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電流探頭本質

更新時間:2021-07-13      點擊次數(shù):1341

在做車載傳導電流法、大電流注入等EMC測試的時候一定會用到的一個測試設備是電流探頭,探頭的作用是將不同頻率的噪聲信號傳輸?shù)筋l譜儀或者設備上。下面我們將講解電流探頭是如何實現(xiàn)其功能的。下圖為典型的電流探頭圖片。

電流探頭

圖1:EMC測試中常用的電流探頭

一般可以通過將電流探頭直接連接到頻譜分析儀(圖2a)或連接前置放大器(圖2b)來測量電磁信號。

圖2:(a)直連頻譜儀 (b)連接前置放大器
 
為什么電流探頭形狀是環(huán)形,而且能把噪聲信號測量出來了。其實電流探頭本質上是一個環(huán)形變壓器,如圖3所示。
 
圖3:電流探頭等效示意圖
 
當探頭夾在被測導線上時,被測導線其實相當于變壓器的初級繞組,而探頭的繞組是次級繞組。當導線(初級線圈)中通過電流時會產生磁場,由該磁場所產生的磁力線會集中在電流探頭內部的環(huán)形磁芯中循環(huán)流動,根據(jù)法拉第定律,磁芯中流動的磁場會在次級線圈上感應到電動勢Vind,Vind在頻譜儀內部Zin(50Ω)上產生頻率范圍內的噪聲電流。圖4為電流探頭端接50Ω示意圖。
 
圖4:電流探頭端接頻譜50Ω阻抗
 
知道原理后,我們就可以利用磁環(huán)和線圈自制簡易的電流鉗進行測試。圖5為自制探頭。
圖5 自制簡易電流探頭
 
觸類旁通,當使用環(huán)形探頭測試磁場噪聲時,可在環(huán)形探頭上增加磁環(huán),由于磁環(huán)的磁芯材料擁有高磁導率的特性,被測線束上噪聲電流所產生的磁場大部分都在磁環(huán)中流動,而不是發(fā)散到空氣中,互感原理,穿透過環(huán)形探頭的磁通量將被增強,根據(jù)法拉第定律,我們知道,環(huán)形探頭上感應到的磁通量越多,頻譜儀端50Ω阻抗上感應到的電動勢也就越大,被測噪聲幅值將提高,測試結果更準確。如圖6所示。
 
圖6 用磁環(huán)提高環(huán)形探頭測試的靈敏度
 
對于系統(tǒng)級的設備來說,機器內部不同功能模塊之間的連接的信號線和電源線較多,要使用頻譜儀和近場探頭來精確具體的噪聲源和耦合路徑較為困難,此時就可使用上述環(huán)形近場探頭與磁環(huán)搭配的裝置進行測試。
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