我們?cè)?a href='http://www.yaozei.cn/' target='_blank' class='key_tag'>示波器上常用的附件,或者說是標(biāo)準(zhǔn)附件有:無(wú)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(gè)大類那就是電流探頭。
一、我們?yōu)槭裁丛O(shè)計(jì)電流探頭?
其實(shí)直接的原因就是我們有很多場(chǎng)合不僅僅需要測(cè)量電壓信號(hào),同時(shí)還需要觀測(cè)電流信號(hào)。例如:我們?cè)O(shè)計(jì)開關(guān)電源電路一方面需要關(guān)注電壓信號(hào),同時(shí)也需要觀測(cè)電流信號(hào),再比如,我們?nèi)绻P(guān)注電路的功耗問題,多半也是會(huì)關(guān)注電流消耗的大小隨時(shí)間變化的趨勢(shì)和方式等等。這是我們就需要電流探頭的幫助,來(lái)探測(cè)電路中電流的變化。
(1)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(yīng)線圈實(shí)現(xiàn)直流和交流電流的測(cè)量。電流探頭把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào),示波器采集電壓信號(hào),再顯示成電流信號(hào)。 電流探頭可以測(cè)試幾十毫安到幾百安培的電流,使用時(shí)需要引出電流線(電流探頭是把導(dǎo)線夾在中間進(jìn)行測(cè)試的,不會(huì)影響被測(cè)電路)。
(2)電流探頭在測(cè)試直流和低頻交流時(shí)的工作原理:
當(dāng)電流鉗閉合,把一通有電流的導(dǎo)體圍在中心時(shí),響應(yīng)地會(huì)出現(xiàn)一個(gè)磁場(chǎng)。這些磁場(chǎng)使霍爾傳感器內(nèi)的電子發(fā)生偏轉(zhuǎn),在霍爾傳感器的輸出產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)。電流探頭根據(jù)這個(gè)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生一個(gè)反向(補(bǔ)償)電流送至電流探頭的線圈,使電流鉗中的磁場(chǎng)為零,以防止飽和。電流探頭根據(jù)反向電流測(cè)得實(shí)際的電流值。用這個(gè)方法,能夠非常線性的測(cè)量大電流,包括交直流混合的電流。
(3)電流探頭在測(cè)試高頻時(shí)的工作原理:
隨著被測(cè)電流頻率的增加,霍爾效應(yīng)逐漸減弱,當(dāng)測(cè)量一個(gè)不含直流成分的高頻交流電流時(shí),大部分是通過磁場(chǎng)的強(qiáng)弱直接感應(yīng)到電流探頭的線圈。此時(shí),探頭就像一個(gè)電流變壓器,電流探頭直接測(cè)量的是感應(yīng)電流,而不是補(bǔ)償電流,功放的輸出為線圈提供一個(gè)低阻抗的接地回路。
二、電流探頭有哪些分類?
(1)AC/DC 交直流電流探頭:
這類探頭較為常見,也使用較為廣泛。特點(diǎn)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(cè)電流幅度范圍廣,從毫安級(jí)電流,到安培級(jí),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(jīng)常使用的。例如N7026A N2893A等就可以提供高達(dá)150M 和100M 赫茲的帶寬,同時(shí)電流探測(cè)范圍也可以從毫安到30A 的范圍(DC)。
(2)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(gè)空心環(huán)形的線圈,有柔性和硬性兩種,可以直接套在被測(cè)量的導(dǎo)體上來(lái)測(cè)量交流電流。羅氏線圈適用于較寬頻率范圍內(nèi)的交流電流的測(cè)量,對(duì)導(dǎo)體、尺寸都無(wú)特殊要求,具有較快的瞬間反應(yīng)能力,廣泛應(yīng)用在傳統(tǒng)的電流測(cè)量裝置如電流互感器無(wú)法使用的場(chǎng)合,用于電流測(cè)量,尤其是高頻、大電流測(cè)量。例如:N7040A這個(gè)系列就可以測(cè)量高達(dá)3000A 的AC 電流。
(3)微弱電流測(cè)量的專用探頭:
這類電流探頭專門為微弱電流測(cè)量設(shè)計(jì),起初是為了幫助消費(fèi)類產(chǎn)品的功耗測(cè)試評(píng)估而開發(fā),后來(lái)被各種各樣的功耗敏感電路,傳感器電路,和侵入式測(cè)量電路使用 (需要斷開電流串接進(jìn)取樣電阻)這類探頭的設(shè)計(jì)很有特點(diǎn),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(jí)別的電流分辨率,這一指標(biāo)給我們測(cè)量待機(jī)功耗帶來(lái)了希望和辦法。因?yàn)槠胀ǖ腁C/DC 電流探頭分辨率大都在1mA 以上,而且分辨率越高價(jià)位也會(huì)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(guān)注電流變化細(xì)節(jié)的同時(shí),可能需要一段時(shí)間的連續(xù)測(cè)量和對(duì)電流消耗過程的觀測(cè),是德科技設(shè)計(jì)的N2820A 還支持第二通道局部放大功能,即一根探頭,提供兩個(gè)觀察通道。一個(gè)是普通觀測(cè)通道,第二通道提供放大100倍的觀測(cè),專門用來(lái)觀測(cè)細(xì)節(jié)。