如何判斷測(cè)試項(xiàng)目是否需要高頻交直流電流探頭

探頭是示波器和測(cè)試點(diǎn)之間構(gòu)成物理連接和電氣連接的設(shè)備，探頭實(shí)際上就是一個(gè)傳感器，大多數(shù)的探頭都是電壓傳感器，探頭把電壓信號(hào)傳輸給示波器輸入，最后我們?cè)谑静ㄆ魃峡吹叫盘?hào)的樣子。

但有個(gè)別朋友可能不知道，示波器是無(wú)法直接測(cè)量電流的，當(dāng)我們要用示波器測(cè)量電流的時(shí)候，就必須用電流傳感器，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)再給示波器輸入，這種傳感器就是電流探頭。我們有時(shí)候會(huì)遇到一些人購(gòu)買(mǎi)了示波器，收到儀器后，然后詢問(wèn)如何測(cè)量電流的，告知測(cè)量電流需要電流探頭對(duì)方才恍然大悟。所以，大家首先要知道的一點(diǎn)是，測(cè)量電流信號(hào)，用示波器自帶的無(wú)源探頭是不可行的，必須使用電流探頭。

也有朋友反映，是否可以采用串聯(lián)一個(gè)精度高、阻值小的取樣電阻，然后通過(guò)測(cè)量電阻兩端電壓來(lái)計(jì)算電流？這種對(duì)于精度要求不高的直流電，還可以考慮其可行性，但電阻采樣由于其存在功率損壞，發(fā)熱，信噪比低，觀察高頻電流就會(huì)被噪聲淹沒(méi)，而且并不隔離，顯然電流探頭才是最佳選擇。

這里再科普一個(gè)額外的小知識(shí)，在選擇電壓探頭的時(shí)候，我們會(huì)考慮電壓探頭加入到被測(cè)電路中對(duì)被測(cè)電路的影響，比如由于共地問(wèn)題造成的短路現(xiàn)象等。但是，由于電流探頭的連接方式并不破壞導(dǎo)體，也不用直接物理接觸被測(cè)電路，而是采用感應(yīng)式的方式測(cè)量，因此并不存在類(lèi)似考慮是否要用差分探頭的隔離問(wèn)題，是一種更為安全的測(cè)量方式。

第二點(diǎn)要提到的是，并不是所有電流探頭都能同時(shí)測(cè)量直流電和交流電。電流探頭可分為AC電流探頭和AC/DC電流探頭。前者只能測(cè)量交流電，比如羅氏線圈；后者可以同時(shí)測(cè)量直流電與交流電，一般按可測(cè)信號(hào)頻率還分為低頻交直流電流探頭和高頻交直流電流探頭。

由此可見(jiàn)，交直流電流探頭的選擇還和被測(cè)信號(hào)的頻率有關(guān)。低頻交直流電流探頭只采用霍爾效應(yīng)，屬于開(kāi)環(huán)式霍爾電流傳感器，所以線性度差，精度差，對(duì)于高頻信號(hào)無(wú)能為力。而高頻交直流電流探頭除了霍爾效應(yīng)外，對(duì)高頻信號(hào)的捕獲采用了電磁感應(yīng)原理，除了低頻信號(hào)外，對(duì)高頻信號(hào)也得心應(yīng)手，并且精度相對(duì)更高，因此如果不考慮成本且被測(cè)電流大小都在需求范圍內(nèi)的話，高頻交直流電流探頭是最優(yōu)解。

對(duì)于電流探頭可測(cè)電流的大小，電流探頭都會(huì)標(biāo)注的很明白，那么，如何根據(jù)自己被測(cè)信號(hào)的頻率特征來(lái)選擇自己是否需要高頻電流探頭呢？這里，有些朋友也會(huì)進(jìn)入一些誤區(qū)，比如認(rèn)為2M帶寬的電流探頭，就可以保證2M頻率信號(hào)的完整性，但實(shí)際這種想法是錯(cuò)誤的。我們先來(lái)看下我們測(cè)量領(lǐng)域?qū)τ趲挼亩x：帶寬定義為幅度與頻率圖上測(cè)量系統(tǒng)比參考電平低3dB的點(diǎn)，如下圖所示，圖中表明了-3dB點(diǎn)的響應(yīng)曲線。

測(cè)量系統(tǒng)在額定帶寬上的幅度低3dB，是我們可以預(yù)計(jì)帶寬極限上的頻率，測(cè)量幅度會(huì)有30%的誤差，頻率繼續(xù)上升則誤差將會(huì)變得不可預(yù)測(cè)。也就是說(shuō)，用100M帶寬的示波器和探頭測(cè)量頻率為100MHz的幅值其誤差將高達(dá)30%，若想將誤差降低在1-2%左右，則被測(cè)信號(hào)頻率不應(yīng)超過(guò)20MHz。

所以第三點(diǎn)要提到的是，探頭的帶寬參數(shù)并不直接代表可被測(cè)信號(hào)頻率的范圍大小，我們應(yīng)至少采用5倍于被測(cè)信號(hào)頻率的帶寬大小的電流探頭。這里要注意示波器和探頭連接成為一個(gè)系統(tǒng)，示波器的帶寬同樣不可忽視，若探頭的帶寬足夠，示波器的帶寬不足，同樣會(huì)對(duì)信號(hào)完整性造成影響。

因此判斷自己是否需要用到高頻交直流電流探頭，大致可從以下幾點(diǎn)考慮：

1. 是否有測(cè)量和觀測(cè)電流信號(hào)變化的實(shí)際需求

2. 測(cè)量的電流信號(hào)是否包含了直流信號(hào)，并且是否自己需要觀測(cè)信號(hào)的直流成分

3. 電流探頭帶寬是否至少大于被測(cè)電流信號(hào)頻率的5倍以上

4. 被測(cè)電流大小是否在探頭測(cè)量范圍內(nèi)

這篇文章，我們和大家討論了如何判斷自己的測(cè)量項(xiàng)目是否需要高頻交直流電流探頭，下一篇文章，我們將結(jié)合用戶使用高頻交直流電流探頭過(guò)程中遇到的一些常見(jiàn)問(wèn)題，和大家分享一些高頻交直流電流探頭的使用注意事項(xiàng)。