你必须要了解的常见示波器电流探头的分类及原理！-电源网

电流探头的应用十分广泛，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、原理及重要技术指标，并通过实例分析了解探头之间的差别，希望能对大家有所帮助。

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。

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。

图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：

图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。

DC/AC电流探头

DC/AC电流探头既可以测量直流也可以测量交流信号，根据测量带宽可以分为低频嵌和高频嵌两种。低频嵌的电路原理一般采用开环系统测量，其精度低，带宽低，典型值为100KHz；高频嵌一般采用闭环系统测量，其精度高，带宽高，响应时间都在ns级别以上。下面将分别介绍：

市场上常见的DC/AC低频嵌，如CYBERTEK的CP8100L，泰克的A622带宽都在100KHz，其测量原理就是典型的开环系统测量，嵌头示意图如图3，霍尔器件感应DC和AC信号，由于霍尔器件的带宽有限，典型带宽值在100KHz左右，所以这类电流嵌的特点是带宽比较窄，响应时间在us级别，成本相对比较低，应用在要求不高的场合。

图3 低频嵌测量原理示意图

另一类是市场上常见的高频DC/AC嵌，如CYBERTEK公司的CP3000,4000,8000A系列，泰克的 TCP202 ,TCP312，TCP303等都属于这一类型。其特点是精度高，频带宽。原理如图4，该电路是典型的闭环系统，零磁通型电路，即原边电流所产生的磁场通过一个副边线圈的电流所产生的磁场进行补偿．使霍尔器件始终处于检测零磁通的工作状态。霍尔元件检测低频成分，线圈检测高频成分，两者合二为一，达到高带宽，高精度，满足应用要求比较高的场合。