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上海韋米機(jī)電設(shè)備有限公司

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在了解探頭的結(jié)構(gòu)之前，需要先了解一下示波器輸入接口的結(jié)構(gòu),，因?yàn)檫@里是連接探頭的地方，示波器的輸入接口電路和探頭共同組成了我們的探測(cè)系統(tǒng)。
大部分的示波器輸入接口采用的是 BNC 或兼容 BNC 的形式,。示波器的輸入端有 1M 歐姆或 50 歐姆的匹配電阻,。示波器的探頭種類(lèi)很多，但是示波器的匹配永遠(yuǎn)只有 1M 歐姆或 50 歐姆兩種選擇,，不同種類(lèi)的探頭需要不同的匹配電阻形式,。
從電壓測(cè)量的角度來(lái)說(shuō)，為了對(duì)被測(cè)電路影響小,，示波器可以采用 1M 歐姆的高輸入阻抗,，但是由于高阻抗電路的帶寬很容易受到寄生電容的影響。所以 1M歐姆的輸入阻抗廣泛應(yīng)用與 500M 帶寬以下的測(cè)量,。對(duì)于更高頻率的測(cè)量,，通常采用 50 歐姆的傳輸線，所以示波器的 50 歐姆匹配主要用于高頻測(cè)量,。傳統(tǒng)上來(lái)說(shuō),，市面上 100MHz 帶寬以下的示波器大部分只有 1M 歐姆輸入，因?yàn)椴粫?huì)用于高頻測(cè)量,；100MHz～1GHz 帶寬的示波器大部分有 1M 歐姆和 50 歐姆的切換選擇,，同時(shí)兼顧高低頻測(cè)量；2GHz 或更高帶寬的示波器由于主要用于高頻測(cè)量,，所以大部分只有 50 歐姆輸入,。不過(guò)隨著市場(chǎng)的需求，有些 2GHz 以上的示波器也提供了 1M 歐姆和 50 歐姆的輸入切換,。
廣義的意義上說(shuō),，測(cè)試電纜也屬于一種探頭，比如 BNC 或 SMA 電纜,，而且這種探頭既便宜性能又高,。但是使用測(cè)試電纜連接時(shí)需要在被測(cè)電路上也有 BNC或 SMA 的接口，所以應(yīng)用場(chǎng)合有限,，主要用于射頻和微波信號(hào)測(cè)試,。對(duì)于數(shù)字或
通用信號(hào)的測(cè)試，還是需要專(zhuān)門(mén)的探頭,。
示波器的探頭按是否需要供電可以分為無(wú)源探頭和有源探頭,，按測(cè)量的信號(hào)類(lèi)型可以分為電壓探頭、電流探頭,、光探頭等,。所謂的無(wú)源探頭，是指整個(gè)探頭都由無(wú)源器件構(gòu)成,，包括電阻,、電容,、電纜等；而有源探頭內(nèi)部一般有放大器,，放大器是需要供電的,，所以叫有源探頭。

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電流探頭是根據(jù)法拉第原理設(shè)計(jì)的用來(lái)測(cè)量導(dǎo)線中干擾電流信號(hào)的磁環(huán),，本質(zhì)上是一個(gè)匝數(shù)為1的變壓器,。使用電流探頭能夠測(cè)量流經(jīng)導(dǎo)線的電流大小。電流探頭分為AC/DC電流探頭以及AC電流探頭,。前者可以測(cè)量直流以及交流電流的大小,，后者只可以測(cè)量交流電流的大小。

流經(jīng)導(dǎo)線的電流會(huì)導(dǎo)致在導(dǎo)線周?chē)纬呻姶磐繄?chǎng),。電流探頭是為傳感
這個(gè)磁通量場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)而設(shè)計(jì)的,，并把它轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓，以使用示波器進(jìn)行測(cè)量,。這允許使用示波器查看和分析電流波形,。在與示波器的電壓測(cè)量功能相結(jié)合使用時(shí)，電流探頭還允許進(jìn)行各種功率測(cè)量,。根據(jù)示波器的波形數(shù)學(xué)運(yùn)算功能,，這些測(cè)量可以包括瞬時(shí)功率、真實(shí)功率,、視在功率和相位,。
示波器的電流探頭基本上分成兩類(lèi)：即AC電流探頭和AC/DC電流探頭，AC電流探頭通常是無(wú)源探頭,，AC/DC電流探頭通常是有源探頭,。這兩種類(lèi)型都采用相同的轉(zhuǎn)換原理就是感應(yīng)導(dǎo)線中的電流(AC)。
要進(jìn)行轉(zhuǎn)換,，必須先有電流流經(jīng)導(dǎo)線,，根據(jù)電流流動(dòng)的幅度和方向構(gòu)建和消除磁通量場(chǎng)。在這個(gè)場(chǎng)中放一個(gè)線圈時(shí),，如上圖所示,，變化的磁通量場(chǎng)會(huì)通過(guò)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換操作，在線圈中引起電壓,。這種轉(zhuǎn)換操作是AC電流探頭的基礎(chǔ),。
AC電流探頭頭部實(shí)際上是一個(gè)線圈，這個(gè)線圈纏在磁芯上,。當(dāng)這個(gè)探頭頭部保持在方向及接近承載AC電流的導(dǎo)線時(shí),，探頭會(huì)輸出一個(gè)線性電壓，這一電壓與導(dǎo)線中電壓的比例是已知的,。這種與電流有關(guān)的電壓可以在示波器上顯示為電流刻度的波形
AC電流探頭的帶寬取決于探頭線圈的設(shè)計(jì)和其它因素,。帶寬可以高達(dá)1GHz,。但是，比較典型的帶寬低于100MHz,。
在任何情況下,，AC電流探頭還有一個(gè)低頻截止點(diǎn)，這包括直流(DC),，因?yàn)橹绷鞑粫?huì)引起變化的磁通量場(chǎng)，因此不會(huì)引起轉(zhuǎn)換動(dòng)作,。另外在非常接近DC的頻率上,，如0.01Hz，磁通量場(chǎng)變化速度不足以能夠?qū)崿F(xiàn)變換動(dòng)作,。但是,，可以在探頭帶寬范圍內(nèi)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換動(dòng)作，進(jìn)行衡量的輸出,。另外,，根據(jù)探頭線圈的設(shè)計(jì)，帶寬的低頻可能會(huì)低達(dá)到0.5Hz或1.2kHz,。
對(duì)帶寬始于DC附近的探頭,，可以在探頭設(shè)計(jì)中增加霍爾效應(yīng)設(shè)備，檢測(cè)DC,。其結(jié)果是得到帶寬從DC開(kāi)始,、擴(kuò)展到規(guī)定頻率上限3dB點(diǎn)的AC/DC探頭。這類(lèi)探頭至少要求一個(gè)電源,，霍爾效應(yīng)設(shè)備進(jìn)行DC傳感,。根據(jù)探頭設(shè)計(jì)，還可能會(huì)要求電流探頭放大器,，以組合和調(diào)節(jié)AC和DC電平,，為在示波器上進(jìn)行查看提供單一的輸出波形。
從本質(zhì)上看,，電流探頭的工作方式類(lèi)似于緊密耦合的轉(zhuǎn)換器,。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)操作，傳感的電流導(dǎo)線是一圈線圈(N1),。來(lái)自這個(gè)單線圈的電流會(huì)轉(zhuǎn)換成與線圈比率成比例(N2/N1)的多線圈(N2)探頭輸出電壓,。同時(shí)，探頭的阻抗作為串聯(lián)插入阻抗轉(zhuǎn)換回到導(dǎo)線上,。這種插入阻抗與頻率相關(guān),，其1MHz值一般位于30-500M?的范圍內(nèi)，具體視探頭而定,。在大多數(shù)情況下,，電流探頭的插入阻抗很小,，產(chǎn)生的負(fù)載可以忽略不計(jì)。
電流探頭有兩種形式,，一種特定的探頭類(lèi)型,，稱為分芯探頭。這類(lèi)探頭的線圈放在"U"形芯上,，"U"形芯帶有一鐵氧體滑塊,，滑塊蓋住"U"形頂部。這類(lèi)探頭的優(yōu)點(diǎn)在于,，鐵氧體滑塊可以收縮,，使得探頭能夠方便地卡到測(cè)量電流的導(dǎo)線上。在測(cè)量完成時(shí),，滑塊可以收縮,，探頭可以移到其它導(dǎo)線上。另外一種電流探頭是實(shí)芯電流轉(zhuǎn)換器,。這些電流轉(zhuǎn)換器*繞在被測(cè)導(dǎo)線上,。結(jié)果，必須斷開(kāi)被測(cè)導(dǎo)線,，把導(dǎo)線穿過(guò)轉(zhuǎn)換器,，然后重新把導(dǎo)線連接到電路上，才能安裝這些轉(zhuǎn)換器,。實(shí)芯探頭的主要優(yōu)勢(shì)是它們體積非常小,，提供了非常快的頻響,，可以測(cè)量快速,、低幅度電流脈沖和AC信號(hào)。到目前為止,，分芯電流探頭是探頭類(lèi)型,，其分為AC型和AC/DC型。所以后面的規(guī)格參數(shù)介紹,，將以分芯電流探頭為主進(jìn)行介紹,。
電流探頭雖然沒(méi)有示波器的電壓探頭那么常見(jiàn)，但是它的作用是其他探頭無(wú)法代替的,。它能夠在不破壞導(dǎo)線的情況下測(cè)量流經(jīng)導(dǎo)線的電流,。當(dāng)電流探頭與電壓探頭配合使用時(shí)能夠測(cè)試功率、相位等數(shù)據(jù),。這對(duì)于測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)來(lái)說(shuō)非常的有用,。

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