当组件电阻(R)逐渐增大时会出现相互作用的情况(在使用这种类型的分压电路时)。

我上面描述的方法能够测量高达50kΩ左右的电阻元件,但是由于示波器与分压电路并联,因此在测量大电阻时,示波器的阻抗会影响测量精度

测量0.1KΩ、10KΩ、100KΩ和1MΩ等已知电阻时,我们可以通过使用数学通道V2/V1来解决精度问题,然后创建一个自定义探针以反映电阻值。这样肯定能够测出准确的电阻值,但是测100KΩ和1MΩ的电阻时,精度会受到影响


不过对于4225A和4425A示波器的用户而言,不会存在这些问题。因为在使用PicoBNC+电阻测试线时,已经考虑到了所有电阻级别的计算,精度和缩放比例等等。

您可以用箱体外壳和一个带有4mm香蕉插头的10kΩ电阻器做一条电阻测试线,以简化连接。如果这样做的话,就需要根据流过分压电路的电流来计算电阻,并且在电流流过的地方,必须考虑到电阻的额定功率大小。


电路闭合,R=0Ω时,电流大小为:13.81V/10000Ω=0.001381A(1mA)

功率=13.81V*0.001381A=0.01907161W(19mW)

或  功率=13.81*13.81/10000=0.01907161W(19mW)


使用额定功率为25W的绕线面板安装电阻器也是很好的选择,但是使用质量更轻、价格更便宜的电阻器性价比会更高,不过功率会相对较低。


同样地,可以选择使用小于10kΩ的电阻器。但是请记住,如果将电阻减半,电流会增加一倍!

例如使用5kΩ电阻器,电路闭合,R=0Ω,电流大小为:13.81V/5000Ω=0.002762A(2mA)

功率=13.81V*0.002762A=0.03814322W(38mW)

或  功率=13.81*13.81/5000=0.03814322W(38mW)


最后要注意的是,电阻R处断路(电阻无穷大)会导致数学通道上的波形发生变化,因为会有一个小电流流过分压电路!

如图7所示,数学通道的量程已经修改,最大显示为100kΩ。但理论上,当电阻R断路时,电阻值应该是无穷大的。


图7.电阻R断路.PNG
图7 电阻R断路

希望以上信息可以帮助您在4425示波器上绘制出电阻的波形,但是我也希望能找到这种方法的不足和问题,然后结合新的电阻测试线和4x25A示波器改善不足的地方。


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