電流探頭是示波器測量電流的必備配件,但不同品牌之間價(jià)格往往差別很大,到底什么樣的電探頭才是可靠的呢?本文分享了電流探頭可靠性驗(yàn)證的完整過程,并呈現(xiàn)所有實(shí)測結(jié)果,您也可依據(jù)此法對(duì)自己使用的電流探頭進(jìn)行驗(yàn)證。
本文針對(duì)ZCP0030-50電流探頭進(jìn)行了全方位性能參數(shù)驗(yàn)證, 主要測試參數(shù)包括直流精度、上升時(shí)間、方波響應(yīng)、噪聲、以及開關(guān)電源開關(guān)管電流波形實(shí)測。為了讓實(shí)測結(jié)果更加直觀,我們選擇T公司的TCP312電流探頭作為實(shí)測對(duì)比,并且在所有測試配有圖片和測試結(jié)果,保證測試過程可追溯。
一、直流精度驗(yàn)證
ZCP0030-50標(biāo)稱直流精度為1%rdg±1mV,實(shí)測精度如表1所示。
1、測試條件
精度測試所使用試儀器為FLUKE5720校準(zhǔn)器、六位半萬用表DMM6000。測試步驟,校準(zhǔn)器FLUKE5720輸出不同的被測電流值,萬用表讀取電流探頭的響應(yīng)電壓值。
圖1 直流精度測試環(huán)境
2、精度數(shù)據(jù)
表1 直流精度測試數(shù)據(jù)
3、驗(yàn)證結(jié)論
上表格的數(shù)據(jù)顯示,ZCP0030-50在量程范圍內(nèi)的直流精度在1%rdg±1mV以內(nèi)。
二、上升時(shí)間驗(yàn)證
ZCP0030-50的帶寬是50MHz,對(duì)應(yīng)上升時(shí)間≤7ns。探頭上升時(shí)間是指測試脈沖時(shí),測量系統(tǒng)響應(yīng)波形從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%所需要的時(shí)間,是一個(gè)很關(guān)鍵的參數(shù),上升時(shí)間越快,說明探頭的響應(yīng)越快,能測到更加快速變化的電流波形,還原電流波形的性能越好。
1、測試條件
測試電流探頭的上升時(shí)間使用的測試儀器是信號(hào)發(fā)生器Keysight33600和示波器ZDS2022。信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生上升時(shí)間為5ns的方波,示波器顯示經(jīng)過電流探頭后的上升波形和時(shí)間。
2、波形數(shù)據(jù)
圖2 ZCP0030-50的上升時(shí)間
如圖2所示,根據(jù)示波器測量到的上升時(shí)間為8.5ns,這個(gè)總時(shí)間是信號(hào)發(fā)生器自身的上升時(shí)間加上探頭的上升時(shí)間,所以實(shí)際上探頭的上升時(shí)間還需要將總時(shí)間減去信號(hào)發(fā)生器自身的上升時(shí)間,具體的計(jì)算公式如下。
3、驗(yàn)證結(jié)論
實(shí)測結(jié)果在理論計(jì)算范圍內(nèi),上升時(shí)間正常,實(shí)測帶寬在50MHz以上。
三、方波響應(yīng)驗(yàn)證
方波響應(yīng)主要是用來簡易測試電流探頭幅頻響應(yīng)特性的測試方法。電流探頭能夠完整的重現(xiàn)方波波形,不出現(xiàn)畸變,說明探頭的幅頻響應(yīng)平坦,是良好的。
1、測試條件
測試電流探頭的方波響應(yīng)時(shí),使用的測試儀器是信號(hào)發(fā)生器Keysight33600和示波器ZDS2022。信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生電流峰峰值為100mA,頻率分別1KHz、100KHz、1MHz為的方波,示波器顯示相對(duì)應(yīng)的方波波形。
2、波形數(shù)據(jù)
如圖3所示,在測試1KHz的電流方波時(shí),探頭的方波響應(yīng)是很好的,波形基本上沒有畸變,波形比較平坦,沒有發(fā)生傾斜等。
圖3 1KHz電流方波響應(yīng)
如圖4所示,在測試100KHz的電流方波時(shí),探頭的方波響應(yīng)是很好的,波形基本上沒有畸變,波形比較平坦,沒有發(fā)生傾斜等。
圖4 100KHz電流方波響應(yīng)
如圖5所示,在測試1MHz的電流方波時(shí),探頭的整體方波響應(yīng)的波形基本上沒有畸變,波形比較平坦,沒有發(fā)生傾斜等。
圖5 1MHz電流方波響應(yīng)
3、驗(yàn)證結(jié)論
實(shí)測結(jié)果在理論計(jì)算范圍內(nèi),幅頻響應(yīng)平坦。
四、噪聲評(píng)測
噪聲是電流探頭的重要參數(shù),噪聲的大小直接影響到探頭的分辨率,噪聲越小,分辨率越高。
1、測試條件
噪聲測試主要是使用示波器ZDS2022來觀察測試,并記錄相應(yīng)的測試值。
2、精度數(shù)據(jù)
如圖6所示,測試出來的電流探頭的實(shí)際噪聲的峰峰值小于10mA,交流有效值小于1mArms。
圖6 噪聲測試
3、驗(yàn)證結(jié)論
實(shí)測結(jié)果在理論計(jì)算范圍內(nèi),噪聲控制良好。
五、開關(guān)電源波形實(shí)測
示波器電流探頭主要用來配合示波器觀察電路上的電流波形,比如說MOS管上的電流波形,方便工程師調(diào)試電路,發(fā)現(xiàn)電路問題。通過測量開關(guān)電源開關(guān)管上的電流波形,將ZCP0030-50和T公司的TCP312進(jìn)行對(duì)比測試,進(jìn)一步驗(yàn)證性能。
圖7 電流探頭測試開關(guān)管電流的連接圖
1、測試條件
電流波形對(duì)比測試主要用到的測試儀器主要有:ZDS2022示波器、電子負(fù)載、開關(guān)電源、電流探頭ZCP0030-50和TCP312。
測試步驟如下:
(1)將電流探頭ZCP0030-50和TCP312上電消磁調(diào)零后,將兩個(gè)探頭同時(shí)夾到在MOS管DS極間引出的導(dǎo)線上,將BNC輸出分別連接到示波器的通道1和通道2。具體如圖8所示。
圖8 開關(guān)管電流波形對(duì)比測試的儀器連接
(2)將開關(guān)電源的輸出接到電子負(fù)載上,給開關(guān)電源供電,電子負(fù)載可以設(shè)置為空載或者滿載狀態(tài),觀察在兩種不同負(fù)載下,MOS管上不同的電流波形。
2、對(duì)比測試
如圖9所示,在開關(guān)電源滿載情況下,電流探頭ZCP0030-50和TCP312都能夠完整測量到MOS管上的電流波形,因TCP312帶寬為120MHz,二者峰峰值有約4%的差異。如圖10所示,在開關(guān)電源空載的情況下,電流探頭測量到的電流波形。
圖9 滿載時(shí)MOS管DS極間的電流波形
圖10 空載時(shí)MOS管DS極間的電流波形
開關(guān)電源的開關(guān)頻率并不是很高,大約在100KHz,但瞬時(shí)變化的上升時(shí)間卻是在ns級(jí)別的,需要高帶寬的電流探頭才能完整的重現(xiàn)電流波形細(xì)節(jié)。在開關(guān)電源滿載的情況下,將電流波形放大,觀察電流快速變化處的波形細(xì)節(jié),兩種探頭顯示的波形細(xì)節(jié)幾乎一樣,如圖11所示。在開關(guān)電源空載的情況下,如圖12所示。
圖11 滿載時(shí)MOS管DS極間的電流波形細(xì)節(jié)
圖12 空載時(shí)MOS管DS極間的電流波形細(xì)節(jié)
3、驗(yàn)證結(jié)論
對(duì)于高頻噪聲而言,實(shí)測結(jié)果的微小差異源自于帶寬差別,但對(duì)于開關(guān)頻率只在幾百KHz的信號(hào)而言,帶寬差別對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響很小。此處建議選擇50M帶寬即可。
六、最終總結(jié)
一般來說直流精度、上升時(shí)間、方波響應(yīng)、噪聲、以及開關(guān)電源開關(guān)管電流波形等多個(gè)角度進(jìn)行了全方位的實(shí)測即可相對(duì)完整的驗(yàn)證整體測試結(jié)果。如果您想要實(shí)際體驗(yàn)ZLG致遠(yuǎn)電子ZCP0030-50電流探頭,歡迎撥打4008884005聯(lián)系我們,也歡迎在微信后臺(tái)直接留言。
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原文標(biāo)題:【性能評(píng)測】如何驗(yàn)證電流探頭的可靠性?
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