示波器探头系列 - 电流探头基础

       

了解过前面几期示波器探头的小伙伴应该已经熟悉了我们在示波器上最常用的附件，或者说是标准附件-无源探头，以及有源探头，例如高压有源差分探头，高带宽有源差分探头。除此之外，示波器探头还有另外一个大类那就是电流探头。

 

   

我们为什么设计电流探头？

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其实最直接的原因就是我们有很多场合不仅仅需要测量电压信号，同时还需要观测电流信号。例如：我们设计开关电源电路一方面需要关注电压信号，同时也需要观测电流信号，再比如，我们如果关注电路的功耗问题，多半也是会关注电流消耗的大小随时间变化的趋势和方式等等。这是我们就需要电流探头的帮助，来探测电路中电流的变化。

 

电流探头的基本工作原理：

     

电流探头利用霍尔传感器和感应线圈实现直流和交流电流的测量。电流探头把电流信号转换成电压信号，示波器采集电压信号，再显示成电流信号。 电流探头可以测试几十毫安到几百安培的电流，使用时需要引出电流线（电流探头是把导线夹在中间进行测试的，不会影响被测电路）。

 

电流探头在测试直流

和低频交流时的工作原理：

     

当电流钳闭合，把一通有电流的导体围在中心时，响应地会出现一个磁场。这些磁场使霍尔传感器内的电子发生偏转，在霍尔传感器的输出产生一个电动势。电流探头根据这个电动势产生一个反向（补偿）电流送至电流探头的线圈，使电流钳中的磁场为零，以防止饱和。电流探头根据反向电流测得实际的电流值。用这个方法，能够非常线性的测量大电流，包括交直流混合的电流。

 

电流探头在测试高频时的工作原理：

     

随着被测电流频率的增加，霍尔效应逐渐减弱，当测量一个不含直流成分的高频交流电流时，大部分是通过磁场的强弱直接感应到电流探头的线圈。此时，探头就像一个电流变压器，电流探头直接测量的是感应电流，而不是补偿电流，功放的输出为线圈提供一个低阻抗的接地回路。

 

 

   

电流探头有哪些分类？

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AC/DC 交直流电流探头：

     

这类探头最为常见，也使用最为广泛。特点是：支持频段宽，从DC 一直覆盖到几十M赫兹 甚至上百兆赫兹的带宽范围。探测电流幅度范围广，从毫安级电流，到安培级，甚至上百安培的电流，一根探头轻松搞定。是工程师朋友们经常使用的。例如N7026A N2893A等就可以提供高达150M 和100M 赫兹的带宽，同时电流探测范围也可以从毫安到30A 的范围（DC）。

 

罗氏线圈交流电流探头：

     

罗哥夫斯基线圈（Rogowski Coil）又称罗柯夫斯基线圈、罗氏线圈或空心线圈。罗氏线圈是一种交流电流传感器，是一个空心环形的线圈，有柔性和硬性两种，可以直接套在被测量的导体上来测量交流电流。罗氏线圈适用于较宽频率范围内的交流电流的测量，对导体、尺寸都无特殊要求，具有较快的瞬间反应能力，广泛应用在传统的电流测量装置如电流互感器无法使用的场合，用于电流测量，尤其是高频、大电流测量。例如：N7040A这个系列就可以测量高达3000A 的AC 电流。

 

 

微弱电流测量的专用探头：

     

这类电流探头专门为微弱电流测量设计，起初是为了帮助消费类产品的功耗测试评估而开发，后来被各种各样的功耗敏感电路，传感器电路，和侵入式测量电路使用 （需要断开电流串接进取样电阻）这类探头的设计很有特点，虽然频率范围支持不算高大概只有3M赫兹，但是可以提供几十微安级别的电流分辨率，这一指标给我们测量待机功耗带来了希望和办法。因为普通的AC/DC 电流探头分辨率大都在1mA 以上，而且分辨率越高价位也会随之变高，令很多工程师望而却步。除此之外，考虑到客户在关注电流变化细节的同时，可能需要一段时间的连续测量和对电流消耗过程的观测，是德科技设计的N2820A 还支持第二通道局部放大功能，即一根探头，提供两个观察通道。一个是普通观测通道，第二通道提供放大100倍的观测，专门用来观测细节。

 

       

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关于是德科技

 

是德科技（NYSE：KEYS）启迪并赋能创新者，助力他们将改变世界的技术带入生活。作为一家标准普尔 500 指数公司，我们提供先进的设计、仿真和测试解决方案，旨在帮助工程师在整个产品生命周期中更快地完成开发和部署，同时控制好风险。我们的客户遍及全球通信、工业自动化、航空航天与国防、汽车、半导体和通用电子等市场。我们与客户携手，加速创新，创造一个安全互联的世界。了解更多信息，请访问是德科技官网 www.keysight.com.cn。

 

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原文标题：示波器探头系列 - 电流探头基础

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