12,2 тыс подписчиков

Работа с цифровым осциллографом

10 октября 202310 окт 2023

187

4 мин

Оглавление

Как устроен импульсный трансформатор
Колебательный контур из курса физики

Всем привет!

Сегодня я продолжу серию статей по использованию цифрового осциллографа ОСА103. Из статьи вы узнаете, как работает прибор по проверке импульсных трансформаторов. В конце статьи я расскажу как легко поймать на экране осциллографа короткий импульс в исследуемой схеме.

Как устроен импульсный трансформатор

Сигнал мы возьмем не с генератора - это было бы неинтересно. Работать мы будем с прибором для оценки добротности импульсных трансформаторов. Как работает этот прибор? Обратимся к теории. Известно что импульсный трансформатор представляет собой катушку с множеством витков лакированного провода. Катушка вставлена в сердечник из ферромагнитных материалов.

В процессе работы блока питания ключевой транзистор открывается и закрывается под воздействием управляющих импульсов. На трансформатор подаются прямоугольные импульсы с частотой следования заданной управляющим сигналом. Фактически элементы накопительный конденсатор и трансформатор можно рассматривать как колебательный контур.

Колебательный контур из курса физики

При объяснении физических явлений используют идеальные модели элементов. Воспользуемся и мы этим подходом, чтобы понять как происходят колебания в контуре. В идеальном контуре отсутствуют потери энергии, так как в нем нет активного сопротивления (r=0 ) , а есть только реактивные сопротивления Хс и XL.

В идеальных условиях происходил бы обмен энергией только между индуктивностью и емкостью, а следовательно колебания являлись бы незатухающими.

У незатухающих колебаний амплитуда остается неизменной. В реальности любой колебательный контур имеет активное сопротивление r (рисунок выше). Оно сосредоточено в катушке, соединительных проводах и в меньшей степени в конденсаторе.

Все потери в контуре растут с увеличением частоты, чем выше частота тем больше потери. При этом потери энергии токов ВЧ расходуются на:

нагрев провода вследствие скин эффекта. Скин эффект или поверхностный эффект приводит к тому что ток ВЧ проходит только по тонкому слою на поверхности провода. При сопротивление провода увеличивается вследствие уменьшения сечения провода.
нагрев твердых диэлектриков и на токи утечки
нагрев ферромагнитных сердечников вследствие вихревых токов фуко и магнитного гистерезиса
на вихревые токи в металлических предметах рядом с контуром, а также излучение контуром электромагнитных волн и на переход энергии в связанные цепи.

Таким образом суммарные потери в контуре приводят к затуханию возбужденных в нем колебаний, их амплитуда постепенно уменьшается и без подвода энергии восполняющей потери, колебания постепенно уменьшатся до нуля.

Затухание колебаний (уменьшение амплитуды) тем больше, чем выше активное сопротивление. При этом частота почти не меняется до момента, пока потери не становятся настолько велики, что колебания совсем не возникают.

В качестве реальной схемы иллюстрирующей важность описанных выше принципов я взял CCFL инвертор из промышленного ЖК монитора.

При определенных условиях, а именно деградации емкостей конденсаторов, падает амплитуда колебаний на рабочих обмотках трансформатора, а следовательно и на выходе уменьшается напряжение. Как следствие падает яркость ламп подсветки.

Импульсные трансформаторы БП АТХ, мониторов, телевизоров, и прочей бытовухи, а также маломощного промышленного оборудования содержат в себе несколько обмоток, намотанных тонким проводом. Точнее первичка у понижающих трансформаторов намотана тонким проводом, у вторички сечение провода больше.

Добротность Q это величина обратная затуханию. Она характеризует качество контура, Q= 2*pi*f0*L / r . Чем выше добротность, тем меньше затухание и выше качество контура или импульсного трансформатора.

У импульсных трансформаторов, применяемых в БП, инверторах и ЖК инверторах добротность должна быть высокая. Снижение ее как правило возникает при пробое в трансформаторе, т.е. межвитковом замыкании.

Более высокое затухание. Неисправный трансформатор

Прибор, анализатор добротности, посылает к своим щупам прямоугольный импульс и замеряет количество вернувшихся обратно импульсов с уменьшенной амплитудой. Дело в том, что энергия в катушке с высокой добротностью не может уменьшиться до нулевого значения мгновенно. Поэтому то и импульсов вернется обратно больше чем один.

При проверке рабочего трансформатора от БП АТХ я посчитал количество импульсов. Их оказалось 32, замерял правда на аналоговом осциллографе, очень малые я тоже считал. К Осе 103 емкостной щуп надо, подсаживает сигнал.