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电流探头本质

更新时间:2021-07-13      点击次数:614

在做车载传导电流法、大电流注入等EMC测试的时候一定会用到的一个测试设备是电流探头,探头的作用是将不同频率的噪声信号传输到频谱仪或者设备上。下面我们将讲解电流探头是如何实现其功能的。下图为典型的电流探头图片。

电流探头

图1:EMC测试中常用的电流探头

一般可以通过将电流探头直接连接到频谱分析仪(图2a)或连接前置放大器(图2b)来测量电磁信号。

图2:(a)直连频谱仪 (b)连接前置放大器
 
为什么电流探头形状是环形,而且能把噪声信号测量出来了。其实电流探头本质上是一个环形变压器,如图3所示。
 
图3:电流探头等效示意图
 
当探头夹在被测导线上时,被测导线其实相当于变压器的初级绕组,而探头的绕组是次级绕组。当导线(初级线圈)中通过电流时会产生磁场,由该磁场所产生的磁力线会集中在电流探头内部的环形磁芯中循环流动,根据法拉第定律,磁芯中流动的磁场会在次级线圈上感应到电动势Vind,Vind在频谱仪内部Zin(50Ω)上产生频率范围内的噪声电流。图4为电流探头端接50Ω示意图。
 
图4:电流探头端接频谱50Ω阻抗
 
知道原理后,我们就可以利用磁环和线圈自制简易的电流钳进行测试。图5为自制探头。
图5 自制简易电流探头
 
触类旁通,当使用环形探头测试磁场噪声时,可在环形探头上增加磁环,由于磁环的磁芯材料拥有高磁导率的特性,被测线束上噪声电流所产生的磁场大部分都在磁环中流动,而不是发散到空气中,互感原理,穿透过环形探头的磁通量将被增强,根据法拉第定律,我们知道,环形探头上感应到的磁通量越多,频谱仪端50Ω阻抗上感应到的电动势也就越大,被测噪声幅值将提高,测试结果更准确。如图6所示。
 
图6 用磁环提高环形探头测试的灵敏度
 
对于系统级的设备来说,机器内部不同功能模块之间的连接的信号线和电源线较多,要使用频谱仪和近场探头来精确具体的噪声源和耦合路径较为困难,此时就可使用上述环形近场探头与磁环搭配的装置进行测试。
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