使用示波器测量电流的方法

测量电流是一项简单的任务——您只需将万用表连接到您要测量的电路，仪表就会为您提供一个清晰的值以供使用。有时您无法真正“打开”电路以将万用表与您想要测量的东西串联。这也很简单地解决了——你只需要测量电路中已知电阻上的电压——然后电流就是电压除以电阻。

当您想要测量不断变化的信号时，事情会变得有些复杂。这取决于万用表的刷新率（每秒采样数），而普通人每秒只能理解显示器的这么多变化。如果您的万用表具有 RMS 电压测量值（RMS 电压是交流信号的电压，该电压将传输与该电压的直流电源产生的相同量的功率），则测量交流电会变得更简单一些。这严格限于周期性信号（方波等是绝对不可能的，除非 RMS 测量是“真实的”，即使那样，也不能保证测量的准确性）。大多数万用表也经过低通滤波，可防止交流测量超过几百赫兹。

如何使用示波器测量电流

示波器填补了人类感知与万用表稳定值之间的空白——它显示了一种信号的电压-时间“图表”，与万用表上的一组变化数字相比，它可以更好地可视化变化的信号。

如果设备合适，也可以测量频率高达几千兆赫兹的信号。然而，示波器是一种高阻抗电压测量设备——它不能测量电流。使用示波器测量电流需要将电流转换为电压，这可以通过几种方式完成。

1. 使用分流电阻

这可能是测量电流的最简单方法，将在此处详细讨论。

这里的电流电压转换器是不起眼的电阻器。

基础知识告诉我们，电阻两端的电压与流过它的电流成正比。这可以用欧姆定律来概括：

V = 红外

其中 V 是电阻器两端的电压，I 是通过电阻器的电流，R 是电阻器的电阻，均以各自的单位表示。

这里的技巧是使用一个不影响被测量的整个电路的电阻值，因为分流电阻上的电压降会导致它所在的电路上的电压下降。一般的经验法则是使用一个电阻器，它比被测电路的电阻/阻抗小得多（在良好的起点中小十倍），以防止被测电路中的电流受到分流器的影响。

例如，DC-DC 转换器中的变压器和MOSFET可能具有数十毫欧的总 （DC） 电阻，放置一个大的（例如）1Ω 电阻器会导致大部分电压通过分流器下降（请记住，对于串联电阻，电阻两端的电压降之比是它们的电阻之比），因此功率损耗更大。电阻只是将电流转换为电压进行测量，因此电源没有任何用处。同时，一个小电阻 （1mΩ） 只会在其两端下降一个很小的（但可测量的）电压，剩下的电压可以做有用的工作。

现在，已经选择了一个电阻值，您可以将探头接地连接到电路接地，并将探头尖端连接到分流电阻，如下图所示。

您可以在这里使用一些巧妙的技巧。

假设您的分流器的电阻为 100mΩ，那么 1A 的电流将导致 100mV 的电压降，从而为我们提供每安培 100mV 的“灵敏度”。如果你小心的话，这应该不会造成任何问题，但很多时候 100mV 是从字面上理解的——换句话说，与 100mA 混淆了。

这个问题可以通过将输入设置设置为 100X 来解决——探头已经衰减了 10X，因此在信号中再增加 10X 会使信号恢复到每安培 1V，即输入“乘以”10。大多数示波器都带有能够选择输入衰减的这一特性。但是，可能存在仅支持 1X 和 10X 的范围。

另一个有用的小功能是能够设置屏幕上显示的垂直单位——V 可以更改为 A、W 和 U 等。

当您无法放置分流器低端时，事情会变得复杂。示波器接地直接连接到接地，因此假设您的电源也接地，将探头接地夹连接到电路中的任何随机点都会将该点短路到接地。

这可以通过执行一种称为差分测量的方法来防止。

大多数示波器具有数学功能，可用于对显示的波形执行数学运算。请注意，这不会以任何方式改变实际信号！

我们将在这里使用的函数是减法函数，它显示两个选定波形的差异。

由于电压只是两点之间的电位差，因此我们可以将一个探头连接到每个点，并将接地夹连接到电路接地，如图所示。

通过显示两个信号之间的差异，我们可以确定电流。

上面使用的相同“衰减”技巧也适用于此，只需记住更改两个通道。

使用分流电阻的缺点：

使用分流电阻器有一些缺点。首先是容差，可能差到 5%。这是必须以一定的困难来解释的事情。

二是温度系数。电阻器的电阻随着温度的升高而增加，这导致给定电流的电压降更大。这对于高电流分流电阻器尤其不利。

2. 使用电流探头

市场上有现成的电流探头（称为“电流钳”；它们夹在电线上而不中断电路），但由于成本过高，您不会看到很多爱好者使用它们。

这些探头使用两种方法之一。

第一种方法是使用绕在半圆形铁氧体磁芯上的线圈。导线中的电流，探头被夹在周围，在铁氧体中产生磁场。这又在线圈中感应出电压。电压与电流的变化率成正比。积分器“积分”波形并产生与电流成比例的输出。输出比例通常在每安培 1mV 和 1V 之间。

第二种方法使用夹在两个铁氧体半圆之间的霍尔传感器。霍尔传感器产生与电流成比例的电压。

3.一种快速而肮脏的方法

此方法不需要除范围和探针之外的其他组件。

这种方法很像使用电流探头。将探头地线绕在承载待测电流的导线上，然后将接地夹连接到探头尖端。

产生的电压再次与电流的变化率成正比，您需要对波形执行一些数学运算（即积分；大多数示波器在“数学”菜单下都有这个），以便将其解释为电流。

从电气上讲，短路的探头基本上形成了一个有点像电流互感器的线环，如图所示。

结论

有几种方法可以使用示波器测量变化的电流波形。最简单的一种是使用电流分流器并测量其两端的电压。