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探頭是示波器和測試點(diǎn)之間構成物理連接和電氣連接的設備，探頭實(shí)際上就是一個(gè)傳感器，大多數的探頭都是電壓傳感器，探頭把電壓信號傳輸給示波器輸入，最后我們在示波器上看到信號的樣子。 但有個(gè)別朋友可能不知道，示波器是無(wú)法直接測量電流的，當我們要用示波器測量電流的時(shí)候，就必須用電流傳感器，將電流信號轉換成電壓信號再給示波器輸入，這種傳感器就是電流探頭。我們有時(shí)候會(huì )遇到一些人購買(mǎi)了示波器，收到儀器后，然后詢(xún)問(wèn)如何測量電流的，告知測量電流需要電流探頭對方才恍然大悟。所以，大家首先要知道的一點(diǎn)是，測量電流信號，用示波器自帶的無(wú)源探頭是不可行的，必須使用電流探頭。
也有朋友反映，是否可以采用串聯(lián)一個(gè)精度高、阻值小的取樣電阻，然后通過(guò)測量電阻兩端電壓來(lái)計算電流？這種對于精度要求不高的直流電，還可以考慮其可行性，但電阻采樣由于其存在功率損壞，發(fā)熱，信噪比低，觀(guān)察高頻電流就會(huì )被噪聲淹沒(méi)，而且并不隔離，顯然電流探頭才是最佳選擇。 這里再科普一個(gè)額外的小知識，在選擇電壓探頭的時(shí)候，我們會(huì )考慮電壓探頭加入到被測電路中對被測電路的影響，比如由于共地問(wèn)題造成的短路現象等。但是，由于電流探頭的連接方式并不破壞導體，也不用直接物理接觸被測電路，而是采用感應式的方式測量，因此并不存在類(lèi)似考慮是否要用差分探頭的隔離問(wèn)題，是一種更為安全的測量方式。 第二點(diǎn)要提到的是，并不是所有電流探頭都能同時(shí)測量直流電和交流電。電流探頭可分為AC電流探頭和AC/DC電流探頭。前者只能測量交流電，比如羅氏線(xiàn)圈；后者可以同時(shí)測量直流電與交流電，一般按可測信號頻率還分為低頻交直流電流探頭和高頻交直流電流探頭。
由此可見(jiàn)，交直流電流探頭的選擇還和被測信號的頻率有關(guān)。低頻交直流電流探頭只采用霍爾效應，屬于開(kāi)環(huán)式霍爾電流傳感器，所以線(xiàn)性度差，精度差，對于高頻信號無(wú)能為力。而高頻交直流電流探頭除了霍爾效應外，對高頻信號的捕獲采用了電磁感應原理，除了低頻信號外，對高頻信號也得心應手，并且精度相對更高，因此如果不考慮成本且被測電流大小都在需求范圍內的話(huà)，高頻交直流電流探頭是最優(yōu)解。 對于電流探頭可測電流的大小，電流探頭都會(huì )標注的很明白，那么，如何根據自己被測信號的頻率特征來(lái)選擇自己是否需要高頻電流探頭呢？這里，有些朋友也會(huì )進(jìn)入一些誤區，比如認為2M帶寬的電流探頭，就可以保證2M頻率信號的完整性，但實(shí)際這種想法是錯誤的。我們先來(lái)看下我們測量領(lǐng)域對于帶寬的定義：帶寬定義為幅度與頻率圖上測量系統比參考電平低3dB的點(diǎn)，如下圖所示，圖中表明了-3dB點(diǎn)的響應曲線(xiàn)。
測量系統在額定帶寬上的幅度低3dB，是我們可以預計帶寬極限上的頻率，測量幅度會(huì )有30%的誤差，頻率繼續上升則誤差將會(huì )變得不可預測。也就是說(shuō)，用100M帶寬的示波器和探頭測量頻率為100MHz的幅值其誤差將高達30%，若想將誤差降低在1-2%左右，則被測信號頻率不應超過(guò)20MHz。 所以第三點(diǎn)要提到的是，探頭的帶寬參數并不直接代表可被測信號頻率的范圍大小，我們應至少采用5倍于被測信號頻率的帶寬大小的電流探頭。這里要注意示波器和探頭連接成為一個(gè)系統，示波器的帶寬同樣不可忽視，若探頭的帶寬足夠，示波器的帶寬不足，同樣會(huì )對信號完整性造成影響。
因此判斷自己是否需要用到高頻交直流電流探頭，大致可從以下幾點(diǎn)考慮： 1. 是否有測量和觀(guān)測電流信號變化的實(shí)際需求 2. 測量的電流信號是否包含了直流信號，并且是否自己需要觀(guān)測信號的直流成分 3. 電流探頭帶寬是否至少大于被測電流信號頻率的5倍以上 4. 被測電流大小是否在探頭測量范圍內 這篇文章，我們和大家討論了如何判斷自己的測量項目是否需要高頻交直流電流探頭，下一篇文章，我們將結合用戶(hù)使用高頻交直流電流探頭過(guò)程中遇到的一些常見(jiàn)問(wèn)題，和大家分享一些高頻交直流電流探頭的使用注意事項。 |
