如何選擇合適的示波器探頭?

　　探頭種類：

　　不同的探頭適用于不同的環(huán)境。選擇合適的探頭是測量的一步。

　　先需要了解需要測量的信號(hào)。

　　電信號(hào)基本就是測量電壓或電流，頻率高或低、振幅多少、測量對(duì)象的輸出電阻高或低、差分是否需要通過絕緣來測量等。

　　理解了測量對(duì)象，就可以從種類豐富的探頭中做出選擇。

　　市場上有對(duì)應(yīng)測量高電壓、高速信號(hào)或用于多種場景的豐富的探頭類型。

　　對(duì)于電流探頭，檢查是否需要測量其頻率范圍、輸入電流、直流?

　　對(duì)于電流探頭，因其可以進(jìn)行非接觸式測量，所以不會(huì)對(duì)測量對(duì)象產(chǎn)生過大的影響。

　　我們著重看看電壓探頭如何選擇——

　　電壓探頭

　　規(guī)格

　　選擇電壓探頭時(shí)需要確認(rèn)的4種規(guī)格：

　　頻率范圍　　 ：由可測量的頻率決定

　　輸入電壓范圍 ：可觀測信號(hào)的大電壓+富余量(電涌等)

　　輸入電阻　　 ：對(duì)測量對(duì)象產(chǎn)生的直流電負(fù)載

　　輸入電容　　 ：對(duì)測量對(duì)象產(chǎn)生的交流(高頻)電負(fù)載

　　參考如上規(guī)格選擇合適的探頭。

　　輸入電阻過低會(huì)產(chǎn)生直流負(fù)載，會(huì)影響到電路的偏壓。

　　輸入電容過大會(huì)影響高速信號(hào)的上升等。

　　主要用途

　　有源探頭

　　有源探頭的探頭內(nèi)部前端安裝有半導(dǎo)體元件。

　　無源探頭：信號(hào)通過數(shù)米長的電纜被輸入到示波器的半導(dǎo)體元件中。

　　有源探頭：信號(hào)衰減后，直接輸入到探頭內(nèi)部前端的半導(dǎo)體元件。該半導(dǎo)體元件可緩沖大容量電纜電容，因此可 大地減小輸入電容，減小對(duì)上述測量對(duì)象的影響。有源探頭可抑制探頭的負(fù)載效應(yīng)對(duì)測量對(duì)象產(chǎn)生的影響，非 常適合在高電阻、高頻率的環(huán)境下進(jìn)行測量。

　　下圖是差分探頭的結(jié)構(gòu)：

　　1、去掉共模電壓，可抽取出差分信號(hào)，用于 CAN、LVDS、高速串行通信等差分信號(hào)測量;

　　2、將示波器與測量對(duì)象的GND分離，用于配電電源電路等浮動(dòng)電路或電路GND電阻較高的場合。

　　電流探頭和

　　電流測量方法

　　我們簡要介紹一下適用范圍廣的電流檢測方式。

　　測量儀所采用的電流測量方法

　　采用分流電阻的電流測量方式

　　采用這種測量方法，需要切斷有電流流過的線路，使用分流電阻形成旁路。有時(shí)也會(huì)采用一種方法，切斷被測量導(dǎo)體，插入低值電阻(分流電阻)測量電阻兩端電壓。

　　采用此方法時(shí)需要注意的是，由分流電阻產(chǎn)生的電壓會(huì)對(duì)測量對(duì)象的工作狀態(tài)產(chǎn)生影響，電阻非常低的情況下容易受到寄生電感元件與寄生電容的影響，輸出電壓帶有頻率特性。另外需要借助差分和浮空進(jìn)行檢測。

　　但是在可忽略寄生電感元件與寄生電容影響的低頻率下，該方法為測量精度高的方法。

　　采用電流互感器的電流測量方式

　　在磁芯上纏繞線圈制成CT結(jié)構(gòu)感應(yīng)器，其構(gòu)造簡單制作成本低廉，但是其檢測的是磁場，因此原理上是無法檢測直流電的。

　　CT感應(yīng)器的工作原理如下：

　　由于被測量的導(dǎo)體內(nèi)有電流，所以磁芯內(nèi)產(chǎn)生了磁通量(φ)，為了消除該磁通量，在2級(jí)線圈上產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，電流流經(jīng)分流電阻。該電流產(chǎn)生的磁通量(φ)與被測電流產(chǎn)生的磁通量大小一致(φ=φ’)。

　　另外被測電流Ip與2級(jí)線圈(線圈數(shù)：n)的電流Is之間存在Is=Ip/n的關(guān)系。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生與磁通量的變化大小成比例，所以無法檢測磁通量無變化的直流電。

　　而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與單位時(shí)間的磁通量變化成比例，因此變化速度越慢感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越小，不足以進(jìn)行檢測。

　　電流互感器使用注意事項(xiàng)：

　　因?yàn)镃T感應(yīng)器的原理是在鐵芯等磁芯中纏繞線圈，使其發(fā)揮出電感元件的功能。而在電感元件上添加直流磁場后可減少磁芯的透磁率，所以電感元件會(huì)衰減。如果增大直流磁場使其達(dá)到一定數(shù)值，磁芯會(huì)飽和，無法發(fā)揮電感元件的功能。這一特性被稱為直流重疊特性。

　　電流探頭的基本結(jié)構(gòu)與在磁芯上纏繞線圈的電感元件的結(jié)構(gòu)相同，所以會(huì)發(fā)生同樣的現(xiàn)象。也就是說，在有直流電的情況下，電流探頭的特性會(huì)發(fā)生變化，直流電流達(dá)到一定大小后電流探頭便會(huì)失靈，無法輸出波形。

　　使用零磁通門傳感器檢測直流電流

　　CT感應(yīng)器不會(huì)對(duì)直流以及低頻電流產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所以直流以及低頻電流產(chǎn)生的磁通量會(huì)殘留在磁芯內(nèi)。如果在磁芯縫隙內(nèi)安裝的霍爾效應(yīng)元件，它會(huì)檢測出該磁通量，并將負(fù)反饋電流送入線圈以抵消該磁通量。此檢測方法被稱為零磁通門方法。

　　此方法可以有效減少磁芯內(nèi)部的非線性影響，因此可進(jìn)行高精度的測量。另外，還可以避免CT方法中的直流重疊特性。

　　如下圖所示的原理，霍爾效應(yīng)元件可從無法使用CT動(dòng)作檢測的直流電中檢測出低頻率磁通量(ΦーΦ');借由AMP，在磁通量相互抵消的方向上釋放電流，消除磁芯內(nèi)的磁通量;分流電阻中的電流為CT動(dòng)作與AMP動(dòng)作(霍爾效應(yīng)元件檢測值)相加的結(jié)果。

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