如何用示波器测量电流

测量电流是一项简单的任务——你所需要做的就是把万用表连接到你想要测量的电路上，仪表就会给你一个干净的值。有时你不能真正“打开”电路，把万用表与你想测量的东西串联起来。这个问题的解决也很简单——你只需要测量电路中一个已知电阻的电压——那么电流就是电压除以电阻(根据欧姆定律)。

当你想测量变化的信号时，事情就变得有点复杂了。这取决于万用表的刷新率(每秒采样数)，一般人每秒只能理解显示的这么多变化。如果你的万用表有一个有效值电压测量(有效值电压是交流信号的电压，它可以传输与直流电源相同的功率)，那么测量交流就会变得简单一些。这严格限于周期信号(方波等严格排除问题，除非RMS测量是“真实的”，即使这样，也不能保证测量的准确性)。大多数万用表也是低通滤波，防止交流测量超过几百赫兹。

如何使用示波器测量电流

示波器填补了人类感知和万用表稳定值之间的空白——它显示一种信号的电压-时间“图”，与万用表上一组变化的数字相比，它可以更好地可视化变化的信号。

如果有合适的设备，测量频率高达几千赫兹的信号也是可能的。然而，示波器是一种高阻抗电压测量装置——它不能测量电流。使用示波器测量电流需要将电流转换为电压，这可以通过几种方式完成。

1. 使用分流电阻

这可能是测量电流最简单的方法，这里将详细讨论。

这里的电流-电压转换器是简陋的电阻器。

基本知识告诉我们，电阻器上的电压与流过它的电流成正比。这可以用欧姆定律来概括：

其中V是电阻器上的电压，I是通过电阻器的电流，R是电阻器的电阻，它们都有各自的单位。

这里的技巧是使用一个不影响被测量的整个电路的电阻值，因为分流电阻器上的电压降导致它所在电路上的电压降更小。一般的经验法则是，使用一个比被测量电路的电阻/阻抗小得多的电阻(在一个良好的起点是10倍)，以防止被测量电路中的电流受到分流器的影响。

例如，DC-DC转换器中的变压器和MOSFET可能具有数十毫欧姆的总(DC)电阻，放置一个大的(例如)1Ω电阻将导致大部分电压在分流器上下降(请记住，对于串联电阻，电阻上下降的电压比是其电阻的比)，因此功率损失更大。电阻器只是将电流转换成电压以供测量，所以电源没有做有用的功。与此同时，一个小的电阻(1mΩ)将只下降一个小的(但可测量的)电压通过它，留下电压的其余部分做有用的工作。

现在，选择了一个电阻值，您可以将探头地连接到电路地，探头尖端连接到分流电阻，如下图所示。

这里有一些简单的技巧可以使用。

假设你的分流器的电阻为100mΩ，那么1A的电流会导致100mV的电压降，给我们100mV每安培的“灵敏度”。如果你小心的话，这应该不会造成任何问题，但很多时候100mV是字面意思-换句话说，与100mA混淆。

这个问题可以通过将输入设置为100X来克服-探针已经衰减了10X，所以再增加10X的信号会使它回到每安培1V，即输入“乘以”10。大多数示波器都具有能够选择输入衰减的功能。然而，有些作用域可能只支持1X和10X。

另一个有用的小功能是可以设置屏幕上显示的垂直单位- V可以更改为A， W和U等。

当你不能放置分流的低侧时，事情就变得复杂了。示波器接地直接连接到接地，因此假设您的电源也接地，将探头接地夹连接到电路中的任何随机点都会使该点接地短路。

这可以通过所谓的微分测量来防止。

大多数示波器都有一个数学功能，可以用来对显示的波形进行数学运算。请注意，这不会以任何方式改变实际信号!

我们将在这里使用的函数是减去函数，它显示两个选定波形的差。

由于电压仅仅是两点之间的电位差，我们可以将一个探头钩在每个点上，并将接地夹连接到电路接地，如图所示。

通过显示两个信号之间的差，我们可以确定电流。

上面使用的相同的“衰减”技巧也适用于这里，只是要记住改变两个通道。

使用并联电阻的缺点：

使用并联电阻器有几个缺点。首先是容差，可能差到5%。这是一件很难解释的事情。

第二个是温度系数。电阻器的电阻随温度升高而增大，这导致给定电流下的电压降较大。这对于大电流分流电阻来说尤其糟糕。

2. 使用电流探头

现成的电流探头(称为“电流钳”;它们夹在电线上而不中断电路)在市场上是可用的，但你没有看到很多爱好者使用它们，因为它们的价格过高。

这些探针使用两种方法中的一种。

第一种方法是使用绕在半圆形铁氧体铁芯上的线圈。导线中的电流，探针被夹住，在铁氧体中产生磁场。这反过来又在线圈中产生电压。电压与电流的变化率成正比。积分器“集成”波形并产生与电流成正比的输出。输出刻度通常在每安培1mV和1V之间。

第二种方法是将霍尔传感器夹在两个铁氧体半圆之间。霍尔传感器产生与电流成正比的电压。

3. 快速肮脏的方法

该方法除了一个作用域和一个探针外，不需要额外的组件。

这种方法很像使用电流探针。将探头接地线绕在携带待测电流的导线上，然后将接地夹连接到探头尖端。

产生的电压又与电流的变化率成正比，你需要对波形进行一些数学运算(即积分;大多数示波器在“数学”菜单下都有这个，以便将其解释为电流。

从电气上讲，短路的探头基本上形成一个线圈，其作用有点像电流互感器，如图所示。

结论

使用示波器测量变化的电流波形有几种方法。最简单的方法是使用电流分流器并测量其上的电压。

本文编译自circuitdigest