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。

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

　　理解了測量對象，就可以從種類豐富的探頭中做出選擇。

　　市場上有對應測量高電壓、高速信號或用于多種場景的豐富的探頭類型。

　　對于電流探頭，檢查是否需要測量其頻率范圍、輸入電流、直流?

　　對于電流探頭，因其可以進行非接觸式測量，所以不會對測量對象產生過大的影響。

　　我們著重看看電壓探頭如何選擇——

　　電壓探頭

　　規格

　　選擇電壓探頭時需要確認的4種規格：

　　頻率范圍　　 ：由可測量的頻率決定

　　輸入電壓范圍 ：可觀測信號的大電壓+富余量(電涌等)

　　輸入電阻　　 ：對測量對象產生的直流電負載

　　輸入電容　　 ：對測量對象產生的交流(高頻)電負載

　　參考如上規格選擇合適的探頭。

　　輸入電阻過低會產生直流負載，會影響到電路的偏壓。

　　輸入電容過大會影響高速信號的上升等。

　　主要用途

　　有源探頭

　　有源探頭的探頭內部前端安裝有半導體元件。

　　無源探頭：信號通過數米長的電纜被輸入到示波器的半導體元件中。

　　有源探頭：信號衰減后，直接輸入到探頭內部前端的半導體元件。該半導體元件可緩沖大容量電纜電容，因此可 大地減小輸入電容，減小對上述測量對象的影響。有源探頭可抑制探頭的負載效應對測量對象產生的影響，非 常適合在高電阻、高頻率的環境下進行測量。

　　下圖是差分探頭的結構：

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

　　2、將示波器與測量對象的GND分離，用于配電電源電路等浮動電路或電路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。有時也會采用一種方法，切斷被測量導體，插入低值電阻(分流電阻)測量電阻兩端電壓。

　　采用此方法時需要注意的是，由分流電阻產生的電壓會對測量對象的工作狀態產生影響，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結構感應器，其構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感應器的工作原理如下：

　　由于被測量的導體內有電流，所以磁芯內產生了磁通量(φ)，為了消除該磁通量，在2級線圈上產生電動勢，電流流經分流電阻。該電流產生的磁通量(φ)與被測電流產生的磁通量大小一致(φ=φ’)。

　　另外被測電流Ip與2級線圈(線圈數：n)的電流Is之間存在Is=Ip/n的關系。感應電動勢的產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。

　　而感應電動勢與單位時間的磁通量變化成比例，因此變化速度越慢感應電動勢越小，不足以進行檢測。

　　電流互感器使用注意事項：

　　因為CT感應器的原理是在鐵芯等磁芯中纏繞線圈，使其發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，所以電感元件會衰減。如果增大直流磁場使其達到一定數值，磁芯會飽和，無法發揮電感元件的功能。這一特性被稱為直流重疊特性。

　　電流探頭的基本結構與在磁芯上纏繞線圈的電感元件的結構相同，所以會發生同樣的現象。也就是說，在有直流電的情況下，電流探頭的特性會發生變化，直流電流達到一定大小后電流探頭便會失靈，無法輸出波形。

　　使用零磁通門傳感器檢測直流電流

　　CT感應器不會對直流以及低頻電流產生感應電動勢，所以直流以及低頻電流產生的磁通量會殘留在磁芯內。如果在磁芯縫隙內安裝的霍爾效應元件，它會檢測出該磁通量，并將負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部的非線性影響，因此可進行高精度的測量。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，霍爾效應元件可從無法使用CT動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，消除磁芯內的磁通量;分流電阻中的電流為CT動作與AMP動作(霍爾效應元件檢測值)相加的結果。

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