示波器探頭的主要作用是把被測的電壓信號從測量點引入示波器進行測量。理想狀況下，示波器的探頭應(yīng)該對被測的信號沒有任何影響，但現(xiàn)實卻是它長長的連線不可避免地有著雜散電感、電容、以及電阻。因此，無論如何，它們都會影響到示波器對待測信號的解讀，尤其在非常高的頻率的時候。

探頭有多種，最常用的是多數(shù)示波器自帶的無源（Passive）衰減探頭，它內(nèi)部有著大的電阻并聯(lián)一個很小的電容，以幫助減小探頭的長電纜給待測電路帶來的負載效應(yīng)。這個內(nèi)部的高電阻同示波器輸入端的電阻串聯(lián)，對輸入信號構(gòu)成了分壓。 

多數(shù)的示波器探頭的內(nèi)部阻抗為9MΩ的電阻，它同示波器輸入端的標準的1MΩ的輸入電阻相連接，構(gòu)成了1/10的分壓，這種探頭被稱為10X衰減探頭。很多探頭都有一個開關(guān)，可以切換是10:1衰減（10X）還是不做衰減（1X）.

電流探頭

示波器電流探頭，顧名思義，使用這種探頭時示波器上顯示的是導(dǎo)體中的電流而不是其上的電壓。在這種探頭的頭上裝有一個電流感應(yīng)變壓器，使用時只要把探頭卡到電纜導(dǎo)線上而無需切斷電路，探頭獲得的信號首先變換成電壓，再經(jīng)過比例變換后送到示波器的端，這時示波器顯示的單位為A/格或mA/格。探頭的頻率范圍可達70MHz以上。

使用電流探頭以后，具有數(shù)學處理能力的示波器就可以通過將電壓波形和電流波形相乘來進行功率的測量。還可以同時進行AC/DC測量，不用切斷電路。負載很小。

在半導(dǎo)體上通以電流并把它放在磁場中，如果磁場與電流的方向相垂直，則在磁場的作用下，載流子（電子或空穴）的運動方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這樣，在垂直于電流和磁場的方向上就會形成電荷積累，出現(xiàn)電勢差。這一現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)。利用霍耳效應(yīng)可以制成霍耳器件，還可以測量半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度和遷移率。

電流探頭可以提供更清晰的電流波形圖。它們消除了測量的不確定性和對復(fù)雜計算的需要，使測量、記錄和共享變得容易。根據(jù)其規(guī)格，電流探頭可以測量從非常低到非常高的任何電流。

示波器探頭分類

電流探頭原理

電流探頭是一種電測儀器，用于測量電路中的電流大小。它們往往很大，而且?guī)捰邢蓿?00 MHz）。它的原理是利用法拉第電磁感應(yīng)定律，即當磁通量變化時會在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而測量電路中的電流值。

流經(jīng)導(dǎo)線的電流會在導(dǎo)線周圍形成電磁通量場， 而示波器電流探頭測量電子在導(dǎo)線內(nèi)運動時生成的磁場，通過檢測磁場的變化，把磁場轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號，通過和實時示波器配合，得到對應(yīng)的電流波形。

示波器電流探頭在測試直流和低頻交流時，利用霍爾器件來檢測并利用霍爾效應(yīng)來測量交直流混合的電流，隨著被測電流信號的頻率越來越高，霍爾效應(yīng)會逐漸減弱，測量高頻的交流電流時，利用電流變壓器感應(yīng)交流電流。

霍爾器件檢測低頻成分，電流變壓器線圈檢測高頻成分，兩者合二為一，滿足不同的應(yīng)用場合。AC/DC電流探頭是利用霍爾器件來感應(yīng)直流電流和利用電流變壓器線圈感應(yīng)交流電流，從而完成AC和DC電流的探測。

利用示波器測電流需要用到電流探頭，常用的電流探頭是利用霍爾效應(yīng)測磁場，通過測量電路周圍磁場的變化來得到電流信號。

示波器電流探頭圖片

總之，電流探頭的原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律和電磁感應(yīng)現(xiàn)象，利用磁場和電格子之間的互動關(guān)系產(chǎn)生電壓信號，從而測量電路中的電流大小。在實際使用中，需要注意的是保證測量的精度、信號的干擾和信號失真等問題。

什么是霍爾效應(yīng)？

霍爾效應(yīng)是電磁效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是由美國物理學家霍爾在1879年在研究金屬的導(dǎo)電機制時發(fā)現(xiàn)的，當電流垂直于外磁場通過半導(dǎo)體時，載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，垂直于電流和磁場的方向會產(chǎn)生一附加電場，從而在半導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢差，這個現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，就像一條路， 本來大家是均勻的分布在路面上并往前移動，當有磁場時， 大家可能會被推到靠路的右邊行走，因此在路(導(dǎo)體)的兩側(cè)，就會產(chǎn)生電壓差，叫“霍爾效應(yīng)”。

誰需要電流探頭?

主要客戶是研發(fā)、維修、服務(wù)和工程師/技術(shù)人員。 需要的應(yīng)用包括電源設(shè)計和測試、電流消耗分析和充電系統(tǒng)。

電流探頭的主要應(yīng)用

功率器件測試和表征
開關(guān)電源設(shè)計和測試
電流損耗分析
高壓測試
電池充電系統(tǒng)
沖擊電流測試
新能源/混動 模塊電流測試
物聯(lián)網(wǎng)模塊電流損耗 (N2820A/21A)

兩種測量直流電流方法

第一種是直接用電流探頭的方法。

是德科技提供多種電流探頭，既可以測試直流，也可以測試交流。如果要測量的精度比較高，可以在電流探頭的孔中多放幾圈流過電流的電線。還有一種是將電流轉(zhuǎn)換為電壓。需要在被測回路中安置一個較大的高精度電阻，用差分探頭測量電阻兩端的電壓，再轉(zhuǎn)換為電流進行測量。

下面我們具體介紹一下使用示波器和電流探頭測量電流的技巧，并提高測量精度。

工程師在設(shè)計移動電話和其他電池供電的設(shè)備時通常都需要進行更靈敏的電流測量，以確保設(shè)備的電流消耗在可接受的范圍之內(nèi)。電流的測量過程非常麻煩，因為您不得不中斷電路并將測量儀器與電路串聯(lián)起來。使用鉗式電流探頭和示波器可以輕松實施電流測量，并且不必破壞電路。但是對于毫安級或更小的電流，其測量難度大大增加。
今天我們將介紹了幾個非常實用的測量技巧，可以幫助您在示波器噪聲較高的應(yīng)用環(huán)境中精確測量電流。

示波器的噪聲影響很重要

隨著電流電平的下降，示波器本身具有的噪聲將變成一個現(xiàn)實問題。所有示波器都有一個多余的特征 — 垂直噪聲。當您測量低電平信號時，測量系統(tǒng)的噪聲可能會導(dǎo)致實際信號測量的精度下降。由于示波器是一種寬帶測量儀器，所以示波器的帶寬越寬，垂直噪聲就越高。因此在測量之前，您需要仔細測試示波器的噪聲特征。500 MHz 帶寬示波器采用最靈敏的 V/ 格 設(shè)置時，其本底噪聲一般約為 2 mV 峰峰值。在進行低電平測量時，需要注意示波器上的采集存儲器可能會影響本底噪聲。在帶寬和其他條件都相同的情況下，采集存儲器越深，則噪聲就越大。另一方面，現(xiàn)代交流 /直流電流探頭 ( 如 Keysight N2783B 100 MHz 電流探頭 ) 能夠測量 5 mA 的交流或直流電流，測量精度大約為 3%。這種電流探頭的設(shè)計采用每安培電流輸入，電壓輸出 0.1 V。換句話說，在測量 20 mA 以下的電流時，示波器自身的 2 mVpp 噪聲可能是最主要的噪聲來源。

那么，您如何才能最大程度地減少示波器的固有噪聲呢？

對于現(xiàn)代的數(shù)字示波器來說，可以選擇的方法有很多：

1) 帶寬限制濾波器
大多數(shù)數(shù)字示波器均提供帶寬限制濾波器，這些濾波器能夠濾除輸入波形中的多余噪聲并降低噪聲帶寬，從而可以提高垂直分辨率。帶寬限制濾波器可以采用硬件實現(xiàn)，也可以采用軟件來實現(xiàn)。大多數(shù)帶寬限制濾波器都能根據(jù)您的需要來啟用或禁用。

2) 高分辨率采集模式
大多數(shù)數(shù)字示波器在正常采集模式下可以提供 8 位的垂直分辨率。某些示波器在高分辨率模式下能夠提供更高的垂直分辨率，通常可達 12 位，該模式可以降低垂直噪聲，提高垂直分辨率。通常，在應(yīng)用了較慢的時間 / 格設(shè)置時，在屏幕上捕獲到的數(shù)據(jù)點非常多，此時高分辨率模式具有很大的影響。由于高分辨率模式下的采集將對單個觸發(fā)點相鄰的數(shù)據(jù)點取平均值，所以會降低采樣率和示波器的帶寬。

3) 平均模式
如果信號是周期性的或是直流信號，您可以使用平均模式來降低示波器的垂直噪聲。平均模式會多次采集周期性波形，并生成運行平均值以降低隨機噪聲。高分辨率模式會降低信號的采樣率和帶寬，而正常平均模式卻不會。不過，平均模式會減緩波形更新速率，因為它要進行多次采集來計算波形的平均值，然后才能在屏幕上畫出軌跡。當您選擇大量平均值時，降噪效果比以上任何一種方法都要明顯。

圖 1. 有很多方法可以降低示波器的固有垂直噪聲。

如何提高電流探頭測量精度和靈敏度？- 電流探頭使用方法

現(xiàn)在您已了解如何使用以上任何一種技術(shù)來降低示波器的垂直噪聲，讓我們再來看一下如何提高電流探頭的精度和靈敏度。市場上的電流探頭有很多種。其中使用最方便、性能最出色的一種是鉗式交流 / 直流電流探頭，您可以用它夾住載流導(dǎo)體來測量交流或直流電流。Keysight N2780A 系列或 1147B 電流探頭就是這種探頭的典型代表。

通過消磁和直流偏置可以提高電流探頭的精度

通過在探頭上纏繞多圈被測導(dǎo)體可以提高探頭的靈敏度

使用電流探頭的技巧

1. 消除磁性 ( 去磁 / 消磁 )和直流偏置

要確保精確地測量低電平電流，您需要對磁芯進行去磁以消除殘余磁性。就像消除 CRT 顯示器的多余磁場可以改善畫質(zhì)一樣，您可以通過對電流探頭進行消磁或去磁來消除任何剩余磁性。如果在探頭核心被磁化的情況下進行測量，那么就會產(chǎn)生和剩余磁性成正比的偏置電壓，從而誘發(fā)測量誤差。無論您何時要接通 / 斷開探頭的電源開關(guān)或者對其輸入過量電流時，去除探頭磁核的磁性都非常重要。為執(zhí)行探頭去磁 / 消磁，可以將探頭與所有導(dǎo)體斷開，并確定探頭閉鎖，然后按下探頭 DEMAG( 或 DEGAUSS) 按鈕。

此外，您還可使用探頭上的調(diào)零控制按鈕來校正探頭的多余電壓偏置或溫度漂移。

2. 提高示波器探頭靈敏度

電流探頭可以測量流經(jīng)探頭鉗口的電流所生成的磁場。它會生成與輸入電流成正比的電壓輸出。如果您正在測量直流信號或小幅度的低頻交流信號，可以通過在探頭上纏繞多匝被測導(dǎo)體來提高測量靈敏度。此時信號的強度將按照被測導(dǎo)體在探頭上纏繞的匝數(shù)倍增。例如，如果一個導(dǎo)體在探頭上纏繞了 5 圈，而示波器顯示的讀數(shù)為 25 mA，那么實際的電流就是 25 mA 除以 5，即 5 mA。在本例中，您可以將電流探頭的靈敏度提高 5 倍。

使用鉗式電流探頭和示波器可以非常簡便地測量電流，并且不必破壞電路。不過，當您在測量結(jié)果中引入示波器的寬帶噪聲時，示波器的垂直噪聲可能會妨礙您進行精確的低電平電流測量。通過本文中介紹的一個或多個測量技巧，您可以消除示波器的隨機噪聲，以及電流探頭的多余磁性或直流偏置，從而顯著提高您的測量精度。