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(jià)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(guò)程，并呈現所有實(shí)測結果，您也可依據此法對自己使用的電流探頭進(jìn)行驗證。

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

　　一、直流精度驗證

　　ZCP0030-50標稱(chēng)直流精度為1%rdg±1mV，實(shí)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校準器、六位半萬(wàn)用表DMM6000。測試步驟，校準器FLUKE5720輸出不同的被測電流值，萬(wàn)用表讀取電流探頭的響應電壓值。

　　圖 2.1 直流精度測試環(huán)境

　　2、精度數據

　　表 2.1 直流精度測試數據

　　3、驗證結論

　　上表格的數據顯示，ZCP0030-50在量程范圍內的直流精度在1%rdg±1mV以?xún)取?/p>

　　二、上升時(shí)間驗證

　　ZCP0030-50的帶寬是50MHz，對應上升時(shí)間≤7ns。探頭上升時(shí)間是指測試脈沖時(shí)，測量系統響應波形從穩態(tài)值的10%上升到90%所需要的時(shí)間，是一個(gè)很關(guān)鍵的參數，上升時(shí)間越快，說(shuō)明探頭的響應越快，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(shí)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(shí)間為5ns的方波，示波器顯示經(jīng)過(guò)電流探頭后的上升波形和時(shí)間。

　　2、波形數據

　　圖 3.1 ZCP0030-50的上升時(shí)間

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

　　3、驗證結論

　　實(shí)測結果在理論計算范圍內，上升時(shí)間正常，實(shí)測帶寬在50MHz以上。

　　三、方波響應驗證

　　方波響應主要是用來(lái)簡(jiǎn)易測試電流探頭幅頻響應特性的測試方法。電流探頭能夠完整的重現方波波形，不出現畸變，說(shuō)明探頭的幅頻響應平坦，是良好的。

　　1、測試條件

　　測試電流探頭的方波響應時(shí)，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，示波器顯示相對應的方波波形。

　　2、波形數據

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

　　圖3 1KHz電流方波響應

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

　　圖 4 100KHz電流方波響應

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

　　圖5 100KHz電流方波響應

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

　　3、驗證結論

　　實(shí)測結果在理論計算范圍內，幅頻響應平坦。

　　四、噪聲評測

　　噪聲是電流探頭的重要參數，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(lái)觀(guān)察測試，并記錄相應的測試值。

　　2、精度數據

　　如圖6所示，測試出來(lái)的電流探頭的實(shí)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、驗證結論

　　實(shí)測結果在理論計算范圍內，噪聲控制良好。

　　五、開(kāi)關(guān)電源波形實(shí)測

　　示波器電流探頭主要用來(lái)配合示波器觀(guān)察電路上的電流波形，比如說(shuō)MOS管上的電流波形，方便工程師調試電路，發(fā)現電路問(wèn)題。通過(guò)測量開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)管上的電流波形，將ZCP0030-50和T公司的TCP312進(jìn)行對比測試，進(jìn)一步驗證性能。

　　圖7 電流探頭測試開(kāi)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、電子負載、開(kāi)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上電消磁調零后，將兩個(gè)探頭同時(shí)夾到在MOS管DS極間引出的導線(xiàn)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(kāi)關(guān)管電流波形對比測試的儀器連接

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

　　2、對比測試

　　如圖9所示，在開(kāi)關(guān)電源滿(mǎn)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(kāi)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(mǎn)載時(shí)MOS管DS極間的電流波形

　　圖10 空載時(shí)MOS管DS極間的電流波形

　　開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率并不是很高，大約在100KHz，但瞬時(shí)變化的上升時(shí)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電流波形細節。在開(kāi)關(guān)電源滿(mǎn)載的情況下，將電流波形放大，觀(guān)察電流快速變化處的波形細節，兩種探頭顯示的波形細節幾乎一樣，如圖11所示。在開(kāi)關(guān)電源空載的情況下，如圖12所示。

　　圖11 滿(mǎn)載時(shí)MOS管DS極間的電流波形細節

　　圖12 空載時(shí)MOS管DS極間的電流波形細節

　　3、驗證結論

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

　　六、總結

　　一般來(lái)說(shuō)直流精度、上升時(shí)間、方波響應、噪聲、以及開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)管電流波形等多個(gè)角度進(jìn)行了全方位的實(shí)測即可相對完整的驗證整體測試結果。