携帯型ミックスドシグナルオシロスコープで電力計測

Digilent製のAnalog Discovery Pro オシロスコープとその制御ソフト「WaveForms」を使用すると、RC 回路の消費電力を簡単に測定できます。 オシロスコープは電圧のみを測定するため、このプロジェクトでは検出抵抗を使用して、オシロスコープの演算チャネルを利用して回路の電力を計算します。 

DigilentのAnalog Discovery Pro (222-2681) は、分解能14 ビットで 最大 0.5G Samples/sというサンプリング レートを備えた 2・4 チャネルの高解像度オシロスコープです。デジタル用チャネルを１６も搭載した Analog Discovery Pro は、正真正銘のミックスドシグナル オシロスコープです。 また、デジタル電源、デジタル出力、2 つの外部トリガー入力、および 2 チャンネルの任意波形発生器も備えています。 ユーザーは、デジアナ混在に対応した12の計測機能を「WaveForms（無料）」を介して利用することができます。

このWaveFormsは、Digilent製のポータブル計測器「Analog Discovery Pro」を始め、オシロスコープ、ロジック アナライザ、ファンクションジェネレータ等の製品にUSB接続されたPC上で動作するソフトで、デジアナの各種計測を行うことができます。各種計測機能を使った計測、保存、分析、視覚化、再利用を、わかりやすいグラフィカルユーザインタフェース上で行うことができます。

ハードウェアのセットアップ

画像に示すように回路を構築することから始め、提案されているように波形発生器の出力を接続します。 プローブは必ずグランドに接続してください。プローブはシングルエンドです。

仮想計装

Wavegen 機器（ファンクションジェネレータ機能）を設定して、周波数 20 kHz、振幅 5 V の正弦波を作成します。

次にScope 機器を開き、チャネル 1、2、および 3 を有効にします。チャネル 1 の範囲を 5 mV/div に調整し、チャネル 2 および 3 の範囲を 1 V/div に調整し、タイムベースを 10 µs/div に設定します。 . 「すべての機器を実行」をクリックして、Wavegen 機器と Scope 機器を同時に起動します。

これで、電流と電力を計算できます。 「チャネルの追加」ドロップダウンメニューを使用してオシロスコープに演算チャネルを追加し、タイプとして「カスタム」を選択します。 WaveForms は、電圧測定と同じウィンドウにプロットします。 新しいウィンドウが表示されます。 ここでは、「(C2-C1)*C1/Rs」と入力します。 Rs は検出抵抗の値です。 これは、チャネル 1 で測定された電圧をチャネル 2 の電圧から減算するように演算チャネルに指示し、RC 素子の電圧を求め、システムを流れる電流を乗算します。 単位を「W」に、範囲を 20 mW/div に設定します。

抵抗器の電力の計算は同じスキームに従います。別の演算チャネルを追加し、ダイアログに「(C3-C1)*C1/Rs」と入力します。 それ以外の場合は、以前と同じ設定を使用します。

コンデンサの電力に関心がある場合は、回路の電圧から抵抗とシャントの電圧を引き、その結果に回路の電流を掛けます。 そのために、範囲が 1 mW/div の 3 つ目の演算チャネルを追加します。

チャネルにノイズが含まれている可能性がありますが、複数のサンプルで各信号を平均化できます。 「表示」→「測定」に移動し、「定義された測定」を追加します。 まず、「Math1」→「Vertical」を選択し、「Average」を強調表示します。 [追加] をクリックし、他の 2 つの演算チャネルに対してこれを繰り返します。 最後に、ダイアログを閉じます。

このプロジェクトの完全なガイドは、Digilent リファレンス ページ で入手できます。