如何选择合适的示波器探头?

　　探头种类：

　　不同的探头适用于不同的环境。选择合适的探头是测量的一步。

　　先需要了解需要测量的信号。

　　电信号基本就是测量电压或电流，频率高或低、振幅多少、测量对象的输出电阻高或低、差分是否需要通过绝缘来测量等。

　　理解了测量对象，就可以从种类丰富的探头中做出选择。

　　市场上有对应测量高电压、高速信号或用于多种场景的丰富的探头类型。

　　对于电流探头，检查是否需要测量其频率范围、输入电流、直流?

　　对于电流探头，因其可以进行非接触式测量，所以不会对测量对象产生过大的影响。

　　我们着重看看电压探头如何选择——

　　电压探头

　　规格

　　选择电压探头时需要确认的4种规格：

　　频率范围　　 ：由可测量的频率决定

　　输入电压范围 ：可观测信号的大电压+富余量(电涌等)

　　输入电阻　　 ：对测量对象产生的直流电负载

　　输入电容　　 ：对测量对象产生的交流(高频)电负载

　　参考如上规格选择合适的探头。

　　输入电阻过低会产生直流负载，会影响到电路的偏压。

　　输入电容过大会影响高速信号的上升等。

　　主要用途

　　有源探头

　　有源探头的探头内部前端安装有半导体元件。

　　无源探头：信号通过数米长的电缆被输入到示波器的半导体元件中。

　　有源探头：信号衰减后，直接输入到探头内部前端的半导体元件。该半导体元件可缓冲大容量电缆电容，因此可 大地减小输入电容，减小对上述测量对象的影响。有源探头可抑制探头的负载效应对测量对象产生的影响，非 常适合在高电阻、高频率的环境下进行测量。

　　下图是差分探头的结构：

　　1、去掉共模电压，可抽取出差分信号，用于 CAN、LVDS、高速串行通信等差分信号测量;

　　2、将示波器与测量对象的GND分离，用于配电电源电路等浮动电路或电路GND电阻较高的场合。

　　电流探头和

　　电流测量方法

　　我们简要介绍一下适用范围广的电流检测方式。

　　测量仪所采用的电流测量方法

　　采用分流电阻的电流测量方式

　　采用这种测量方法，需要切断有电流流过的线路，使用分流电阻形成旁路。有时也会采用一种方法，切断被测量导体，插入低值电阻(分流电阻)测量电阻两端电压。

　　采用此方法时需要注意的是，由分流电阻产生的电压会对测量对象的工作状态产生影响，电阻非常低的情况下容易受到寄生电感元件与寄生电容的影响，输出电压带有频率特性。另外需要借助差分和浮空进行检测。

　　但是在可忽略寄生电感元件与寄生电容影响的低频率下，该方法为测量精度高的方法。

　　采用电流互感器的电流测量方式

　　在磁芯上缠绕线圈制成CT结构感应器，其构造简单制作成本低廉，但是其检测的是磁场，因此原理上是无法检测直流电的。

　　CT感应器的工作原理如下：

　　由于被测量的导体内有电流，所以磁芯内产生了磁通量(φ)，为了消除该磁通量，在2级线圈上产生电动势，电流流经分流电阻。该电流产生的磁通量(φ)与被测电流产生的磁通量大小一致(φ=φ’)。

　　另外被测电流Ip与2级线圈(线圈数：n)的电流Is之间存在Is=Ip/n的关系。感应电动势的产生与磁通量的变化大小成比例，所以无法检测磁通量无变化的直流电。

　　而感应电动势与单位时间的磁通量变化成比例，因此变化速度越慢感应电动势越小，不足以进行检测。

　　电流互感器使用注意事项：

　　因为CT感应器的原理是在铁芯等磁芯中缠绕线圈，使其发挥出电感元件的功能。而在电感元件上添加直流磁场后可减少磁芯的透磁率，所以电感元件会衰减。如果增大直流磁场使其达到一定数值，磁芯会饱和，无法发挥电感元件的功能。这一特性被称为直流重叠特性。

　　电流探头的基本结构与在磁芯上缠绕线圈的电感元件的结构相同，所以会发生同样的现象。也就是说，在有直流电的情况下，电流探头的特性会发生变化，直流电流达到一定大小后电流探头便会失灵，无法输出波形。

　　使用零磁通门传感器检测直流电流

　　CT感应器不会对直流以及低频电流产生感应电动势，所以直流以及低频电流产生的磁通量会残留在磁芯内。如果在磁芯缝隙内安装的霍尔效应元件，它会检测出该磁通量，并将负反馈电流送入线圈以抵消该磁通量。此检测方法被称为零磁通门方法。

　　此方法可以有效减少磁芯内部的非线性影响，因此可进行高精度的测量。另外，还可以避免CT方法中的直流重叠特性。

　　如下图所示的原理，霍尔效应元件可从无法使用CT动作检测的直流电中检测出低频率磁通量(ΦーΦ');借由AMP，在磁通量相互抵消的方向上释放电流，消除磁芯内的磁通量;分流电阻中的电流为CT动作与AMP动作(霍尔效应元件检测值)相加的结果。

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