示波器的电流探头是怎么测量直流电流大小的？

测量直流电流大小的示波器电流探头有两种方法，具体是怎么做的呢？

电流探头测直流电流有两种方式，第一种是直接使用电流探头。市面上有多种电流探头，可以测试直流和交流电流。如果要提高测量精度，可以在电流探头的孔中多绕几圈电线来测试流过的电流。

另一种方法是将电流转换成电压。在被测试的电路中，需要安放一个较大精度的电阻，并使用差分探头测量电阻两端的电压，随后将其转换为电流来进行测量。

接下来我们将详细介绍如何使用示波器和电流探头来测量电流的技巧，并提升测量精确度。

在设计移动电话和其他电池供电设备时，工程师通常需要进行更精准的电流测量，以确保设备的电流消耗在可接受范围内。电流测量过程繁琐，因为需要中断电路并将测量仪器串联进电路中。使用钳状电流探头和示波器可以轻松实现电流测量，而无需破坏电路。但是对于毫安级或更小的电流，测量的难度大大增加。

在今天的介绍中，我们将分享一些非常实用的测量技巧，这些技巧可以帮助您在示波器噪声较高的环境下精准测量电流。

示波器的噪声影响很重要

随着电流电平的降低，示波器本身的噪声成为一个实际问题。所有示波器都有一个额外的特性-垂直噪声。当测量低电平信号时，测量系统的噪声可能会导致实际信号测量的准确性下降。由于示波器是一种宽带测量仪器，示波器的带宽越宽，垂直噪声就越高。

因此，在进行测量之前，需要仔细测试示波器的噪声特性。当采用最敏感的V/格设置时，500MHz带宽示波器的噪声一般约为2mV峰峰值。在进行低电平测量时要注意，示波器上的采集存储器可能会影响背景噪声。在带宽和其他条件相同的情况下，采集存储器越深，噪声就越大。

在另一方面，现代的交流/直流电流探头（例如KeysightN2783B100MHz电流探头）能够准确测量5mA的交流或直流电流，其测量精度约为3%。该电流探头的设计采用每安培电流输入，产生0.1V的电压输出。简而言之，当测量低于20mA的电流时，示波器本身的2mVpp噪声可能是主要的噪声来源。

那么，您要如何最大程度地减少示波器自身的噪声呢？对于现代的数字示波器而言，有很多可选的方法：

1.宽带限制滤波器

大部分数字示波器都配备了带宽限制滤波器。这些滤波器可以消除输入波形中多余的噪声，并减小噪声的带宽，从而提高了垂直分辨率。带宽限制滤波器可以通过硬件或软件实现。您可以根据需要来选择启用或禁用大多数的带宽限制滤波器。

2.高分辨率采集模式

大部分数字示波器在普通采集模式下有8位的垂直分辨率。一些示波器在高分辨率模式下能提供更高的垂直分辨率，通常可达12位，在此模式下垂直噪声降低，垂直分辨率提高。一般来说，在使用较慢的时间/格设置时，在屏幕上捕获到的数据点会很多，这时高分辨率模式的影响会很大。由于高分辨率模式下的采集会对单个触发点相邻的数据点进行平均，因此采样率和示波器的带宽会降低。

3.平均模式

如果您正在处理周期性或者直流信号，可以使用均值模式来去除示波器的垂直噪声。均值模式会对波形进行多次采样，并生成运行均值以减少随机噪声。相比于高分辨率模式，均值模式不会降低信号的采样率和带宽。不过，均值模式处理的速度较慢，因为它需要进行多次采集并计算波形的平均值，才能在屏幕上展示轨迹。而选择更多的均值时，可以显著提高去噪效果。

图 . 有很多方法可以降低示波器的固有垂直噪声。

提高电流探头测量精度和灵敏度

现在你已经了解了如何利用任何一种技术来降低示波器的垂直噪声，现在让我们再来看看如何提高电流探头的精确度和灵敏度。市场上有很多种电流探头可供选择。其中一种使用起来最方便、性能最出色的是钳式交流/直流电流探头，您可以使用它夹住电流导体来测量交流或直流电流。

图 . 通过消磁和直流偏置可以提高电流探头的精度

图 . 通过在探头上缠绕多圈被测导体可以提高探头的灵敏度

使用此类电流探头有两个很有用的技巧：

1. 消除磁性

为了准确测量低电平电流，需要对磁芯进行去磁，消除残余磁性。就像消除CRT显示器的多余磁场可以改善画质一样，对电流探头进行去磁或消磁可以消除任何剩余磁性。如果在探头核心被磁化的情况下进行测量，就会产生与剩余磁性成正比的偏置电压，造成测量误差。因此，在接通/断开探头的电源开关或对其输入过量电流时，去除探头磁芯的磁性非常重要。执行探头去磁/消磁时，可以将探头与所有导体断开并固定探头，然后按下探头的DEMAG（或DEGAUSS）按钮。

另外，您还可以利用探头上的调零控制按钮来校准探头的额外电压偏置或温度漂移。

2. 提高示波器探头灵敏度

电流探头的功能是测量通过夹持器的电流所产生的磁场。它会按照输入电流的比例生成电压输出。如果您想测量直流信号或低频交流信号的小幅度变化，可以通过在探头上绕绕多匝被测导体来提高测量的灵敏度。这样，信号的强度将相应地增加与被测导体在探头上绕匝数的倍数。比如，如果一个导体在探头上绕了5圈，示波器显示的读数为25mA，那么实际的电流就是25mA除以5，即5mA。以此例为据，您可以将电流探头的灵敏度提高5倍。

使用钳式电流探头和示波器可以简便地测量电流，而且无需破坏电路。但是，当示波器的宽频噪声影响测量结果时，示波器的垂直噪声可能会干扰精确的低电平电流测量。通过本文介绍的一些测量技巧，您可以消除示波器的随机噪声和电流探头的多余磁性或直流偏置，从而显著提高测量精度。

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