利用泰克示波器進(jìn)行電流測量的方法介紹

　　很多場合需要對系統(tǒng)、電路或者芯片的工作電流進(jìn)行測試，以了解系統(tǒng)的功耗和工作狀態(tài)。如果只是做靜態(tài)電流的測量，使用萬用表就可以了；如果要觀察到稍快些的電流的變化情況，可以使用一些低速的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，工業(yè)上通用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備能夠以比較高的精度對電流的波形做連續(xù)采集和記錄，但通常采樣率有限(約1Hz~100KHz左右)；而如果希望觀察到更快速的電流動態(tài)變化，比如測量設(shè)備上電瞬間的沖擊電流、開關(guān)電源的開關(guān)損耗、存儲芯片在不同讀寫狀態(tài)的電流消耗等，可能就需要用到示波器了。

泰克MDO4104C混合域示波器

　　泰克示波器本身只能顯示電壓隨時間的變化波形，也就是只能進(jìn)行電壓量的測量。之前安泰測試給大家分享過示波器進(jìn)行電壓測試的方法，如果要進(jìn)行電流的測量，需要把電流量轉(zhuǎn)換成電壓量才能測量，今天安泰測試就給大家分享一下常用的把電流轉(zhuǎn)換成電壓進(jìn)行測量的方法：取樣電阻、霍爾元件以及電磁感應(yīng)幾種方法。

　　1、取樣電阻法

　　取樣電阻的方法是在被測的電流路徑上串接一個小的電阻(比如0.1歐姆或1歐姆)，這樣電流流過時就會產(chǎn)生壓降。通過用差分探頭測量取樣電阻上的壓降，再根據(jù)歐姆定律就可以計算出電阻上的流過電流。這種方法的優(yōu)點是成本低、易于實現(xiàn)，但缺點是需要斷開被測電路(或者在設(shè)計時就在電流路徑 上串接取樣電阻)并會產(chǎn)生額外壓降。

　　取樣電阻的測量方法不太適合有大電流動態(tài)變化的場合。比如有些消費電子的電路中，工作狀態(tài)和待機(jī)狀態(tài)的電流會有比較大的差異。假設(shè)被測電路的電流會在10mA~1A間變化，工作電壓為1.5V。此時如果選擇采樣電阻為0.1歐姆，則在流過1A電流時已經(jīng)會產(chǎn)生0.1V的壓降，已經(jīng)使得工作電壓降為1.4V，大電流流過時有些器件可能已經(jīng)無法正常工作;而當(dāng)流過10mA電流時，采樣電阻上的壓降只有1mV，已經(jīng)超出很多示波器本身能夠分辨出的電壓變化的極限。如果增大采樣電阻阻值，則大電流時壓降會越大;而如果減小采樣電阻阻值，則小電流時越不容易分辨出來。因此如果被測電路的電流有比較大的變化范圍，取樣電阻的方法很難兼顧測量精度和壓降的影響。

　　為了解決這個問題，有些示波器廠商提供了專門做小電流測量的探頭。比如Keysight公司的N2820A探頭提供了1個300倍增益的通道，可以把示波器的小信號測量能力從mV級擴(kuò)展到uV級，并且還提供了雙量程的測量通道，可以用兩個通道同時測量大電流和小電流的變化。但要注意的是這個300倍增益的放大器只有3MHz的帶寬，所以如果對于測量帶寬有高要求的場合并不適用。

　    2、霍爾元件法

　　霍爾元件的方法是利用霍爾器件的磁電效應(yīng)把被測電流路徑感生出的磁場轉(zhuǎn)換成電壓進(jìn)行測量。很多示波器廠商都提供基于霍爾效應(yīng)的電流探頭。

　　電流探頭的前端有一個磁環(huán)，使用時這個磁環(huán)套在被測的供電線上。電流流過電線所產(chǎn)生的磁場就這個磁環(huán)收集到，磁環(huán)里的磁通量和電線上流過的電流成正比;同時磁環(huán)內(nèi)部有一個霍爾傳感器，可以檢測磁通量，其輸出電壓和磁通量成正比。因此，電流探頭的輸出電壓就和被測電線上流過的電流成正比，示波器通過測量探頭的輸出電壓值就可以知道被測供電線上電流的大小。 典型電流探頭的轉(zhuǎn)換系數(shù)是0.1V/A或0.01V/A，即供電線上有1A的電流流過，電流探頭的輸出電壓是0.1V或0.01V。下圖是基于霍爾效應(yīng)的電流探頭的工作原理。

　　這種電流探頭的主要好處是不用斷開供電線就可以進(jìn)行電流測量，同時由于其基于霍爾效應(yīng)，所以同時可以進(jìn)行直流和交流測量。電流探頭的典型應(yīng)用場合是系統(tǒng)功率測量、功率因子測量、開關(guān)機(jī)沖擊電流波形測量等。電流探頭的主要缺點在于其小電流的測量能力受限于示波器的底噪聲，所以小電流測量能力有限。一般小于10mA的電流就很難測量到了。

　　由于通常的基于霍爾效應(yīng)的電流探頭最小的電流探測能力都在10mA左右，如果需要進(jìn)行更小的或者更精確的小電流測量，有一個方法是把被測的供電線在電流探頭上多繞幾圈。由于霍爾器件感應(yīng)到的磁通量和磁環(huán)路里電流的大小成正比，把供電線在電流探頭上繞10圈就相當(dāng)于把電流放大了10倍。下圖是電流探頭用于小電流信號測量的一個例子。

　　3、電磁感應(yīng)法

　　還有一種電流測試的探頭是基于電磁感應(yīng)的，這種探頭的工作原理類似于有些電工使用的鉗形表，是利用電感線圈感應(yīng)產(chǎn)生電流，并使感生電流流過負(fù)載產(chǎn)生電壓來進(jìn)行測量的。示波器里使用的這種感應(yīng)探頭靈敏度和帶寬都可以做得比較高(帶寬可以到2GHz或以上)，但是由于是采用電感線圈感應(yīng)的原理，所以無法用于直流及低頻電流的測試(很多高頻電磁感應(yīng)探頭的低頻起始點在100KHz左右)。這種探頭主要用于磁頭驅(qū)動電流、ESD放電電流等對帶寬要求比較高的場合。

　　比如一般的石英晶體振蕩器都有驅(qū)動功率(Drive Level)的要求，這個指作用在石英晶體振蕩器上用于起振并維持振蕩的功率，過小可能會停振，過大則會造成振蕩不穩(wěn)定以及晶體的壽命衰減。驅(qū)動功率可以測量流過振蕩器的電流，再乘上本身的等效內(nèi)阻換算得到。下圖是用這種電磁感應(yīng)探頭通過測量流過晶體振蕩器的電流的例子。

　　以上就是安泰測試給大家分享的如何利用泰克示波器進(jìn)行電流測量，如果大家在使用示波器過程中有什么問題歡迎訪問安泰測試。