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是德电流探头基础知识

2023-10-11 09:00:00

       我们在示波器上常用的附件,或者说是标准附件有: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

一、我们为什么设计电流探头?

       其实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


(1)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)。

(2)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


(3)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。

二、电流探头有哪些分类?

(1)AC/DC 交直流电流探头:

        这类探头较为常见,也使用较为广泛。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)。

(2)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。

电流探头

(3)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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