使用示波器測量電流的常見技術有三種。第一種是在測量電流時使用串行電阻器（有時稱為分流器）。第二種是使用電流互感器。第三種是使用電流探頭。這三種方法都要求被測電流經過測量傳感器，因此都有一定的侵入性。

電流探頭允許用戶在測量導線電流時無需拆開導線，因此是侵入性最小的技術。但用戶需要了解一些基本的電流探頭原理，才能更好地利用最新探頭設計。

本文將介紹各種電流測量方法，再介紹電流探頭以及如何有效使用探頭。

分流器

分流器通常設計在電路或相關測試裝置中。通過測量分流器已知電阻上的壓降來確定電流。在分流器串行電阻和電流測量所需的靈敏度之間，需要進行工程權衡。

既要獲得合理壓降，同時又不影響電路性能。并且，分流器的額定功率對于被測電流需足夠大。分流電阻器的一個實例是 Riedon RSA-10-100。這種底座安裝式電阻器的電阻為 0.01 Ω，容差 ±0.25%，額定功率為 1 W。電阻器額定功率將最大電流設置為 10 A，產生 100 mV 的輸出電壓。示波器用于測量分流器上的電壓。大多數示波器可以按比例將電壓調整為等效電流（圖 1）。

圖 1：展示重調設置的 Teledyne LeCroy HDO4104 示波器通道設置，能夠根據基于分流電阻器值垂直讀出安培數（圖片來源：Digi-Key Electronics）。

Teledyne LeCroy HDO4104 示波器的輸入通道設置是許多允許重調垂直數據的儀器的常見設置。“Rescale”（重調）控件允許用戶指定單位（本例中為安培）以及以“Units/Volt”為單位的重調系數。對于 RSA-10-100，“ Units/Volt”設置是電阻值的倒數，即 1/0.01 = 100。示波器還可以加上或減去失調電流，這在有源傳感器中可能會用到。輸入“Rescale”設置后，通過垂直縮放示波器輸入通道，即可直接安培數，包括測量參數和光標讀數。

分流電阻器對 AC 和 DC 電流均有響應，帶寬受到電阻器內部電感和電容的限制。

同軸或脈沖分流器是對標準扁平分流電阻器的補充。這些設備將分流電阻器排列成圓柱幾何形狀，以使其電感最小化。電壓觸頭被引出至某個適合帶寬的同軸連接器上。

同軸分流器適合高至數百個 MHz 的帶寬，具體取決于電阻器值和最大額定電流。

同軸分流器的大小與最大額定電流成正比，且遠大于傳統的扁平分流器。

電流互感器

另一種可行方法是對通過導線的電流進行磁感應。最簡單的磁傳感器就是電流互感器（圖 2）。

圖 2：電流互感器使用多匝次級繞組，感應通過鐵氧體磁芯開口的導線中的電流。（圖片來源：Digi-Key Electronics）

承載被測電流 (IMeas) 的導線穿過構成互感器初級繞組的鐵氧體磁芯的中心。電流在磁芯中感應出的磁通量與該電流成正比。N 匝感應繞組用于感應磁通量。次級繞組中的感應電流與匝數比（初級繞組中的匝數與次級繞組中的匝數比，本例中為 1/N）成比例。

通過讓次級電流流過一個電阻器（最常用的就是示波器 50 W 端接），可將其轉換為電壓。如果使用 50 W 端接，則將輸入通道的“Rescale ”設置設為 N/50 A/V。電流互感器僅適用于 AC 信號。不能用于測量直流電流。

注意，被測導線必須穿過磁芯。這樣就需要拆開導線，將其穿過磁芯。有的電流互感器使用分離式磁芯，以便被測導線插入。

電流探頭

電流探頭設計用于提供一種方便的電流測量方式。它們可以是 AC 耦合，采用電流互感器技術或 AC/DC 耦合。無論哪種類型，探頭都包括分離式磁芯幾何體，便于裝入載流導體，而無需將其拆開。

Teledyne LeCroy CP030 是 AC/DC 電流探頭典型實例，可測量最高 30 A 的電流，帶寬 50 MHz（圖 3）。

圖 3：Teledyne LeCroy CP030 是 30 A、DC - 50 MHz 電流探頭。它使用 ProBus 接口，可與 Teledyne LeCroy 示波器完全集成。（圖片來源：Teledyne LeCroy）。

CP030 使用混合技術，同時采用了用于 DC 和低頻 AC 信號的霍爾效應器件和用于高頻 AC 信號的電流互感器（圖 4）。

圖 4：CP030 AC/DC 電流探頭功能框圖。（圖片來源：Digi-Key Electronics）

CP030 采用分離式鐵氧體磁芯，能快速插入承載被測電流的導線。

它在磁芯間隙中加入了霍爾效應傳感器和反饋繞組。霍爾效應傳感器在合理施加偏壓時可產生與磁芯中的磁通量成比例的輸出電流。此輸出經放大，可驅動反饋繞組，讓磁芯變為零磁通量狀態。這時，由于載流導線的作用，通過反饋繞組的電流與磁通量成比例。

輸出端接將此電流轉換為電壓。由于霍爾效應傳感器輸出隨頻率增加而降低，反饋繞組起到電流互感器的作用，因此可準確測量被測信號的高頻部分。

CP030 的靈敏度為 1 V/A。探頭通過 ProBus 接口將此信息傳輸給示波器。示波器自動調整插入探頭的通道的比例，以讀取安培值（圖 5）。

圖 5：連接 CP030 的 Teledyne LeCroy HDO 4104 示波器通道設置。探頭將被自動識別，并“Probe”輸入框中所示。正確的比例被自動輸入到“Units/V”輸入框中，垂直單位則設置為“Amperes”。（圖片來源：Digi-Key Electronics）

除了感應和調節探頭輸出比例外，示波器包括含探頭相關所有控件的對話框（圖 6）。

圖 6：CP030 探頭設置對話框，顯示探頭消磁和自動歸零控件。（圖片來源：Digi-Key Electronics）

對話框中包括消磁和自動歸零控件。通過施加消磁信號，消磁功能可消除探頭磁芯中的任何殘余磁通量。應在任何重要測量之前進行消磁，以確保最佳精度。當沒有電流時，自動歸零控件將探頭輸出的任何偏移設置為零伏。示波器上配備這些控件意味著不占探頭或接口盒的任何空間，探頭體積更小。對話框還可識別探頭并提供其主要規格參數。

提高電流探頭有效性的常用技術

測量小電流時，可在初級繞組上多纏繞多匝導線以提高電流探頭靈敏度（圖 7A）。

圖 7：通過在探頭磁芯上多纏繞多匝導線提高電流探頭靈敏度 (A)。將多根導線穿過探頭磁芯進行差分測量 (B)。（圖片來源：Teledyne LeCroy）

在任何互感器中，通過探頭磁芯的匝數越多，探頭靈敏度則越高。在圖 7 中，探頭磁芯上繞有四匝線圈，靈敏度提高了四倍。此系數必須手動輸入到探頭“Rescale ”設置中。注意，插入阻抗也將按匝數的平方而增高。在本例中，阻抗將增加 16 倍。由于測量針對低電流水平，此阻抗上的壓降通常較低，并且對測量的影響最小。

如果多根導線穿過探頭，示波器將讀取凈電流（圖 7B）。這種技術能用于測量兩根導線中的差分電流。將具有等效 DC 電流的導線以反方向穿過，還能用于消除較大失調電流。這能擴大電流探頭的量程。

使用第三方電流探頭

許多制造商提供針對不使用專有接口的通用示波器的電流探頭。這些探頭包含電源、消磁控件和調整探頭直流偏移的控件。例如 Cal Test Electronics 的 CP6990O-NA AC/DC 40 A、1.5 MHz 獨立電流探頭（圖 8）。

圖 8：Cal Test Electronics CP6990-NA 獨立電流探頭及其相關配件（圖片來源：Cal Test Electronics）

這種電流探頭采用電池供電，通過隨附的 BNC 電纜直接連接示波器。探頭具有雙靈敏度量程，即 1 V/A 或 100 mV/A。相應的，Teledyne LeCroy HDO4104 的“Rescale”字段分別輸入 1 或 10 Units/Volt。單位字段應當選擇“A”。已選通道的垂直比例現在可以用“安培”進行校準。

總結

示波器可使用分流器、電流互感器或電流探頭進行電流測量。無論使用哪種傳感器，示波器通道均能重新調整比例，直接以電流單位讀數。

電流探頭易于連接，因此是最容易使用的裝置。示波器制造商提供的電流探頭可感應探頭，并自動調整電流數據比例。