示波器（又称示波器或示波器）是一款非常强大的工具，可以说是电子工程师或任何想要测量电子设备电气特性的人员最常用的设备。然而，您需要的不仅仅是一台示波器；您还需要至少一个探头。
选择探头时还应考虑以下信息：确保探头的输入连接器与示波器上的连接器匹配; 大多数示波器都采用 BNC 型连接器；SMA 型连接器也是可行的。
选择输入电阻和电容与示波器匹配的探头。通常，人们希望探头对被测电路的影响最小——这被称为负载效应。电阻和电容匹配对于保证正确的信号传输和信号精度至关重要。
什么是电流探头？
电流探头是一种用于测量流过电路的电流量的装置。它串联放置，不会干扰电路的运行。电流探头由一圈缠绕在磁响应材料芯上的线圈组成。该线圈连接到一个电流表，电流表测量流过线圈的电流量。
示波器电流探头
电流探头的电流范围很广，从几毫安到几百安培不等。它们的输入阻抗值也各不相同。选择用于示波器的电流探头时，务必考虑其阻抗输入值，因为它会影响测量精度。
示波器电流探头的原理
法拉第电磁感应定律是电磁学的基本定律之一。1831年，英国科学家迈克尔·法拉第发现电流产生磁场，而变化的磁场产生电流。该定律在许多实际应用中至关重要，例如电动机和发电机的运行。
电流探头提供了一种非侵入式测量导体电流的方法。直流电流探头采用霍尔效应传感器测量直流电流流过探头铁氧体磁芯时产生的磁场。交流电流探头使用电流互感器测量流过探头磁芯的交流电流。
在电流探头中，线圈缠绕在电导体上，磁铁产生移动的磁场。线圈产生电流，电流表进行测量。电流探头有助于测试电子元件并测量电信号强度。
什么是探头磁芯？
探头磁芯可以由不同的材料制成。磁芯是探头的一部分，用于产生电流探头的磁场。探头磁芯的常用材料是铁氧体和铁。
铁氧体是一种用于高频应用的陶瓷材料。它的磁导率较低，因此磁场不易穿透。这种低磁导率使铁氧体成为电流探头的理想选择，因为它可以防止磁场使探头线圈饱和。
铁是一种用于低频应用的金属。它的磁导率较高，因此在防止磁饱和方面不如铁氧体有效。
带铜线的铁氧体磁芯线圈特写 - 来源：iStock
什么是磁饱和？
磁饱和是指材料不再被磁化，读数变得不准确的程度。当磁场线过于密集以至于相互作用，阻止磁化进一步增加时，就会发生饱和。
当流过电路的电流过高时，电流探头可能会发生磁饱和。发生这种情况时，电流探头的线圈会被磁通量饱和，探头将无法再准确测量电流。
什么是电流钳？
电流钳是一种用于测量交流电 (AC) 或直流电 (DC) 的电气测量装置。电流钳夹在电导体上，无需接触导体。这种非侵入式测量方法可以快速安全地进行电流测量。
电流钳有两个钳口，可以夹住电导体进行张合。钳口连接到电流互感器，用于测量流过导体的电流。
使用 BNC 导线时，将电流钳夹住导体，并将导线连接到示波器。示波器将测量电流流过导体时在导体中产生的感应电压。
什么是电流测量？
电流测量用于确定流过电路的电流量。电流以安培 (amps) 为单位。
1 安培等于每秒 1 库仑的电流量。1 库仑等于 6.24 x 10^18 个电子。
电流测量在电气工程和物理学中至关重要。在电气工程中，电流决定流过电路的功率。在物理学中，电流决定流过导体的电荷量。
什么是电流波形？
电流波形描述了电流流过电路时波形的形状。电流波形在图表上表示为时间函数。常见的电流波形包括正弦波、方波和三角波。
导体的电阻和电路中任何线圈的电感都会影响波形形状。
示波器测量电流流过导体时在导体中产生的感应电压。该电压被放大并显示在示波器屏幕上。
什么是电流传感器？
与探头类似，电流传感器是测量流过导体的电流的设备。
示波器测量直流电流有两种方法。
第一种是直接用电流探头。是德科技提供多种电流探头，既可以测试直流，也可以测试交流。如果要测量的精度比较高，可以在电流探头的孔中多放几圈流过电流的电线。
还有一种是将电流转换为电压。需要在被测回路中安置一个较大的高精度电阻，用差分探头测量电阻两端的电压，再转换为电流进行测量。
示波器和电流探头测量电流的技巧
工程师在设计移动电话和其他电池供电的设备时通常都需要进行更灵敏的电流测量，以确保设备的电流消耗在可接受的范围之内。电流的测量过程非常麻烦，因为您不得不中断电路并将测量仪器与电路串联起来。使用钳式电流探头和示波器可以轻松实施电流测量，并且不必破坏电路。但是对于毫安级或更小的电流，其测量难度大大增加。
示波器的噪声影响很重要
随着电流电平的下降，示波器本身具有的噪声将变成一个现实问题。所有示波器都有一个多余的特征 — 垂直噪声。当您测量低电平信号时，测量系统的噪声可能会导致实际信号测量的精度下降。由于示波器是一种宽带测量仪器，所以示波器的带宽越宽，垂直噪声就越高。因此在测量之前，您需要仔细测试示波器的噪声特征。500 MHz 带宽示波器采用最灵敏的 V/ 格设置时，其本底噪声一般约为 2 mV 峰峰值。在进行低电平测量时，需要注意示波器上的采集存储器可能会影响本底噪声。在带宽和其他条件都相同的情况下，采集存储器越深，则噪声就越大。
另一方面，现代交流 /直流电流探头能够测量 5 mA 的交流或直流电流，测量精度大约为 3%。这种电流探头的设计采用每安培电流输入，电压输出 0.1 V。换句话说，在测量 20 mA 以下的电流时，示波器自身的 2 mVpp 噪声可能是最主要的噪声来源。
那么，您如何才能最大程度地减少示波器的固有噪声呢？对于现代的数字示波器来说，可以选择的方法有很多：
1) 带宽限制滤波器大多数数字示波器均提供带宽限制滤波器，这些滤波器能够滤除输入波形中的多余噪声并降低噪声带宽，从而可以提高垂直分辨率。带宽限制滤波器可以采用硬件实现，也可以采用软件来实现。大多数带宽限制滤波器都能根据您的需要来启用或禁用。
2) 高分辨率采集模式大多数数字示波器在正常采集模式下可以提供 8 位的垂直分辨率。某些示波器在高分辨率模式下能够提供更高的垂直分辨率，通常可达 12 位，该模式可以降低垂直噪声，提高垂直分辨率。通常，在应用了较慢的时间 / 格设置时，在屏幕上捕获到的数据点非常多，此时高分辨率模式具有很大的影响。由于高分辨率模式下的采集将对单个触发点相邻的数据点取平均值，所以会降低采样率和示波器的带宽。
3) 平均模式如果信号是周期性的或是直流信号，您可以使用平均模式来降低示波器的垂直噪声。平均模式会多次采集周期性波形，并生成运行平均值以降低随机噪声。高分辨率模式会降低信号的采样率和带宽，而正常平均模式却不会。
不过，平均模式会减缓波形更新速率，因为它要进行多次采集来计算波形的平均值，然后才能在屏幕上画出轨迹。当您选择大量平均值时，降噪效果比以上任何一种方法都要明显。
提高电流探头测量精度和灵敏度
现在您已了解如何使用以上任何一种技术来降低示波器的垂直噪声，让我们再来看一下如何提高电流探头的精度和灵敏度。市场上的电流探头有很多种。其中使用最方便、性能最出色的一种是钳式交流 / 直流电流探头，您可以用它夹住载流导体来测量交流或直流电流。
图 3. 通过消磁和直流偏置可以提高电流探头的精度图 4. 通过在探头上缠绕多圈被测导体可以提高探头的灵敏度使用此类电流探头有两个很有用的技巧：
如何消除磁性 ( 去磁 / 消磁 )和直流偏置？要确保精确地测量低电平电流，您需要对磁芯进行去磁以消除残余磁性。就像消除 CRT 显示器的多余磁场可以改善画质一样，您可以通过对电流探头进行消磁或去磁来消除任何剩余磁性。如果在探头核心被磁化的情况下进行测量，那么就会产生和剩余磁性成正比的偏置电压，从而诱发测量误差。无论您何时要接通 / 断开探头的电源开关或者对其输入过量电流时，去除探头磁核的磁性都非常重要。为执行探头去磁 / 消磁，可以将探头与所有导体断开，并确定探头闭锁，然后按下探头 DEMAG( 或 DEGAUSS) 按钮。此外，您还可使用探头上的调零控制按钮来校正探头的多余电压偏置或温度漂移。
如何提高示波器探头灵敏度？电流探头可以测量流经探头钳口的电流所生成的磁场。它会生成与输入电流成正比的电压输出。如果您正在测量直流信号或小幅度的低频交流信号，可以通过在探头上缠绕多匝被测导体来提高测量灵敏度。此时信号的强度将按照被测导体在探头上缠绕的匝数倍增。
例如，如果一个导体在探头上缠绕了 5 圈，而示波器显示的读数为 25 mA，那么实际的电流就是 25 mA 除以 5，即 5 mA。在本例中，您可以将电流探头的灵敏度提高 5 倍。
使用钳式电流探头和示波器可以非常简便地测量电流，并且不必破坏电路。不过，当您在测量结果中引入示波器的宽带噪声时，示波器的垂直噪声可能会妨碍您进行精确的低电平电流测量。通过应用本文中介绍的一个或多个测量技巧，您可以消除示波器的随机噪声，以及电流探头的多余磁性或直流偏置，从而显著提高您的测量精度。
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