原创 如何判断测试项目是否需要高频交直流电流探头

2022-12-5 14:40 400 0 分类: 测试测量 文集: 示波器

探头是示波器和测试点之间构成物理连接和电气连接的设备,探头实际上就是一个传感器,大多数的探头都是电压传感器,探头把电压信号传输给示波器输入,最后我们在示波器上看到信号的样子。

但有个别朋友可能不知道,示波器是无法直接测量电流的,当我们要用示波器测量电流的时候,就必须用电流传感器,将电流信号转换成电压信号再给示波器输入,这种传感器就是电流探头。我们有时候会遇到一些人购买了示波器,收到仪器后,然后询问如何测量电流的,告知测量电流需要电流探头对方才恍然大悟。所以,大家首先要知道的一点是,测量电流信号,用示波器自带的无源探头是不可行的,必须使用电流探头。

也有朋友反映,是否可以采用串联一个精度高、阻值小的取样电阻,然后通过测量电阻两端电压来计算电流?这种对于精度要求不高的直流电,还可以考虑其可行性,但电阻采样由于其存在功率损坏,发热,信噪比低,观察高频电流就会被噪声淹没,而且并不隔离,显然电流探头才是最佳选择。

这里再科普一个额外的小知识,在选择电压探头的时候,我们会考虑电压探头加入到被测电路中对被测电路的影响,比如由于共地问题造成的短路现象等。但是,由于电流探头的连接方式并不破坏导体,也不用直接物理接触被测电路,而是采用感应式的方式测量,因此并不存在类似考虑是否要用差分探头的隔离问题,是一种更为安全的测量方式。

第二点要提到的是,并不是所有电流探头都能同时测量直流电和交流电。电流探头可分为AC电流探头和AC/DC电流探头。前者只能测量交流电,比如罗氏线圈;后者可以同时测量直流电与交流电,一般按可测信号频率还分为低频交直流电流探头和高频交直流电流探头。

由此可见,交直流电流探头的选择还和被测信号的频率有关。低频交直流电流探头只采用霍尔效应,属于开环式霍尔电流传感器,所以线性度差,精度差,对于高频信号无能为力。而高频交直流电流探头除了霍尔效应外,对高频信号的捕获采用了电磁感应原理,除了低频信号外,对高频信号也得心应手,并且精度相对更高,因此如果不考虑成本且被测电流大小都在需求范围内的话,高频交直流电流探头是最优解。

对于电流探头可测电流的大小,电流探头都会标注的很明白,那么,如何根据自己被测信号的频率特征来选择自己是否需要高频电流探头呢?这里,有些朋友也会进入一些误区,比如认为2M带宽的电流探头,就可以保证2M频率信号的完整性,但实际这种想法是错误的。我们先来看下我们测量领域对于带宽的定义:带宽定义为幅度与频率图上测量系统比参考电平低3dB的点,如下图所示,图中表明了-3dB点的响应曲线。

测量系统在额定带宽上的幅度低3dB,是我们可以预计带宽极限上的频率,测量幅度会有30%的误差,频率继续上升则误差将会变得不可预测。也就是说,用100M带宽的示波器和探头测量频率为100MHz的幅值其误差将高达30%,若想将误差降低在1-2%左右,则被测信号频率不应超过20MHz。

所以第三点要提到的是,探头的带宽参数并不直接代表可被测信号频率的范围大小,我们应至少采用5倍于被测信号频率的带宽大小的电流探头。这里要注意示波器和探头连接成为一个系统,示波器的带宽同样不可忽视,若探头的带宽足够,示波器的带宽不足,同样会对信号完整性造成影响。

因此判断自己是否需要用到高频交直流电流探头,大致可从以下几点考虑:

1. 是否有测量和观测电流信号变化的实际需求

2. 测量的电流信号是否包含了直流信号,并且是否自己需要观测信号的直流成分

3. 电流探头带宽是否至少大于被测电流信号频率的5倍以上

4. 被测电流大小是否在探头测量范围内

这篇文章,我们和大家讨论了如何判断自己的测量项目是否需要高频交直流电流探头,下一篇文章,我们将结合用户使用高频交直流电流探头过程中遇到的一些常见问题,和大家分享一些高频交直流电流探头的使用注意事项。

作者: 电子小面包, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-3899429.html

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