測(cè)量直流電流大小的示波器電流探頭有兩種方法，具體是怎么做的呢？

電流探頭測(cè)直流電流有兩種方式，第一種是直接使用電流探頭。市面上有多種電流探頭，可以測(cè)試直流和交流電流。如果要提高測(cè)量精度，可以在電流探頭的孔中多繞幾圈電線(xiàn)來(lái)測(cè)試流過(guò)的電流。

另一種方法是將電流轉(zhuǎn)換成電壓。在被測(cè)試的電路中，需要安放一個(gè)較大精度的電阻，并使用差分探頭測(cè)量電阻兩端的電壓，隨后將其轉(zhuǎn)換為電流來(lái)進(jìn)行測(cè)量。

接下來(lái)我們將詳細(xì)介紹如何使用示波器和電流探頭來(lái)測(cè)量電流的技巧，并提升測(cè)量精確度。

在設(shè)計(jì)移動(dòng)電話(huà)和其他電池供電設(shè)備時(shí)，工程師通常需要進(jìn)行更精準(zhǔn)的電流測(cè)量，以確保設(shè)備的電流消耗在可接受范圍內(nèi)。電流測(cè)量過(guò)程繁瑣，因?yàn)樾枰袛嚯娐凡y(cè)量?jī)x器串聯(lián)進(jìn)電路中。使用鉗狀電流探頭和示波器可以輕松實(shí)現(xiàn)電流測(cè)量，而無(wú)需破壞電路。但是對(duì)于毫安級(jí)或更小的電流，測(cè)量的難度大大增加。

在今天的介紹中，我們將分享一些非常實(shí)用的測(cè)量技巧，這些技巧可以幫助您在示波器噪聲較高的環(huán)境下精準(zhǔn)測(cè)量電流。

示波器的噪聲影響很重要

隨著電流電平的降低，示波器本身的噪聲成為一個(gè)實(shí)際問(wèn)題。所有示波器都有一個(gè)額外的特性-垂直噪聲。當(dāng)測(cè)量低電平信號(hào)時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)的噪聲可能會(huì)導(dǎo)致實(shí)際信號(hào)測(cè)量的準(zhǔn)確性下降。由于示波器是一種寬帶測(cè)量?jī)x器，示波器的帶寬越寬，垂直噪聲就越高。

因此，在進(jìn)行測(cè)量之前，需要仔細(xì)測(cè)試示波器的噪聲特性。當(dāng)采用最敏感的V/格設(shè)置時(shí)，500MHz帶寬示波器的噪聲一般約為2mV峰峰值。在進(jìn)行低電平測(cè)量時(shí)要注意，示波器上的采集存儲(chǔ)器可能會(huì)影響背景噪聲。在帶寬和其他條件相同的情況下，采集存儲(chǔ)器越深，噪聲就越大。

在另一方面，現(xiàn)代的交流/直流電流探頭（例如KeysightN2783B100MHz電流探頭）能夠準(zhǔn)確測(cè)量5mA的交流或直流電流，其測(cè)量精度約為3%。該電流探頭的設(shè)計(jì)采用每安培電流輸入，產(chǎn)生0.1V的電壓輸出。簡(jiǎn)而言之，當(dāng)測(cè)量低于20mA的電流時(shí)，示波器本身的2mVpp噪聲可能是主要的噪聲來(lái)源。

那么，您要如何最大程度地減少示波器自身的噪聲呢？對(duì)于現(xiàn)代的數(shù)字示波器而言，有很多可選的方法：

1.寬帶限制濾波器

大部分?jǐn)?shù)字示波器都配備了帶寬限制濾波器。這些濾波器可以消除輸入波形中多余的噪聲，并減小噪聲的帶寬，從而提高了垂直分辨率。帶寬限制濾波器可以通過(guò)硬件或軟件實(shí)現(xiàn)。您可以根據(jù)需要來(lái)選擇啟用或禁用大多數(shù)的帶寬限制濾波器。

2.高分辨率采集模式

大部分?jǐn)?shù)字示波器在普通采集模式下有8位的垂直分辨率。一些示波器在高分辨率模式下能提供更高的垂直分辨率，通常可達(dá)12位，在此模式下垂直噪聲降低，垂直分辨率提高。一般來(lái)說(shuō)，在使用較慢的時(shí)間/格設(shè)置時(shí)，在屏幕上捕獲到的數(shù)據(jù)點(diǎn)會(huì)很多，這時(shí)高分辨率模式的影響會(huì)很大。由于高分辨率模式下的采集會(huì)對(duì)單個(gè)觸發(fā)點(diǎn)相鄰的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行平均，因此采樣率和示波器的帶寬會(huì)降低。

3.平均模式

如果您正在處理周期性或者直流信號(hào)，可以使用均值模式來(lái)去除示波器的垂直噪聲。均值模式會(huì)對(duì)波形進(jìn)行多次采樣，并生成運(yùn)行均值以減少隨機(jī)噪聲。相比于高分辨率模式，均值模式不會(huì)降低信號(hào)的采樣率和帶寬。不過(guò)，均值模式處理的速度較慢，因?yàn)樗枰M(jìn)行多次采集并計(jì)算波形的平均值，才能在屏幕上展示軌跡。而選擇更多的均值時(shí)，可以顯著提高去噪效果。

圖 . 有很多方法可以降低示波器的固有垂直噪聲。

提高電流探頭測(cè)量精度和靈敏度

現(xiàn)在你已經(jīng)了解了如何利用任何一種技術(shù)來(lái)降低示波器的垂直噪聲，現(xiàn)在讓我們?cè)賮?lái)看看如何提高電流探頭的精確度和靈敏度。市場(chǎng)上有很多種電流探頭可供選擇。其中一種使用起來(lái)最方便、性能最出色的是鉗式交流/直流電流探頭，您可以使用它夾住電流導(dǎo)體來(lái)測(cè)量交流或直流電流。

圖 . 通過(guò)消磁和直流偏置可以提高電流探頭的精度

圖 . 通過(guò)在探頭上纏繞多圈被測(cè)導(dǎo)體可以提高探頭的靈敏度

使用此類(lèi)電流探頭有兩個(gè)很有用的技巧：

1. 消除磁性

為了準(zhǔn)確測(cè)量低電平電流，需要對(duì)磁芯進(jìn)行去磁，消除殘余磁性。就像消除CRT顯示器的多余磁場(chǎng)可以改善畫(huà)質(zhì)一樣，對(duì)電流探頭進(jìn)行去磁或消磁可以消除任何剩余磁性。如果在探頭核心被磁化的情況下進(jìn)行測(cè)量，就會(huì)產(chǎn)生與剩余磁性成正比的偏置電壓，造成測(cè)量誤差。因此，在接通/斷開(kāi)探頭的電源開(kāi)關(guān)或?qū)ζ漭斎脒^(guò)量電流時(shí)，去除探頭磁芯的磁性非常重要。執(zhí)行探頭去磁/消磁時(shí)，可以將探頭與所有導(dǎo)體斷開(kāi)并固定探頭，然后按下探頭的DEMAG（或DEGAUSS）按鈕。

另外，您還可以利用探頭上的調(diào)零控制按鈕來(lái)校準(zhǔn)探頭的額外電壓偏置或溫度漂移。

2. 提高示波器探頭靈敏度

電流探頭的功能是測(cè)量通過(guò)夾持器的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。它會(huì)按照輸入電流的比例生成電壓輸出。如果您想測(cè)量直流信號(hào)或低頻交流信號(hào)的小幅度變化，可以通過(guò)在探頭上繞繞多匝被測(cè)導(dǎo)體來(lái)提高測(cè)量的靈敏度。這樣，信號(hào)的強(qiáng)度將相應(yīng)地增加與被測(cè)導(dǎo)體在探頭上繞匝數(shù)的倍數(shù)。比如，如果一個(gè)導(dǎo)體在探頭上繞了5圈，示波器顯示的讀數(shù)為25mA，那么實(shí)際的電流就是25mA除以5，即5mA。以此例為據(jù)，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簡(jiǎn)便地測(cè)量電流，而且無(wú)需破壞電路。但是，當(dāng)示波器的寬頻噪聲影響測(cè)量結(jié)果時(shí)，示波器的垂直噪聲可能會(huì)干擾精確的低電平電流測(cè)量。通過(guò)本文介紹的一些測(cè)量技巧，您可以消除示波器的隨機(jī)噪聲和電流探頭的多余磁性或直流偏置，從而顯著提高測(cè)量精度。

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審核編輯 黃宇