电流探头的分类及优势

流经导线的电流会导致在导线周围形成电磁通量场。当前探头是为传感这个通量场的场强而设计的，并把它转换成相应的电压，以使用示波器进行测量。这允许使用示波器查看和分析电流波形。在与示波器的电压测量功能结合使用时，电流探头还允许进行各种功率测量。根据示波器的波形数学运算功能，这些测量可以包括瞬时功率、真实功率、表现功率和相位。

示波器的电流探头基本上分成两类：即 AC 电流探头和 AC/DC 电流探头，AC 电流探头通常是无源探头，AC/DC 电流探头通常是有源探头。这两种类型都采用相同的变压器动作原理，感应导线中的交流 (AC)。

对变压器动作，必须先有交流流经导线。这个交流导致根据电流流动的幅度和方向构建和拆除通量场。在这个场中放一个线圈时，如图 1所示，变动的通量场会通过简单的变压器操作，在线圈中引起电压。这种变压器操作是 AC 电流探头的基础。AC 电流探头头部实际上是一个线圈，它根据高精度规范缠在 磁芯上。当这只探头头部保持在指定方向及接近承载 AC 电流的导线时，探头会输出一个线性电压，这一电压与导线中电压的比例是已知的。这种与电流有关的电压可以在示波器上显示为电流标度的波形。

AC 电流探头的带宽取决于探头线圈的设计和其它因素。带宽可以高达几 GHz。但是，100 MHz 以下带宽比较常见。

在任何情况下，AC 电流探头还有一个低频截止点，这包括直流 (DC)，因为直流不会引起变化的通量场，因此不会引起变压器动作。另外在非常接近 DC 的频率上，如 0.01 Hz，通量场不可能变化得足够快，能够实现可以感知的变压器动作。但是，它最终会达到低频，使得变压器动作足以在探头带宽范围内产生可以衡量的输出。根据探头线圈的设计，带宽的低频一端再次可能会低达 0.5 Hz 或高达 1.2 kHz。

对起始带宽在 DC 附近的探头，可以在探头设计中增加霍尔效应设备，检测 DC。其结果是得到带宽从DC 开始、扩展到规定频率上限 3 dB 点的 AC/DC 探头。这类探头至少要求一个电源，来偏置 DC 传感使用的霍尔效应设备。根据探头设计，还可能会要求电流探头放大器，以组合和定标 AC 和 DC 电平，为在示波器上观察信号提供单一的输出波形。

必需记住，从本质上看，电流探头的工作方式类似于紧密耦合的变压器。图 2说明了这一概念，其中包括基本变压器公式。对标准操作，传感的电流导线是一圈线圈 (N1)。来自这个单线圈的电流会转换成与线圈比率成比例 (N2/N1) 的多线圈 (N2) 探头输出电压。同时，探头的阻抗作为串联插入阻抗转换回到导线上。这种插入阻抗与频率相关，其 1-MHz 值一般位于 30 - 500 MW 的范围内，具体视探头而定。在大多数情况下，电流探头的插入阻抗很小，产生的负荷可以忽略不计。

通过使导线几次缠在探头上，如图 3所示，可以利用变压器基础提高探头灵敏度。两圈可以使灵敏度提高两倍，三圈可以使灵敏度提高三倍。但是，这会使插入阻抗以增加的圈数的平方提高。

图 3还说明了一种特定的探头类型，称为分芯探头。这类探头的线圈放在“U”形芯上，”U”形芯带有一铁素体滑块，滑块盖住“U”形顶部。这类探头的优点在于，铁素体滑块可以收缩，使得探头能够方便地卡到测量电流的导线上。在测量完成时，滑块可以收缩，探头可以移到其它导线上。

探头还带有实芯电流变压器。这些变压器完全绕在被测导线上。结果，必须断开被测导线，把导线穿过变压器，然后重新把导线连接到电路上，才能安装这些变压器。实芯探头的主要优势是它们体积非常小，提供了非常快的频响，可以测量快速、低幅度电流脉冲和 AC 信号。

到目前为止，分芯电流探头是最常用的探头类型，其分为 AC 型和 AC/DC 型，并有各种每格电流显示范围，具体视安培秒乘积而定。

通过被感应的导线传送很高的直流，也会导致磁芯饱和。为处理磁芯饱和及有效扩展电流测量范围，某些有源电流探头提供了抵偿电流。通过传感被测导线中的电流电平，然后通过探头输回一个相等但相反的电流，可以设定抵偿电流。通过减去相反电流的现象，可以调节抵偿电流，以防止磁芯饱和。

由于从几毫安到几千安、从 DC 到 MHz 的广泛的电流测量需求，相应地可供选择的电流探头也非常广泛。为某个应用选择电流探头在很多方面与选择电压探头类似。电流处理功能、灵敏度范围、插入阻抗、连接能力和带宽/上升时间限制是某些关键选择指标。此外，在频率提高时，电流处理功能额定值必须下降，不得超过探头规定的安培秒乘积。

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