Meranie jednosmerného prúdu a šírka pásma
Stačil vám presný senzor na meranie jednosmerného prúdu, no po rozhovore s HIOKI ste si nakoniec objednali AC/DC prúdový senzor so šírkou pásma 10 MHz… Má HIOKI obchodných kúzelníkov, ktorí predajú Eskimákom ľad? Alebo je šírka pásma dôležitá aj pri meraní DC?
Keď sa povie „šírka pásma“ pri meracom prístroji, väčšine ľudí sa ako prvé vybaví definícia šírky pásma osciloskopu. Podľa normy pre digitalizáciu priebehov (IEEE 1057) je elektrická šírka pásma definovaná ako bod, v ktorom amplitúda sínusového vstupného signálu klesne o 3 dB (približne o 30 %) v porovnaní s úrovňou pri nižšej referenčnej frekvencii.
Pozrime sa na frekvenčnú derating krivku AC/DC prúdového senzora HIOKI CT6873 (200 A) so šírkou pásma 10 MHz:
Obr. 1: Frekvenčná derating krivka prúdového senzora HIOKI CT6873
Ak sa maximálny DC vstupný prúd 400 A pri 10 MHz zníži na maximálny vstupný prúd 0,7 A, netreba žiadny titul z matematiky, aby bolo jasné, že ide o pokles výrazne väčší než 30 %. Je to preto, že derating prúdového senzora a jeho šírka pásma spolu nijako nesúvisia.
Ak teda šírka pásma nepopisuje prúd, ktorý je senzor schopný v danom pásme merať – čo vlastne popisuje?
Čo znamená šírka pásma
Šírka pásma vyjadruje rozsah frekvencií, na ktoré je senzor schopný presne reagovať. Pri prúdovom senzore to znamená, ako rýchlo dokáže detegovať a reagovať na zmeny meraného prúdu.
Bežný spôsob, ako vysvetliť vzťah medzi dobou odozvy a šírkou pásma (BW), je pomocou doby nábehu (T_rise), čo je čas potrebný na to, aby signál vzrástol z 10 % na 90 % svojej konečnej hodnoty:
Obr. 2: Definícia doby nábehu
Pozrime sa na ilustráciu doby nábehu prúdového senzora:
Obr. 3: Ilustrácia doby nábehu
Oranžová krivka znázorňuje, ako výstup senzora reaguje v čase na skokovú zmenu vstupu. Vodorovné prerušované čiary označujú 10 % a 90 % konečnej hodnoty výstupu senzora. Tieto úrovne sú kľúčové pre meranie doby nábehu. Doba nábehu je interval medzi okamihom, keď výstup prvýkrát dosiahne 10 % svojej konečnej hodnoty, a okamihom, keď dosiahne 90 %. Na grafe je vyznačená obojstrannou šípkou.
Je dôležité poznamenať, že uvedený vzťah neplatí pre všetky prúdové senzory – vo väčšine prípadov je však správny.
Nasledujúci výňatok z manuálu HIOKI CT6710 / CT6711 popisuje dobu nábehu podľa uvedeného vzťahu:
Obr. 4: Doba nábehu a frekvenčné pásmo – výňatok z manuálu HIOKI CT6710 / CT6711