如何驗證電流探頭的可靠性？

　　電流探頭是示波器測量電流的必備配件，但不同品牌之間價格往往差別很大，到底什么樣的電探頭才是可靠的呢?這里分享了電流探頭可靠性驗證的完整過程，并呈現(xiàn)所有實測結(jié)果，您也可依據(jù)此法對自己使用的電流探頭進行驗證。

　　本文針對ZCP0030-50電流探頭進行了全方位性能參數(shù)驗證， 主要測試參數(shù)包括直流精度、上升時間、方波響應(yīng)、噪聲、以及開關(guān)電源開關(guān)管電流波形實測。為了讓實測結(jié)果更加直觀，我們選擇T公司的TCP312電流探頭作為實測對比，并且在所有測試配有圖片和測試結(jié)果，保證測試過程可追溯。

　　一、直流精度驗證

　　ZCP0030-50標(biāo)稱直流精度為1%rdg±1mV，實測精度如表1所示。

　　1、測試條件

　　精度測試所使用試儀器為FLUKE5720校準(zhǔn)器、六位半萬用表DMM6000。測試步驟，校準(zhǔn)器FLUKE5720輸出不同的被測電流值，萬用表讀取電流探頭的響應(yīng)電壓值。

　　圖 2.1 直流精度測試環(huán)境

　　2、精度數(shù)據(jù)

　　表 2.1 直流精度測試數(shù)據(jù)

　　3、驗證結(jié)論

　　上表格的數(shù)據(jù)顯示，ZCP0030-50在量程范圍內(nèi)的直流精度在1%rdg±1mV以內(nèi)。

　　二、上升時間驗證

　　ZCP0030-50的帶寬是50MHz，對應(yīng)上升時間≤7ns。探頭上升時間是指測試脈沖時，測量系統(tǒng)響應(yīng)波形從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%所需要的時間，是一個很關(guān)鍵的參數(shù)，上升時間越快，說明探頭的響應(yīng)越快，能測到更加快速變化的電流波形，還原電流波形的性能越好。

　　1、測試條件

　　測試電流探頭的上升時間使用的測試儀器是信號發(fā)生器Keysight33600和示波器ZDS2022。信號發(fā)生器產(chǎn)生上升時間為5ns的方波，示波器顯示經(jīng)過電流探頭后的上升波形和時間。

　　2、波形數(shù)據(jù)

　　圖 3.1 ZCP0030-50的上升時間

　　如圖 3.1所示，根據(jù)示波器測量到的上升時間為8.5ns，這個總時間是信號發(fā)生器自身的上升時間加上探頭的上升時間，所以實際上探頭的上升時間還需要將總時間減去信號發(fā)生器自身的上升時間，具體的計算公式如下。

　　3、驗證結(jié)論

　　實測結(jié)果在理論計算范圍內(nèi)，上升時間正常，實測帶寬在50MHz以上。

　　三、方波響應(yīng)驗證

　　方波響應(yīng)主要是用來簡易測試電流探頭幅頻響應(yīng)特性的測試方法。電流探頭能夠完整的重現(xiàn)方波波形，不出現(xiàn)畸變，說明探頭的幅頻響應(yīng)平坦，是良好的。

　　1、測試條件

　　測試電流探頭的方波響應(yīng)時，使用的測試儀器是信號發(fā)生器Keysight33600和示波器ZDS2022。信號發(fā)生器產(chǎn)生電流峰峰值為100mA，頻率分別1KHz、100KHz、1MHz為的方波，示波器顯示相對應(yīng)的方波波形。

　　2、波形數(shù)據(jù)

　　如圖3所示，在測試1KHz的電流方波時，探頭的方波響應(yīng)是很好的，波形基本上沒有畸變，波形比較平坦，沒有發(fā)生傾斜等。

　　圖3 1KHz電流方波響應(yīng)

　　如圖4所示，在測試100KHz的電流方波時，探頭的方波響應(yīng)是很好的，波形基本上沒有畸變，波形比較平坦，沒有發(fā)生傾斜等。

　　圖 4 100KHz電流方波響應(yīng)

　　如3所示，在測試1MHz的電流方波時，探頭的整體方波響應(yīng)的波形基本上沒有畸變，波形比較平坦，沒有發(fā)生傾斜等。

　　圖5 100KHz電流方波響應(yīng)

　　如圖5所示，在測試1MHz的電流方波時，探頭的整體方波響應(yīng)的波形基本上沒有畸變，波形比較平坦，沒有發(fā)生傾斜等。

　　3、驗證結(jié)論

　　實測結(jié)果在理論計算范圍內(nèi)，幅頻響應(yīng)平坦。

　　四、噪聲評測

　　噪聲是電流探頭的重要參數(shù)，噪聲的大小直接影響到探頭的分辨率，噪聲越小，分辨率越高。

　　1、測試條件

　　噪聲測試主要是使用示波器ZDS2022來觀察測試，并記錄相應(yīng)的測試值。

　　2、精度數(shù)據(jù)

　　如圖6所示，測試出來的電流探頭的實際噪聲的峰峰值小于10mA，交流有效值小于1mArms。

　　圖6 噪聲測試

　　3、驗證結(jié)論

　　實測結(jié)果在理論計算范圍內(nèi)，噪聲控制良好。

　　五、開關(guān)電源波形實測

　　示波器電流探頭主要用來配合示波器觀察電路上的電流波形，比如說MOS管上的電流波形，方便工程師調(diào)試電路，發(fā)現(xiàn)電路問題。通過測量開關(guān)電源開關(guān)管上的電流波形，將ZCP0030-50和T公司的TCP312進行對比測試，進一步驗證性能。

　　圖7 電流探頭測試開關(guān)管電流的連接圖

　　1、測試條件

　　電流波形對比測試主要用到的測試儀器主要有：ZDS2022示波器、電子負(fù)載、開關(guān)電源、電流探頭ZCP0030-50和TCP312。

　　測試步驟如下：

　　(1)將電流探頭ZCP0030-50和TCP312上電消磁調(diào)零后，將兩個探頭同時夾到在MOS管DS極間引出的導(dǎo)線上，將BNC輸出分別連接到示波器的通道1和通道2。具體如圖8所示。

　　圖8 開關(guān)管電流波形對比測試的儀器連接

　　(2)將開關(guān)電源的輸出接到電子負(fù)載上，給開關(guān)電源供電，電子負(fù)載可以設(shè)置為空載或者滿載狀態(tài)，觀察在兩種不同負(fù)載下，MOS管上不同的電流波形。

　　2、對比測試

　　如圖9所示，在開關(guān)電源滿載情況下，電流探頭ZCP0030-50和TCP312都能夠完整測量到MOS管上的電流波形，因TCP312帶寬為120MHz，二者峰峰值有約4%的差異。如圖10所示，在開關(guān)電源空載的情況下，電流探頭測量到的電流波形。

　　圖9 滿載時MOS管DS極間的電流波形

　　圖10 空載時MOS管DS極間的電流波形

　　開關(guān)電源的開關(guān)頻率并不是很高，大約在100KHz，但瞬時變化的上升時間卻是在ns級別的，需要高帶寬的電流探頭才能完整的重現(xiàn)電流波形細(xì)節(jié)。在開關(guān)電源滿載的情況下，將電流波形放大，觀察電流快速變化處的波形細(xì)節(jié)，兩種探頭顯示的波形細(xì)節(jié)幾乎一樣，如圖11所示。在開關(guān)電源空載的情況下，如圖12所示。

　　圖11 滿載時MOS管DS極間的電流波形細(xì)節(jié)

　　圖12 空載時MOS管DS極間的電流波形細(xì)節(jié)

　　3、驗證結(jié)論

　　對于高頻噪聲而言，實測結(jié)果的微小差異源自于帶寬差別，但對于開關(guān)頻率只在幾百KHz的信號而言，帶寬差別對實驗結(jié)果影響很小。此處建議選擇50M帶寬即可。

　　六、總結(jié)

　　一般來說直流精度、上升時間、方波響應(yīng)、噪聲、以及開關(guān)電源開關(guān)管電流波形等多個角度進行了全方位的實測即可相對完整的驗證整體測試結(jié)果。