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电学文章
[示波器使用小技巧] 没有电流探头其实也可以测试电流

发布时间: 2016-01-13   浏览次数:   作者:迈昂科技

      提到示波器的应用,大家最常用的应该就是电压测试。而对于电流的测试,示波器通常需要购买电流探头才能实现。但是电流探头的价格昂贵,光一个电流探头的价格甚至比一台示波器的价格都要高出不少,如果不是经常使用,购买电流探头确实不具备性价比。如果没有电流探头能不能测试电流呢?今天我们一起来讨论一下。


有人可能会说万用表不就可以测量吗?当然万用表可以测试电流。

但存在几个问题:

1、由于万用表的反应速度较慢,很难测试实时变化的电流; 

2、万用表无法记录长时间的测试结果,好一些的表可以记录最大、最小值等;

3、最关键的是万用表无法看到电流变化的过程,很多时候我们希望看到的是变化过程而不只是结果,比如我们想知道三极管过流损坏最可能在什么时候发生的而不是只想看到三极管在冒烟。

      如果想看到波形,还得借助示波器才行。那没有昂贵的电流探头真的就无法用示波器看到电流的变化过程吗?有的,而且方法很简单,依照欧姆定律 I=V/R就可以轻松实现。注意这个V不是某点的电压, 而是两点的电位差,这是个关键,也是一些初学者容易陷入误区的地方,如果用某点的电压变化去推测电流的变化那很多时候就要出错了,后面我们从实例测试可看到这点。


罗德与施瓦茨示波器

罗德与施瓦茨示波器

      这个方法的具体做法是:用两根探头分别测出一个电阻两端的电压 V1、V2,然后用示波器的计算功能就能实时地计 算出△V=V1-V2,而 I=△V /R,只要环境不发生激烈的变化等我们可认为 R 是不变的,因此 I 是随△V 线性变化的,所以△V的变化反映的就是电流的变化。我们下面通过一个实例来验证一下这个方法是否可行。

罗德与施瓦茨示波器


       实例验证: 上面示波器图 1 测试的是某 PCB 上一 MOS 管在上电瞬间,漏极和源极之间的电压和电流变化,其中棕色波形是源极电压 Vs,紫色波形是漏极电压 Vd,黄颜色较粗波形就是通过示波器运算功能计算出来的漏源极电压 △Vsd =Vs-Vd。绿色波形是用有源电流探头测试出来的漏源极电流 Isd,从 Isd 和 △Vsd 两者的波形对比可看出,它们的变化过程非常接近;用有源电流探头测出的 Isd 峰值大概为 3.6A;计算得到的△Vsd 峰值大概为 0.43V,用万用表测得的该线路电阻大概为 0.15Ω,因此用电位差方法得到的电流峰值大概为 0.43V/0.15 Ω =2.87A,这跟有源电流探头测试的结果有差别,当然这跟 MOS 管不同状态的导通电阻、示波器、无源探头、万用表的误差等有关,但是用这个方法来测试我们最关注的电流变化过程是完全可行的,通过观察电流的变化可以大致知道 MOS 管的损坏最可能在什么时候发生,从而为采取正确的措施提供依据。 


      看到这里,有经验的工程师可能会提出一个问题: 使用普通的探头进行测试,共模抑制比 CMRR 如何解决? 确实是存在这个问题,不过我们前面也提过,这方法最主要是可让我们看到电流的变化过程, 在各种因素的影响下用这方法测试出来的具体电流值的准确程度肯定比不上专门的有源电流探头;而且要解决 CMRR 的话就需要用到有源差分探头,这个探头也比较贵,购买的话就达不到我们不花钱的目的了;不过,Vs-Vd 有个好处就是可消除一部分信号上的干扰。 另外,我们从截图可以看到,单点的电压 Vs 或 Vd 的变化不同于 Isd 的变化,所以不要陷入用单点电压变化来估算电流变化的误区。


      总结:以上介绍了在没有电流探头的条件下,测试电流的一种可行的办法。虽然结果有一定误差,但是这能够让我们借助示波器看到电流的变化过程,对研发人员来说还是有一定的参考价值。如果资金充裕,还是建议购买示波器配套的电流探头来测试电流。

 
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