Verwenden Sie ein Oszilloskop, um die Spannung über einem Widerstand zu messen

Ich habe ein Board, das mit einem 5-V-Netzteil betrieben wird. Ich musste den Strom messen, der für die Rechenleistung in den Prozessor fließt. Da ich auf dem Weg von der Versorgung zum Prozessor keinen Widerstand finden konnte, fand ich eine Induktivität auf dem Weg von der Versorgung zum Prozessor und maß den Spannungsabfall über der Induktivität (wobei ich die Induktivität ignorierte und nur den Widerstand von der Induktivität) mit einem Multimeter. Da der Stromverbrauch über die Dauer eines Programms variieren kann, wollte ich dies mit einem Oszilloskop messen.

Dazu habe ich die Sonde und die Masse über die Induktivität (L18-Induktivität im unten angegebenen Schema) angeschlossen und die Spannung gemessen. Obwohl die Ruhespannung nicht mit den Messwerten des Multimeters übereinstimmte, stimmte die dynamische Änderung der Spannung, wenn ein Programm auf dem Prozessor läuft, mit dem vom Multimeter angegebenen Wert überein.

SMPS-Schema

Aber ich habe später in vielen Beiträgen gelesen, dass die richtige Methode zum Messen der Spannung an einem Widerstand darin besteht, zwei Sonden und die mathematische Funktion oder eine Differenzsonde zu verwenden. Später habe ich mit einer Differenzsonde den Spannungsabfall gemessen und auch hier festgestellt, dass der Leerlaufwert vom Multimeter abweicht, aber die dynamische Änderung mit den Multimeterwerten übereinstimmt.

  1. Welche Fehler gibt es in der Messung, die ich durch Verbinden der Oszilloskopsonde und Masse über die Induktivität gemacht habe?
  2. Warum hat dies nicht einen Kurzschluss verursacht und bewirkt, dass der gesamte Strom von der Spannungsversorgung zur Masse des Oszilloskops fließt?
  3. Warum stimmte die dynamische Spannungsänderung mit den Messwerten des Multimeters überein?
  4. Warum unterscheiden sich die Leerlaufspannungswerte bei der Messung mit dem Oszilloskop (bei Verwendung von Differenz- oder passiven Tastköpfen) und dem Multimeter?

Ich habe ein Tektronix MS04104 Mixed-Signal-Oszilloskop verwendet und das Board war ein Pandaboard.

Sind Sie sicher, dass Ihr Oszilloskopeingang nicht einfach auf den AC-Kopplungsmodus eingestellt ist?
Ich habe DC-Kopplung verwendet.
AC-Kopplung hatte ich auch vermutet. Die Erdung des Oszilloskops könnte wahrscheinlich die Dinge durcheinander bringen, aber es scheint mir, dass Ihr Gerät batteriebetrieben ist. Wenn es nicht geerdet ist, sind Sie in Sicherheit.
Wie wäre es mit ein paar echten Zahlen? Induktivitäten sind für präzise Messzwecke ein lausiger Widerstand – der Widerstand der Kupferwicklung steigt mit jedem Grad Celsius Temperaturanstieg um etwa +0,4 %, sodass selbst ein bescheidener Anstieg einen ziemlich großen Fehler verursachen kann.
Was haben Sie mit den Masseleitungen gemacht, während Sie die Differenz mit den beiden Sonden gemessen haben?
@Nick, @Vladimir, welchen Unterschied hätte es gemacht, wenn es eine AC-Kopplung gewesen wäre?
@Vladimir, ich habe ein 5-V-Netzteil mit einem Erdungsstift verwendet.
@Spehro, Danke für die Information über die Änderung der Messung mit der Temperatur. Multimeter: Leerlauf 0,5 mV, Betrieb 11,5 mV Differentialsonde: Leerlauf 28 - 32 mV, Betrieb 40 - 44 mV Mit Sonde und Masse: Leerlauf 5 mV, Betrieb 16 mV
@derstorm: Ich habe nicht zwei separate Sonden zur Messung verwendet.
Wenn Ihr Oszilloskop ordnungsgemäß geerdet ist, haben Sie möglicherweise etwas beschädigt, als Sie mit der Sonde + Masse-Konfiguration gemessen haben. Vielleicht hat sich der Induktor überhitzt und das hat seinen Widerstand erhöht? Das würde die letzten Messungen erklären, erscheint mir aber unwahrscheinlich. Sie müssen einige Details hinzufügen oder die Beantwortung ist ziemlich schwierig.
@VladimirCravero, stimmst du Aarons Antwort zu, wenn das Board nicht geerdet wäre. Es könnte zum Beispiel einen Erdungsstift gehabt haben, war aber nicht intern verbunden.

Antworten (1)

  1. Wahrscheinlich keine. Das Oszilloskop misst die Spannung zwischen der Sonde und der Erdungsklemme, die Sie über der genauen Menge hatten, die Sie messen wollten.
  2. Wahrscheinlich, weil entweder Ihr Oszilloskop oder Ihre Schaltung schwebend / nicht geerdet ist. Beide müssen geerdet sein, damit das ein Problem darstellt. Gute Netzteile vom Wechselstromnetz isolieren immer den versorgten Stromkreis und müssen daher wie gewünscht neu geerdet werden.
  3. Wahrscheinlich, weil die Empfindlichkeit zwischen den Instrumenten identisch ist, wie es sein sollte.
  4. Wahrscheinlich, weil das Messgerät, das Oszilloskop oder beide einen falschen DC-Offset haben. „Oszilloskope sind dafür bekannt, schnelle Signale zu erfassen, nicht so sehr für DC-Genauigkeit, obwohl sie normalerweise ziemlich gut sind. Wenn Sie ein Messgerät mit niedriger Impedanz haben, könnte dies auch den Messwert verfälschen, aber es würde wahrscheinlich auch die Dynamik beeinträchtigen, wenn dies der Fall wäre.

Der Grund, warum Sie zwei Sonden und eine mathematische Funktion "verwenden" sollten, besteht darin, den Fall zu behandeln, in dem sowohl das Oszilloskop als auch die Schaltung geerdet sind und Sie etwas messen möchten, das nicht auf Masse bezogen ist.

Für mich halte ich meinen Spielraum ungeerdet und achte darauf, worauf ich mich einlasse. Alle meine Bedienelemente sind aus Kunststoff (aber es gibt oft unbenutzte BNC-Anschlüsse), und ich verwende immer nur eine Erdungsklemme, es sei denn, ich habe einen wirklich guten Grund. Dieser Erdungsclip wird dann zu meiner Referenz für alles. Das funktioniert jedoch nur bei relativ langsamem Material, da der Schleifenbereich zwischen den Sonden zu einer HF-Antenne werden kann.

Verwenden Sie ein Oszilloskop, um die Spannung über einem Widerstand zu messen
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