利用示波器測試信號，經(jīng)常會用到探頭探測信號，工程師經(jīng)常使用電壓探頭和電流探頭探測信號，如果要測電源、三相電機(jī)、功率、馬達(dá)驅(qū)動器等，都會用到電流探頭。實(shí)時示波器配合電流探頭進(jìn)行電流測試，并可觀測和分析電流波形。如果示波器的電壓探頭和電流探頭同時配合使用，可完成進(jìn)行各種功率測量，并可以利用示波器的Math數(shù)學(xué)運(yùn)算功能來測量瞬時功率、視在功率、有效功率等功率參數(shù)，也可以利用示波器的功率分析軟件來完成功率的自動測量。

1.電流探頭工作原理

    要知道電流探頭的工作原理，我們先來了解一下霍爾效應(yīng)，霍爾效應(yīng)是電磁效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是由美國物理學(xué)家霍爾在1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)制時發(fā)現(xiàn)的，當(dāng)電流垂直于外磁場通過半導(dǎo)體時，載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，垂直于電流和磁場的方向會產(chǎn)生一附加電場，從而在半導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢差，這個現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，就像一條路， 本來大家是均勻的分布在路面上并往前移動，當(dāng)有磁場時， 大家可能會被推到靠路的右邊行走，因此在路(導(dǎo)體)的兩側(cè)，就會產(chǎn)生電壓差，叫“霍爾效應(yīng)”。利用示波器測電流需要用到電流探頭，常用的電流探頭是利用霍爾效應(yīng)測磁場，通過測量電路周圍磁場的變化來得到電流信號。

    電流探頭工作原理：流經(jīng)導(dǎo)線的電流會在導(dǎo)線周圍形成電磁通量場，電流探頭測量電子在導(dǎo)線內(nèi)運(yùn)動時生成的磁場，通過檢測磁場的變化，把磁場轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號，通過和實(shí)時示波器配合，得到對應(yīng)的電流波形。電流探頭在測試直流和低頻交流時，利用霍爾器件來檢測，利用霍爾效應(yīng)來測量交直流混合的電流，隨著被測電流信號的頻率越來越高，霍爾效應(yīng)會逐漸減弱，測量高頻的交流電流時，利用電流變壓器感應(yīng)交流電流。霍爾器件檢測低頻成分，電流變壓器線圈檢測高頻成分，兩者合二為一，滿足不同的應(yīng)用場合。AC/DC電流探頭是利用霍爾器件來感應(yīng)直流電流和利用電流變壓器線圈感應(yīng)交流電流，從而完成AC和DC電流的探測。

2.電流探頭的分類

    目前用于示波器上的電流探頭基本分成兩類：AC電流探頭和AC/DC電流探頭，AC電流探頭通常是無源探頭，成本低，但無法測量DC分量，AC電流探頭有一個低頻截止帶寬。AC/DC電流探頭通常是有源探頭，AC/DC電流探頭既可以測量直流也可以測交流電流信號，AC/DC電流探頭利用霍爾器件感應(yīng)直流和低頻交流信號，高頻電流信號利用變壓器工作原理，感應(yīng)導(dǎo)線中的交流(AC)。電流探頭的帶寬大高達(dá)幾GHz，一般常用的電流探頭帶寬低于120MHz。

3.電流探頭的應(yīng)用場合

    電流探頭廣泛應(yīng)用于馬達(dá)驅(qū)動器、電源、半導(dǎo)體設(shè)備、功率逆變器、電子鎮(zhèn)流器、消費(fèi)電子產(chǎn)品、馬達(dá)驅(qū)動器等。

    電流探頭配合電壓探頭同時測試，利用示波器的Math波形數(shù)學(xué)處理能力，可用于各種功率的測量。

瞬時功率=電壓x電流

有效功率=電壓(有效值)x電流(有效值)x相角

視在功率=電壓(有效值)x電流(有效值)

電壓角度(相位)

電流角度(相位)

    電流探頭電流探測范圍可以從幾毫安到幾千安培、AC/DC電流探頭頻率從DC 到120MHz以上，AC電流探頭可達(dá)GHz，廣泛用于各種電流測量需求，電流探頭根據(jù)測試需求可供選擇型號也非常廣泛。為某個特定的應(yīng)用選擇電流探頭在很多方面與選擇電壓探頭類似。靈敏度、電流范圍、頻率范圍、帶寬、上升時間、交流和直流電流能力等某些關(guān)鍵指標(biāo)。

4.電流探頭的主要指標(biāo)

4.1 電流探頭的帶寬

    電流探頭也有帶寬，電流探頭的帶寬是指探頭響應(yīng)幅度下降到-3dB對應(yīng)的截止頻率。AC電流探頭還有低頻帶寬限制，AC電流探頭無法測試DC電流和低頻電流信號，因此AC電流探頭有工作頻率范圍。電流探頭配合示波器一起使用，還需要考慮示波器的帶寬，這種系統(tǒng)帶寬決定著整體測量帶寬。

4.2 電流探頭上升時間 

   上升時間通常利用10% 至 90% 階躍響應(yīng)時間，表征探頭從前端到后端測量轉(zhuǎn)換時間。要精準(zhǔn)測量上升時間和下降時間，需要示波器和電流探頭組合的測量系統(tǒng)的上升時間比被測信號的上升時間快3至5倍。

4.3 安培秒乘積

    對于電流探頭，安培秒乘積規(guī)定了電流探頭線性操作的大極限。對電流脈沖，這一乘積定義為平均電流幅度乘以脈寬。如果超過安培秒乘積，電流變壓器磁芯會飽和。由于飽和的磁芯不能處理更多的電流感應(yīng)的通量，因此在電流輸入和電壓輸出之間不再成恒定的比例，在超過安培秒乘積的區(qū)域中波形部分被削掉；如果沒有超過安培秒乘積，探頭的信號電壓輸出將呈線性，并保證測量精度。

4.4  大額定輸入電流

    電流探頭可接受的大額定輸入電流，同時仍能正常工作的總電流(DC+峰值A(chǔ)C)，在AC電流測量中，必須根據(jù)頻率降低峰值額定值。

4.5 大額定峰值脈沖電流

   探測電流不超過這一額定值，考慮了磁芯飽和可能損壞設(shè)備的次級電壓積累，大額定峰值脈沖電流通常規(guī)定為安培秒乘積。

5.電流探頭的使用步驟

    為了進(jìn)行正確電流測試，工程師需要在使用前對電流探頭進(jìn)行消磁和校零調(diào)節(jié)，消磁可以消除電流探頭的寄生磁場，否則會產(chǎn)生零點(diǎn)的漂移和測量誤差。每次進(jìn)行消磁后，都需要調(diào)節(jié)探頭的零點(diǎn)，消除存在的偏移。電流探頭接到示波器的通道后，一般在示波器界面上會自動顯示安培單位，還需在示波器上菜單AutoZero 功能單擊操作可完成消磁和自動校零，有些電流探頭在探頭上就有Degauss/AutoZero按鈕，按一下AutoZero按鈕，會消除測量系統(tǒng)中存在的任何DC偏置誤差。

5.1 如何使用TCPA300電流放大器和電流探頭進(jìn)行電流測試

下圖是泰克TCPA300/TCPA400電流探頭系統(tǒng)。

泰克TCPA300+TCP312/TCP305/TCP303電流探頭系統(tǒng)使用步驟如下：

Step1. 將探頭接入放大器，并鎖緊；

Step2. 將放大器與示波器連接；

Step3. 將探頭的鉗口閉鎖，不接入任何被測線纜，如圖所示；

Step4. 完成上述設(shè)置后，點(diǎn)擊下圖中的按鈕4，進(jìn)行自動消磁和調(diào)零；

Step5. 消磁完成后，Autobalance 的指示燈為綠色；

Step6. 把被測的導(dǎo)線利用電流鉗夾住，然后鉗口閉鎖；

Step7. 使用“自動設(shè)置”調(diào)節(jié)示波器，顯示穩(wěn)定波形，讀取示波器顯示屏幕上的測量值。

5.2 如何使用TCP0030A進(jìn)行電流測試

Step1. 將探頭接到示波器TekVPI 通道；

Step2. 要斷開連接，請先按閉鎖按鈕，然后將探頭從示波器中取出；

Step3. 當(dāng)示波器識別出探頭后，示波器的屏幕會彈出警告提示，需要消磁和調(diào)零，探頭上的Degauss/Autozero(消磁/自動校零)狀態(tài)LED 也會顯示紅色并閃爍，指示需要消磁；

Step4. 要給探頭消磁，首先要把探頭電流鉗關(guān)閉，然后按下探頭上或示波器消磁菜單上的Degauss/AutoZero（消磁/自動校零）按鈕；

Step5. 如果Degauss/AutoZero狀態(tài)LED 綠燈顯示，表示消磁程序成功運(yùn)行，探頭處于正常工作模式；

Step6. 將探頭固定到電路中被測導(dǎo)線，并關(guān)閉并鎖定卡在導(dǎo)線上電流鉗；

Step7. 使用“自動設(shè)置”調(diào)節(jié)示波器，顯示穩(wěn)定波形，讀取示波器顯示屏幕上的測量值。

6.電流探頭的使用注意事項(xiàng)

    在選擇電流探頭探測電流信號時要注意幾個主要參數(shù)：待測電流大小、電流頻率、交流還是直流、鉗口的形狀和大小、供電方式、接口形式等。使用前要進(jìn)行消磁和校零。

7.總結(jié)

    本文介紹了電流探頭工作原理、電流探頭應(yīng)用場合、電流探頭的類型，并詳解了常用電流探頭的操作步驟和使用注意事項(xiàng)。