了解過前面幾期示波器探頭的小伙伴應該已經熟悉了我們在示波器上最常用的附件,或者說是標準附件-無源探頭,以及有源探頭,例如高壓有源差分探頭,高帶寬有源差分探頭。除此之外,示波器探頭還有另外一個大類那就是電流探頭。
我們為什么設計電流探頭?
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其實最直接的原因就是我們有很多場合不僅僅需要測量電壓信號,同時還需要觀測電流信號。例如:我們設計開關電源電路一方面需要關注電壓信號,同時也需要觀測電流信號,再比如,我們如果關注電路的功耗問題,多半也是會關注電流消耗的大小隨時間變化的趨勢和方式等等。這是我們就需要電流探頭的幫助,來探測電路中電流的變化。
電流探頭的基本工作原理:
電流探頭利用霍爾傳感器和感應線圈實現直流和交流電流的測量。電流探頭把電流信號轉換成電壓信號,示波器采集電壓信號,再顯示成電流信號。電流探頭可以測試幾十毫安到幾百安培的電流,使用時需要引出電流線(電流探頭是把導線夾在中間進行測試的,不會影響被測電路)。
電流探頭在測試直流
和低頻交流時的工作原理:
當電流鉗閉合,把一通有電流的導體圍在中心時,響應地會出現一個磁場。這些磁場使霍爾傳感器內的電子發生偏轉,在霍爾傳感器的輸出產生一個電動勢。電流探頭根據這個電動勢產生一個反向(補償)電流送至電流探頭的線圈,使電流鉗中的磁場為零,以防止飽和。電流探頭根據反向電流測得實際的電流值。用這個方法,能夠非常線性的測量大電流,包括交直流混合的電流。
電流探頭在測試高頻時的工作原理:
隨著被測電流頻率的增加,霍爾效應逐漸減弱,當測量一個不含直流成分的高頻交流電流時,大部分是通過磁場的強弱直接感應到電流探頭的線圈。此時,探頭就像一個電流變壓器,電流探頭直接測量的是感應電流,而不是補償電流,功放的輸出為線圈提供一個低阻抗的接地回路。
電流探頭有哪些分類?
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這類探頭最為常見,也使用最為廣泛。特點是:支持頻段寬,從DC 一直覆蓋到幾十M赫茲 甚至上百兆赫茲的帶寬范圍。探測電流幅度范圍廣,從毫安級電流,到安培級,甚至上百安培的電流,一根探頭輕松搞定。是工程師朋友們經常使用的。例如N7026A N2893A等就可以提供高達150M 和100M 赫茲的帶寬,同時電流探測范圍也可以從毫安到30A 的范圍(DC)。
羅氏線圈交流電流探頭:
羅哥夫斯基線圈(Rogowski Coil)又稱羅柯夫斯基線圈、羅氏線圈或空心線圈。羅氏線圈是一種交流電流傳感器,是一個空心環形的線圈,有柔性和硬性兩種,可以直接套在被測量的導體上來測量交流電流。羅氏線圈適用于較寬頻率范圍內的交流電流的測量,對導體、尺寸都無特殊要求,具有較快的瞬間反應能力,廣泛應用在傳統的電流測量裝置如電流互感器無法使用的場合,用于電流測量,尤其是高頻、大電流測量。例如:N7040A這個系列就可以測量高達3000A 的AC 電流。
微弱電流測量的專用探頭:
這類電流探頭專門為微弱電流測量設計,起初是為了幫助消費類產品的功耗測試評估而開發,后來被各種各樣的功耗敏感電路,傳感器電路,和侵入式測量電路使用 (需要斷開電流串接進取樣電阻)這類探頭的設計很有特點,雖然頻率范圍支持不算高大概只有3M赫茲,但是可以提供幾十微安級別的電流分辨率,這一指標給我們測量待機功耗帶來了希望和辦法。因為普通的AC/DC 電流探頭分辨率大都在1mA 以上,而且分辨率越高價位也會隨之變高,令很多工程師望而卻步。除此之外,考慮到客戶在關注電流變化細節的同時,可能需要一段時間的連續測量和對電流消耗過程的觀測,是德科技設計的N2820A 還支持第二通道局部放大功能,即一根探頭,提供兩個觀察通道。一個是普通觀測通道,第二通道提供放大100倍的觀測,專門用來觀測細節。
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原文標題:示波器探頭系列 - 電流探頭基礎
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