探頭講解第二篇：AC/DC電流探頭
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電流探頭的應用十分廣泛，其基本原理是流經(jīng)導線的電流會在周圍產(chǎn)生磁場，電流探頭把磁場轉化成相應的電壓信號，通過和示波器配合，觀察對應的電流波形。廣泛應用于開關電源、馬達驅動器、電子整流計、LED照明、新能源等領域。本文將講述常見的電流探頭的分類、原理、重要技術指標，并通過實例分析了解探頭之間的差別，讓大家能夠對探頭有個基本的了解。
2.電流探頭的分類和原理
目前示波器上的電流探頭基本分成兩類：即AC電流探頭和AC/DC電流探頭，AC電流探頭常見的是無源探頭，成本低，但不能處理直流分量，也有有源的AC探頭，比如說柔性電流探頭，相對來說，成本高很多；AC/DC電流探頭通常是有源探頭，分為低頻探頭和高頻探頭，低頻探頭常見的帶寬在幾百KHz以下，高頻探頭帶寬一般在幾MHz以上。下面主要講AC/DC電流探頭：
DC/AC電流探頭既可以測量直流也可以測量交流信號，根據(jù)測量帶寬可以分為低頻嵌和高頻嵌兩種。低頻嵌的電路原理一般采用開環(huán)系統(tǒng)測量，其精度低，帶寬低，典型值為100KHz；高頻嵌一般采用閉環(huán)系統(tǒng)測量，其精度高，帶寬高，響應時間都在ns級別以上。下面將分別介紹：
市場上常見的DC/AC低頻嵌,如CYBERTEK的CP8100L，泰克的A622帶寬都在100KHz，其測量原理就是典型的開環(huán)系統(tǒng)測量，嵌頭示意圖如圖3，霍爾器件感應DC和AC信號，由于霍爾器件的帶寬有限，典型帶寬值在100KHz左右，所以這類電流嵌的特點是帶寬比較窄，響應時間在us級別，成本相對比較低，應用在要求不高的場合。
圖3 低頻嵌測量原理示意圖
另一類是市場上常見的高頻DC/AC嵌，如CYBERTEK公司的CP3000,4000,8000A系列， 泰克的 TCP202 ,TCP312，TCP303等都屬于這一類型。其特點是精度高，頻帶寬。原理如圖4，該電路是典型的閉環(huán)系統(tǒng)，零磁通型電路，即原邊電流所產(chǎn)生的磁場通過一個副邊線圈的電流所產(chǎn)生的磁場進行補償．使霍爾器件始終處于檢測零磁通的工作狀態(tài)。霍爾元件檢測低頻成分，線圈檢測高頻成分，兩者合二為一，達到高帶寬，高精度，滿足應用要求比較高的場合。
圖4 高頻DC/AC嵌典型原理框圖
3.電流探頭重要指標
3.1精度
精度：是指電流到電壓轉換的精度。拿AC/DC電流嵌為例，一般開環(huán)系統(tǒng)的精度比較差一點，典型值在3%左右；閉環(huán)系統(tǒng)的精度比較高，典型值在1%左右。
3.2帶寬
帶寬：所有探頭都有帶寬。探頭的帶寬是指探頭響應導致輸出幅度下降到70.7%
(-3 dB)的頻率，如圖5所示。在選擇示波器和示波器探頭時，要認識到帶寬在許多方面影響著測量精度。在幅度測量中，隨著正弦波頻率接近帶寬極限，正弦波的幅度會變得日益衰減。在帶寬極限上，正弦波的幅度會作為實際幅度的70.7%進行測量。因此，為實現(xiàn)最大的幅度測量精度，必需選擇帶寬比計劃測量的最高頻率波形高幾倍的示波器和探頭。這同樣適用于測量波形上升時間和下降時間。波形轉換沿(如脈沖和方形波邊沿)是由高頻成分組成的。帶寬極限使這些高頻成分發(fā)生衰減，導致顯示的轉換慢于實際轉換速度。為精確地測量上升時間和下降時間，使用的測量系統(tǒng)必需使用擁有充足的帶寬，可以保持構成波形上升時間和下降時間的高頻率成份。最常見的情況下，使用測量系統(tǒng)的上升時間時，系統(tǒng)的上升時間一般應該比要測量的上升時間快4-5倍。在開關電源領域，一般幾十MHz的帶寬就基本夠用了。
圖5帶寬是正弦波的幅度下降70.7% (-3 dB)的響應曲線中的頻率
3.3插入損耗
插入損耗：插入阻抗是從電流探頭的線圈(二級)轉換到被測的攜帶電流的導線中的阻抗。
一般來說，電流探頭反射的阻抗值可以位于毫歐范圍內(nèi)，對阻抗為25歐姆及以上的電路影
響不大。
3.4電流額定值VS頻率指標
電流探頭指標應包括幅度與頻率額定值下降關系曲線，這一曲線把磁芯飽和與提高的頻率關聯(lián)起來。頻率增加對磁芯飽和的影響在于，當波形頻率或幅度增加時，平均電流為零安培的波形幅度峰值會被削掉。
3.5最大額定輸入電流
最大額定輸入電流：是指電流探頭可以接受、同時仍能實現(xiàn)規(guī)定性能的總電流(DC加峰值AC)。在AC電流測量中，必須根據(jù)頻率降低峰到峰額定值，以計算最大總輸入電流。
3.6額定最大峰值脈沖電流
額定最大峰值脈沖電流：被測電流不應超過這一額定值，它考慮了磁芯飽和及可能損壞設備的次級電壓積累。最大額定峰值脈沖電流通常規(guī)定為安培秒乘積。
4.電流探頭實例分析
4.1DC～低頻和DC～高頻電流探頭實測對比
上面講了低頻嵌和高頻嵌的原理區(qū)別，現(xiàn)在來對比一下實測效果，低頻嵌選擇CP8100L（100A/100KHz），高頻嵌選擇CP8030A（30A/40MHz）。
4.1.1實測低頻信號（50Hz電源線波形）對比(示波器為力科waveSurfer 62Xs)
圖6電流嵌測量電源線上電流波形系統(tǒng) 1通道為CP8030A,2通道為CP8100L
圖7高低頻捕捉電源線上的電流波形圖片分析，電流大小為1.95A左右（因為探頭所在量程的電流傳輸比為0.1V/A，由于實測值為195mV，經(jīng)計算為1.95A），頻率為50Hz，兩款探頭實測非常接近，也就是在測低頻信號時，看不出差別，都能夠準確的捕捉到電流波形。
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