示波器电流探头的原理相关知识

2016年08月25日

1. 概述


的应用十分广泛,其基本原理是流经导线的电流会在周围产生磁场,电流探头把磁场转化成相应的电压信号,通过和示波器配合,观察对应的电流波形。广泛应用于开关电源、马达驱动器、电子整流计、LED照明、新能源等领域。本文将讲述常见的电流探头的分类、原理、重要技术指标,并通过实例分析了解探头之间的差别,让大家能够对探头有个基本的了解。

 

2. 电流探头的分类和原理


目前示波器上的电流探头基本分成两类:即AC电流探头和AC/DC电流探头,AC电流探头常见的是无源探头,成本低,但不能处理直流分量;AC/DC电流探头通常是有源探头,分为低频探头和高频探头,低频探头常见的带宽在几百KHz以下,高频探头带宽一般在几MHz以上。

 

2.1 AC电流探头


AC电流探头有无源的,也有有源的。

常见的无源AC探头,比如说电流环,其基本原理如图1,电流探头前端有一个磁环,磁环上绕有线圈,使用时这个磁环套在被测的供电线上。由于电流流过电线所产生的磁场就被这个磁环收集到,磁通量和电线上流过的电流成正比,磁环上的线圈产生相应比例关系的电流,经后级匹配电路转换成相应比例关系的电压。无源AC探头的缺点是不能测量直流型号,且低频截止点通常在100Hz以上,优点是成本低。无源AC探头根据嵌头结构可分为分芯和实芯的两种。分芯的嵌口可手动张开和关闭,优点是探头能够方便地卡到测量电流的导线上,在测量完成时,钳口可以打开,探头可以移到其它导线上;缺点是高频响应速度比较慢。实芯AC无源探头的优点是响应速度比较快,高频带宽达到ns级别,甚至更高;缺点是被测电流一般比较小,通常在100A以下,测量时必须断开被测导线,把导线穿过转换器,然后重新把导线连接到电路上,才能进行测量。

     

 

1 常见的无源AC探头测量原理示意图

 

有源的AC探头根据钳口常见形式分为两种:一种是普通的嵌式结构,另一种是柔性结构。普通的嵌式结构电流探头一般都使用强磁性材料制作的铁心,这种流过很大的一次电流,铁心很容易产生磁饱和,因此使得无法进行准确的测量;而柔性探头使用的是空芯型交流电流传感器,因此在大电流的情况下也不饱和,所以柔性探头一般用来测量大电流,而且只能测交流。柔性探头的基本原理(如2)如下:


2 空芯交流电流传感器

 

Vout=(u*S*N*I)/(R*C*l) 其中R>>2fL

式中 l:线圈长度; S:线圈截面积;N:匝数;L:电感量;u:磁导率实际的柔性探头一般会配合运放组成积分电路,达到更高的测量精度。

来源:深圳市乐买宜电子有限公司
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