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程，并呈現(xiàn)所有實測結(jié)果，您也可依據(jù)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(shù)驗證,， 主要測試參數(shù)包括直流精度、上升時間,、方波響應(yīng),、噪聲、以及開關(guān)電源開關(guān)管電流波形實測,。為了讓實測結(jié)果更加直觀,，我們選擇T公司的TCP312電流探頭作為實測對比，并且在所有測試配有圖片和測試結(jié)果,，保證測試過程可追溯,。
一、直流精度驗證
ZCP0030-50標(biāo)稱直流精度為1%rdg±1mV,，實測精度如表1所示,。
1、測試條件
精度測試所使用試儀器為FLUKE5720校準(zhǔn)器,、六位半萬用表DMM6000,。測試步驟,，校準(zhǔn)器FLUKE5720輸出不同的被測電流值,，萬用表讀取電流探頭的響應(yīng)電壓值。
圖 2.1 直流精度測試環(huán)境
2,、精度數(shù)據(jù)
表 2.1 直流精度測試數(shù)據(jù)
3,、驗證結(jié)論
上表格的數(shù)據(jù)顯示，ZCP0030-50在量程范圍內(nèi)的直流精度在1%rdg±1mV以內(nèi),。
二,、上升時間驗證
ZCP0030-50的帶寬是50MHz，對應(yīng)上升時間≤7ns,。探頭上升時間是指測試脈沖時,，測量系統(tǒng)響應(yīng)波形從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%所需要的時間，是一個很關(guān)鍵的參數(shù),，上升時間越快,，說明探頭的響應(yīng)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)生上升時間為5ns的方波,，示波器顯示經(jīng)過電流探頭后的上升波形和時間,。
2、波形數(shù)據(jù)
圖 3.1 ZCP0030-50的上升時間
如圖 3.1所示,，根據(jù)示波器測量到的上升時間為8.5ns,，這個總時間是信號發(fā)生器自身的上升時間加上探頭的上升時間，所以實際上探頭的上升時間還需要將總時間減去信號發(fā)生器自身的上升時間,，具體的計算公式如下,。
3、驗證結(jié)論
實測結(jié)果在理論計算范圍內(nèi),，上升時間正常,，實測帶寬在50MHz以上。
三,、方波響應(yīng)驗證
方波響應(yīng)主要是用來簡易測試電流探頭幅頻響應(yīng)特性的測試方法,。電流探頭能夠完整的重現(xiàn)方波波形，不出現(xiàn)畸變,，說明探頭的幅頻響應(yīng)平坦,，是良好的。
1,、測試條件
測試電流探頭的方波響應(yīng)時,，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(yīng)的方波波形,。
2、波形數(shù)據(jù)
如圖3所示,，在測試1KHz的電流方波時,，探頭的方波響應(yīng)是很好的，波形基本上沒有畸變,，波形比較平坦,，沒有發(fā)生傾斜等。
圖3 1KHz電流方波響應(yīng)
如圖4所示,，在測試100KHz的電流方波時,，探頭的方波響應(yīng)是很好的,，波形基本上沒有畸變，波形比較平坦,，沒有發(fā)生傾斜等,。
圖 4 100KHz電流方波響應(yīng)
如3所示，在測試1MHz的電流方波時,，探頭的整體方波響應(yīng)的波形基本上沒有畸變,，波形比較平坦，沒有發(fā)生傾斜等,。
圖5 100KHz電流方波響應(yīng)
如圖5所示,，在測試1MHz的電流方波時，探頭的整體方波響應(yīng)的波形基本上沒有畸變,，波形比較平坦,，沒有發(fā)生傾斜等。
3,、驗證結(jié)論
實測結(jié)果在理論計算范圍內(nèi),，幅頻響應(yīng)平坦。
四,、噪聲評測
噪聲是電流探頭的重要參數(shù),，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來觀察測試,，并記錄相應(yīng)的測試值,。
2、精度數(shù)據(jù)
如圖6所示,，測試出來的電流探頭的實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(jié)論
實測結(jié)果在理論計算范圍內(nèi),，噪聲控制良好,。
五,、開關(guān)電源波形實測
示波器電流探頭主要用來配合示波器觀察電路上的電流波形，比如說MOS管上的電流波形,，方便工程師調(diào)試電路,，發(fā)現(xiàn)電路問題。通過測量開關(guān)電源開關(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(fù)載,、開關(guān)電源、電流探頭ZCP0030-50和TCP312,。
測試步驟如下：
?。?）將電流探頭ZCP0030-50和TCP312上電消磁調(diào)零后，將兩個探頭同時夾到在MOS管DS極間引出的導(dǎo)線上,，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 開關(guān)管電流波形對比測試的儀器連接
?。?）將開關(guān)電源的輸出接到電子負(fù)載上,，給開關(guān)電源供電，電子負(fù)載可以設(shè)置為空載或者滿載狀態(tài),，觀察在兩種不同負(fù)載下,，MOS管上不同的電流波形。
2,、對比測試
如圖9所示,，在開關(guān)電源滿載情況下，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 滿載時MOS管DS極間的電流波形
圖10 空載時MOS管DS極間的電流波形
開關(guān)電源的開關(guān)頻率并不是很高,，大約在100KHz,，但瞬時變化的上升時間卻是在ns級別的，需要高帶寬的電流探頭才能完整的重現(xiàn)電流波形細(xì)節(jié),。在開關(guān)電源滿載的情況下,，將電流波形放大，觀察電流快速變化處的波形細(xì)節(jié),，兩種探頭顯示的波形細(xì)節(jié)幾乎一樣,，如圖11所示。在開關(guān)電源空載的情況下,，如圖12所示。
圖11 滿載時MOS管DS極間的電流波形細(xì)節(jié)
圖12 空載時MOS管DS極間的電流波形細(xì)節(jié)
3,、驗證結(jié)論
對于高頻噪聲而言，實測結(jié)果的微小差異源自于帶寬差別,，但對于開關(guān)頻率只在幾百KHz的信號而言,，帶寬差別對實驗結(jié)果影響很小。此處建議選擇50M帶寬即可,。
六,、總結(jié)
一般來說直流精度、上升時間,、方波響應(yīng),、噪聲、以及開關(guān)電源開關(guān)管電流波形等多個角度進(jìn)行了全方位的實測即可相對完整的驗證整體測試結(jié)果,。