是德科技 使用示波器和電流探頭測量小電流的技巧
近年來，工程師在設計和其他電池供電的設備時通常都需要進行更靈敏的電流測量，以確保設備的電流消耗在可接受的范圍之內。電流的測量過程非常麻煩，因為您不得不中斷電路并將測量儀器與電路串聯起來。使用鉗式電流探頭和示波器可以輕松實施電流測量，并且不必破壞電路。但是對于毫安級或更小的電流，其測量難度大大增加。本文介紹了幾個非常實用的測量技巧，可以幫助您在示波器噪聲較高的應用環境中測量小電流。
示波器的噪聲影響很重要
隨著電流電平的下降，示波器本身具有 的噪聲將變成一個現實問題。所有示波 器都有一個多余的特征— 垂直噪聲。當 您測量低電平信號時，測量系統的噪聲 可能會導致實際信號測量的精度下降。 由于示波器是一種寬帶測量儀器，所以 示波器的帶寬越寬，垂直噪聲就越高。 因此在測量之前，您需要仔細測試示波 器的噪聲特征。500 MHz 帶寬示波器采 用zui靈敏的 V/ 格 設置時，其本底噪聲 一般約為2 mV 峰峰值。在進行低電平測 量時，需要注意示波器上的采集存儲器 可能會影響本底噪聲。在帶寬和其他條 件都相同的情況下，采集存儲器越深， 則噪聲就越大。另一方面，現代交流 / 直流電流探頭( 如 Keysight N2783A 100 MHz 電流探頭 ) 能夠測量 5 mA 的交流或 直流電流，測量精度大約為3%。這種電 流探頭的設計采用每安培電流輸入，電 壓輸出 0.1 V。換句話說，在測量 20 mA 以下的電流時，示波器自身的 2 mVpp 噪聲可能是zui主要的噪聲來源。
那么，您如何才能zui大程度地減少示波器 的固有噪聲呢？對于現代的數字示波器 來說，可以選擇的方法有很多：
1) 帶寬限制濾波器
大多數數字示波器均提供帶寬限制濾波 器，這些濾波器能夠濾除輸入波形中的多 余噪聲并降低噪聲帶寬，從而可以提高垂 直分辨率。帶寬限制濾波器可以采用硬件 實現，也可以采用軟件來實現。大多數帶 寬限制濾波器都能根據您的需要來啟用 或禁用。
2) 高分辨率采集模式
大多數數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 高分辨率模式下能夠提供更高的垂直分辨 率，通常可達 12 位，該模式可以降低垂 直噪聲，提高垂直分辨率。通常，在應用 了較慢的時間 / 格設置時，在屏幕上捕獲 到的數據點非常多，此時高分辨率模式具 有很大的影響。由于高分辨率模式下的采 集將對單個觸發點相鄰的數據點取平均 值，所以會降低采樣率和示波器的帶寬。
3) 平均模式
如果信號是周期性的或是直流信號，您可 以使用平均模式來降低示波器的垂直噪 聲。平均模式會多次采集周期性波形，并 生成運行平均值以降低隨機噪聲。高分辨 率模式會降低信號的采樣率和帶寬，而正 常平均模式卻不會。不過，平均模式會減 緩波形更新速率，因為它要進行多次采集 來計算波形的平均值，然后才能在屏幕上 畫出軌跡。當您選擇大量平均值時，降噪 效果比以上任何一種方法都要明顯。
是德科技電流探頭選型如下：
型號 | N2780B | N2781B | N2782B | N2783B |
帶寬(–3 dB) | 直流至2 MHz | 直流至10 MHz | 直流至50 MHz | 直流至100 MHz |
上升時間 | 175 ns或更低 | 35 ns或更低 | 7 ns或更低 | 3.5 ns或更低 |
zui大電流(連續) RMS | 500 A | 150 A | 30 A | 30 A |
zui大電流峰值(不連續) | 700 A峰值 | 300 A峰值 | 50 A峰值 | 50 A峰值 |
zui低測量電流(直流±3%的精度, | 20 mA | 20 mA | 5 mA | 5 mA |
示波器設置為1 mV/div并啟動 |
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高分辨率模式) |
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輸出電壓比 | 0.01 V/A (100:1) | 0.01 V/A (100:1) | 0.1 V/A (10:1) | 0.1 V/A (10:1) |
zui大輸入電壓** | 600 V CAT II, | 600 V CAT II, | 300 V CAT I | 300 V CAT I |
| 300 V CAT III | 300 V CAT III |
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幅度精度* | ±1.0%讀數 | ±1.0%讀數 | ±1.0%讀數 | ±1.0%讀數 |
(直流和45至66 Hz,額定電流) | ± 500 mA | ± 100 mA | ± 10 mA | ± 10 mA |
噪聲 | 等效于25 mArms | 等效于25 mArms | 等效于2.5 mArms | 等效于2.5 mArms |
(使用示波器的20 MHz帶寬 | 或更低 | 或更低 | 或更低 | 或更低 |
限制濾波器測得) |
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靈敏度的溫度系數 | ±2%或更低 | ±2%或更低 | ±2%或更低 | ±2%或更低 |
(在0 °C到40 °C或32 °F到 104 °F的范圍內) |
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外部磁場的影響 | 相當于800 mA | 相當于150 mA | 相當于20 mA | 相當于5 mA |
(在直流到60 Hz, 400 A/m磁場內) | zui大值 | zui大值 | zui大值 | zui大值 |
zui大額定功率 | 7.2 VA | 5.5 VA | 5.6 VA | 5.3 VA |
(就額定電流而言) | (就額定電流而言) | (就額定電流而言) | (就額定電流而言) | |
額定電源電壓 | DC±12 V ±0.5 V | DC ±12 V ±1 V | DC ±12 V ±0.5 V | DC ±12 V ±0.5 V |
可測量導體直徑 | 20 mm直徑 | 20 mm直徑 | 5 mm直徑 | 5 mm直徑 |
(0.79"直徑) | (0.79"直徑) | (0.2"直徑) | (0.2"直徑) | |
可測量導體直徑 | 傳感器電纜: | 傳感器電纜: | 傳感器電纜: | 傳感器電纜 |
約2 m(78.7") | 約2 m(78.7") | 約1.5 m(78.7') | 約1.5 m(78.7") | |
電源線: | 電源線: | 電源線: | 電源線: | |
約1 m(39.4") | 約1 m(39.4") | 約1 m(39.4") | 約1 m(39.4") |
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