如何选择示波器的探头？基础篇（2）
时间：2023-01-05 阅读：1169
示波器探头选择的基础篇，目录如下：
• 探头种类
• 电压探头规格
• 示波器用电压探头
• 无源探头
• 有源探头
• 电流测量
探头种类
不同的探头适用于不同的环境。选择最合适的探头是测量的第一步。
首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 ：可观测信号的最大电压＋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
参考如上规格选择最合适的探头。
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
以上为《基础篇（1）》的衔接
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，因此可极大地减小输入电容，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：
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；
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。
电流探头检测的是需要测量的电流四周的磁场，所以可以进行非接触式测量，这样能减小对测量对象的影响。
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，该方法为测量精度最高的方法。
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。
