不用“土豪”裝備，教你如何用普通示波器進(jìn)行電流測試

這篇文章不是在鼓勵山寨，只是在分享示波器的發(fā)燒級功能。類(lèi)似方法還有諸如用無(wú)源探頭的地線(xiàn)和信號針短路當作近場(chǎng)探頭。

該文所描述的這種方法得到的測量結果雖然有誤差，但畢竟提供了不花錢(qián)的一種定性的結果。文中圖片也可以看出這種帶有明顯誤差的做法和使用電流探頭測量結果是有比較大的差別的。

PS：有錢(qián)還是不要省電流探頭和高壓差分探頭哦。測量有風(fēng)險，誤差要防范。

問(wèn)題提出：

示波器是大多數電子工程師使用最多的一種儀器，提起示波器大家馬上想到的是測試電壓，當然很多示波器還可做比較粗略的頻譜分析等，但很多示波器對電子工程師很關(guān)注的一項指標--- 電流卻無(wú)法測試，在一些分析驗證中不光需要測試電壓，有時(shí)更需要測試電流;目前一些比較高端的示波器可以測試電流，不過(guò)需要另購有源電流探頭，提到有源兩字，就意味著(zhù)不菲的價(jià)格，不錯，購買(mǎi)一根有源電流探頭的花費差不多可以購買(mǎi)一些品牌的中端示波器了，所以這不是一般小公司玩得起的“土豪”裝備啊。

提到電流測試，有人可能會(huì )說(shuō)萬(wàn)用表不就可以測量嗎?當然萬(wàn)用表可以測量某個(gè)時(shí)刻的電流，但存在幾個(gè)問(wèn)題：1、由于萬(wàn)用表的反應速度較慢(一般都是百mS量級)，用這樣的反應速度來(lái)捕捉某些稍縱即逝的信號猶如騎自行車(chē)去追緝坐高鐵的疑犯;2、萬(wàn)用表無(wú)法記錄長(cháng)時(shí)間的測試結果，好一些的表可以記錄最大、最小值等;3、最關(guān)鍵的是萬(wàn)用表無(wú)法看到電流變化的過(guò)程，很多時(shí)候我們希望看到的是變化過(guò)程而不只是結果，比如我們想知道三極管過(guò)流損壞最可能在什么時(shí)候發(fā)生的而不是只想看到三極管在冒煙。

沒(méi)有昂貴的電流探頭就無(wú)法用示波器看到電流的變化過(guò)程嗎?其實(shí)我們換個(gè)思路還是可以找到解決方法的，方法其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是我們中學(xué)物理學(xué)過(guò)的I=V/R，淚奔了吧?注意這個(gè)V不是某點(diǎn)的電壓，而是兩點(diǎn)的電位差，這是個(gè)關(guān)鍵，也是一些初學(xué)者容易陷入誤區的地方，如果用某點(diǎn)的電壓變化去推測電流的變化那很多時(shí)候就要出錯了，后面我們從實(shí)例測試可看到這點(diǎn)。

具體方法：

這個(gè)方法的具體做法是：用兩根探頭分別測出一個(gè)電阻(甚至可以是一段線(xiàn)，當然前提是這段線(xiàn)的電阻大到其兩端可以產(chǎn)生合適的電位差)兩端的電壓V1、V2，然后用示波器的計算功能就能實(shí)時(shí)地計算出△V=V1-V2，而I=△V /R，只要環(huán)境不發(fā)生激烈的變化等我們可認為R是不變的，因此I是隨△V線(xiàn)性變化的，所以△V的變化反映的就是電流的變化。我們下面通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)驗證一下這個(gè)方法是否可行。

實(shí)例驗證：

下面示波器截圖1測試的是某PCB上一MOS管在上電瞬間，漏極和源極之間的電壓和電流變化，其中棕色波形是源極電壓Vs，紫色波形是漏極電壓Vd，黃顏色的較粗波形就是通過(guò)示波器運算功能計算出來(lái)的漏源極電壓 △Vsd =Vs-Vd(本例中通道C1測量的是Vs，通道C2測量的是Vd，因此具體的運算設置就如圖2所示的C1-C2);綠色波形是用有源電流探頭測試出來(lái)的漏源極電流Isd，從Isd和 △Vsd兩者的波形對比可看出，它們的變化過(guò)程非常接近;用有源電流探頭測出的Isd峰值大概為3.6A;計算得到的△Vsd峰值大概為0.43V，用萬(wàn)用表測得的該線(xiàn)路電阻大概為0.15?，因此用電位差方法得到的電流峰值大概為0.43V/0.15 ? =2.87A，這跟有源電流探頭測試的結果有差別，當然這跟MOS管不同狀態(tài)的導通電阻、示波器、無(wú)源探頭、萬(wàn)用表的誤差等有關(guān)，但是用這個(gè)方法來(lái)測試我們最關(guān)注的電流變化過(guò)程是完全可行的，通過(guò)觀(guān)察電流的變化可以大致知道MOS管的損壞最可能在什么時(shí)候發(fā)生，從而為采取正確的措施提供依據。

看到這里，有經(jīng)驗的工程師可能會(huì )提出一個(gè)問(wèn)題: 使用普通的探頭進(jìn)行測試，共模抑制比CMRR如何解決? 確實(shí)是存在這個(gè)問(wèn)題，不過(guò)我們前面也提過(guò)，這方法最主要是可讓我們看到電流的變化過(guò)程，在各種因素的影響下用這方法測試出來(lái)的具體電流值的準確程度肯定比不上專(zhuān)門(mén)的有源電流探頭(如果這個(gè)不花錢(qián)的方法能完全解決幾萬(wàn)元才能解決的問(wèn)題，以后有源電流探頭就賣(mài)不出去了，當然如果你恰好看到本文，某天用電流的變化分析解決了以前的某個(gè)懸案，不妨可以此說(shuō)服老板少喝兩瓶，買(mǎi)個(gè)電流探頭^_^);而且要解決CMRR的話(huà)就需要用到有源差分探頭，這東東的身價(jià)跟電流探頭可有一拼了，這樣的話(huà)就達不到我們不花錢(qián)的目的了^_^;不過(guò)，Vs-Vd有個(gè)好處就是可消除一部分信號上的干擾。

另外，我們從截圖可以看到，單點(diǎn)的電壓Vs或Vd的變化不同于Isd的變化，所以不要陷入用單點(diǎn)電壓變化來(lái)估算電流變化的誤區。

圖1 通過(guò)兩個(gè)電壓相減得到電壓差近似測量電流的變化

另外，使用這個(gè)方法有個(gè)前提是示波器需要具有通道間的數據計算功能(如圖2)，這個(gè)功能對現在很多基于Windows操作系統的示波器來(lái)說(shuō)是小菜一碟;當然，如果示波器的運算公式能加入R，就是圖2的Summary為I=△V/R，計算得到的結果就更直觀(guān)了。

總結思考：

方法總是比問(wèn)題多，在很多情況下，換個(gè)思路就可能找到解決問(wèn)題的辦法。比如很多工程師由于無(wú)合適的儀器可觀(guān)察到電流的變化過(guò)程，對電路中電流是如何變化的，很多時(shí)候可能是靠經(jīng)驗去估算，但這種估算不一定跟實(shí)際情況吻合，本文提出的方法可讓工程師在不花錢(qián)的情況下使用現有的示波器觀(guān)察到電路中電流的變化過(guò)程，雖然其理論基礎不是“高大上”，但具有較好的實(shí)用價(jià)值，使現有的示波器多了一只“眼睛”。

其實(shí)這文章的想法是多年前我公司還沒(méi)買(mǎi)電流探頭時(shí)自己的一些嘗試，當時(shí)這樣去嘗試是因為沒(méi)有合適的工具又想知道電流是如何變化的，現在應該還有很多不想買(mǎi)或買(mǎi)不起有源電流探頭的中小公司工程師面臨我當年的困惑，希望把我當年的想法整理成的文章能對他們有所幫助。