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利用示波器测试信号，经常会用到探头探测信号，工程师经常使用电压探头和电流探头探测信号，如果要测电源、三相电机、功率、马达驱动器等，都会用到电流探头。实时示波器配合电流探头进行电流测试，并可观测和分析电流波形。如果示波器的电压探头和电流探头同时配合使用，可完成进行各种功率测量，并可以利用示波器的Math数学运算功能来测量瞬时功率、视在功率、有效功率等功率参数，也可以利用示波器的功率分析软件来完成功率的自动测量。

1.电流探头工作原理

要知道电流探头的工作原理，我们先来了解一下霍尔效应，霍尔效应是电磁效应的一种，这一现象是由美国物理学家霍尔在1879年在研究金属的导电机制时发现的，当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两端产生电势差，这个现象就是霍尔效应，就像一条路， 本来大家是均匀的分布在路面上并往前移动，当有磁场时， 大家可能会被推到靠路的右边行走，因此在路(导体)的两侧，就会产生电压差，叫“霍尔效应”。利用示波器测电流需要用到电流探头，常用的电流探头是利用霍尔效应测磁场，通过测量电路周围磁场的变化来得到电流信号。

电流探头工作原理：流经导线的电流会在导线周围形成电磁通量场，电流探头测量电子在导线内运动时生成的磁场，通过检测磁场的变化，把磁场转换成相应的电压信号，通过和实时示波器配合，得到对应的电流波形。电流探头在测试直流和低频交流时，利用霍尔器件来检测，利用霍尔效应来测量交直流混合的电流，随着被测电流信号的频率越来越高，霍尔效应会逐渐减弱，测量高频的交流电流时，利用电流变压器感应交流电流。霍尔器件检测低频成分，电流变压器线圈检测高频成分，两者合二为一，满足不同的应用场合。AC/DC电流探头是利用霍尔器件来感应直流电流和利用电流变压器线圈感应交流电流，从而完成AC和DC电流的探测。

2.电流探头的分类

目前用于示波器上的电流探头基本分成两类：AC电流探头和AC/DC电流探头，AC电流探头通常是无源探头，成本低，但无法测量DC分量，AC电流探头有一个低频截止带宽。AC/DC电流探头通常是有源探头，AC/DC电流探头既可以测量直流也可以测交流电流信号，AC/DC电流探头利用霍尔器件感应直流和低频交流信号，高频电流信号利用变压器工作原理，感应导线中的交流(AC)。电流探头的带宽最大高达几GHz，一般常用的电流探头带宽低于120MHz。

3.电流探头的应用场合

电流探头广泛应用于马达驱动器、电源、半导体设备、功率逆变器、电子镇流器、消费电子产品、马达驱动器等。

电流探头配合电压探头同时测试，利用示波器的Math波形数学处理能力，可用于各种功率的测量。

• 瞬时功率=电压x电流

• 有效功率=电压(有效值)x电流(有效值)x相角

• 视在功率=电压(有效值)x电流(有效值)

• 电压角度(相位)

• 电流角度(相位)

电流探头电流探测范围可以从几毫安到几千安培、AC/DC电流探头频率从DC 到120MHz以上，AC电流探头可达GHz，广泛用于各种电流测量需求，电流探头根据测试需求可供选择型号也非常广泛。为某个特定的应用选择电流探头在很多方面与选择电压探头类似。灵敏度、电流范围、频率范围、带宽、上升时间、交流和直流电流能力等某些关键指标。

4.电流探头的主要指标

4.1 电流探头的带宽

电流探头也有带宽，电流探头的带宽是指探头响应幅度下降到-3dB对应的截止频率。AC电流探头还有低频带宽限制，AC电流探头无法测试DC电流和低频电流信号，因此AC电流探头有工作频率范围。电流探头配合示波器一起使用，还需要考虑示波器的带宽，这种系统带宽决定着整体测量带宽。

4.2 电流探头上升时间 

上升时间通常利用10% 至 90% 阶跃响应时间，表征探头从前端到后端测量转换时间。要精确测量上升时间和下降时间，需要示波器和电流探头组合的测量系统的上升时间比被测信号的上升时间快3至5倍。

4.3 安培秒乘积

对于电流探头，安培秒乘积规定了电流探头线性操作的最大极限。对电流脉冲，这一乘积定义为平均电流幅度乘以脉宽。如果超过安培秒乘积，电流变压器磁芯会饱和。由于饱和的磁芯不能处理更多的电流感应的通量，因此在电流输入和电压输出之间不再成恒定的比例，在超过安培秒乘积的区域中波形部分被削掉；如果没有超过安培秒乘积，探头的信号电压输出将呈线性，并保证测量精度。

4.4  最大额定输入电流

电流探头可接受的最大额定输入电流，同时仍能正常工作的总电流(DC+峰值AC)，在AC电流测量中，必须根据频率降低峰值额定值。

4.5 最大额定峰值脉冲电流

探测电流不超过这一额定值，考虑了磁芯饱和可能损坏设备的次级电压积累，最大额定峰值脉冲电流通常规定为安培秒乘积。

5.电流探头的使用步骤

为了进行正确电流测试，工程师需要在使用前对电流探头进行消磁和校零调节，消磁可以消除电流探头的寄生磁场，否则会产生零点的漂移和测量误差。每次进行消磁后，都需要调节探头的零点，消除存在的偏移。电流探头接到示波器的通道后，一般在示波器界面上会自动显示安培单位，还需在示波器上菜单AutoZero 功能单击操作可完成消磁和自动校零，有些电流探头在探头上就有Degauss/AutoZero按钮，按一下AutoZero按钮，会消除测量系统中存在的任何DC偏置误差。

下图是泰克TCPA300/TCPA400电流探头系统。

泰克TCPA300+TCP312/TCP305/TCP303电流探头系统使用步骤如下：

Step1. 将探头接入放大器，并锁紧；

Step2. 将放大器与示波器连接；

Step3. 将探头的钳口闭锁，不接入任何被测线缆，如图所示；

Step4. 完成上述设置后，点击下图中的按钮4，进行自动消磁和调零；

Step5. 消磁完成后，Autobalance 的指示灯为绿色；

Step6. 把被测的导线利用电流钳夹住，然后钳口闭锁；

Step7. 使用“自动设置”调节示波器，显示稳定波形，读取示波器显示屏幕上的测量值。

Step1. 将探头接到示波器TekVPI 通道；

Step2. 要断开连接，请先按闭锁按钮，然后将探头从示波器中取出；

Step3. 当示波器识别出探头后，示波器的屏幕会弹出警告提示，需要消磁和调零，探头上的Degauss/Autozero(消磁/自动校零)状态LED 也会显示红色并闪烁，指示需要消磁；

Step4. 要给探头消磁，首先要把探头电流钳关闭，然后按下探头上或示波器消磁菜单上的Degauss/AutoZero（消磁/自动校零）按钮；

Step5. 如果Degauss/AutoZero状态LED 绿灯显示，表示消磁程序成功运行，探头处于正常工作模式；

Step6. 将探头固定到电路中被测导线，并关闭并锁定卡在导线上电流钳；

Step7. 使用“自动设置”调节示波器，显示稳定波形，读取示波器显示屏幕上的测量值。

6.电流探头的使用注意事项

在选择电流探头探测电流信号时要注意几个主要参数：待测电流大小、电流频率、交流还是直流、钳口的形状和大小、供电方式、接口形式等。使用前要进行消磁和校零。

7.总结

本文介绍了电流探头工作原理、电流探头应用场合、电流探头的类型，并详解了常用电流探头的操作步骤和使用注意事项。

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