不花錢的升級(jí)，用普通示波器測(cè)試電流的嘗試

我讀到這篇文章時(shí)不禁笑出聲來。這文章不是在鼓勵(lì)山寨方法嘛？ 類似方法還有諸如用無源探頭的地線和信號(hào)針短路當(dāng)作近場(chǎng)探頭。 不過能將示波器玩轉(zhuǎn)，知道示波器有一些發(fā)燒級(jí)的功能是值得鼓勵(lì)的。這是我們樂于分享這篇文章的原因。

這種方法得到的測(cè)量結(jié)果雖然有誤差，不是特別靠譜，但畢竟提供了不花錢的一種定性的結(jié)果。 文中圖片也可以看出這種帶有明顯誤差的做法和使用電流探頭測(cè)量結(jié)果是有比較大的差別的。

ScopeArt曰：有錢還是不要省電流探頭和高壓差分探頭哦。測(cè)量有風(fēng)險(xiǎn)，誤差要防范。

問題提出：

示波器是大多數(shù)電子工程師使用最多的一種儀器，提起示波器大家馬上想到的是測(cè)試電壓，當(dāng)然很多示波器還可做比較粗略的頻譜分析等，但很多示波器對(duì)電子工程師很關(guān)注的一項(xiàng)指標(biāo)--- 電流卻無法測(cè)試，在一些分析驗(yàn)證中不光需要測(cè)試電壓，有時(shí)更需要測(cè)試電流；目前一些比較高端的示波器可以測(cè)試電流，不過需要另購(gòu)有源電流探頭，提到有源兩字，就意味著不菲的價(jià)格，不錯(cuò)，購(gòu)買一根有源電流探頭的花費(fèi)差不多可以購(gòu)買一些品牌的中端示波器了，所以這不是一般小公司玩得起的“土豪”裝備啊。

提到電流測(cè)試，有人可能會(huì)說萬用表不就可以測(cè)量嗎？當(dāng)然萬用表可以測(cè)量某個(gè)時(shí)刻的電流，但存在幾個(gè)問題：1、由于萬用表的反應(yīng)速度較慢（一般都是百mS量級(jí)），用這樣的反應(yīng)速度來捕捉某些稍縱即逝的信號(hào)猶如騎自行車去追緝坐高鐵的疑犯；2、萬用表無法記錄長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試結(jié)果，好一些的表可以記錄最大、最小值等；3、最關(guān)鍵的是萬用表無法看到電流變化的過程，很多時(shí)候我們希望看到的是變化過程而不只是結(jié)果，比如我們想知道三極管過流損壞最可能在什么時(shí)候發(fā)生的而不是只想看到三極管在冒煙。

沒有昂貴的電流探頭就無法用示波器看到電流的變化過程嗎？其實(shí)我們換個(gè)思路還是可以找到解決方法的，方法其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是我們中學(xué)物理學(xué)過的I=V/R，淚奔了吧？注意這個(gè)V不是某點(diǎn)的電壓，而是兩點(diǎn)的電位差，這是個(gè)關(guān)鍵，也是一些初學(xué)者容易陷入誤區(qū)的地方，如果用某點(diǎn)的電壓變化去推測(cè)電流的變化那很多時(shí)候就要出錯(cuò)了，后面我們從實(shí)例測(cè)試可看到這點(diǎn)。

具體方法：

這個(gè)方法的具體做法是：用兩根探頭分別測(cè)出一個(gè)電阻（甚至可以是一段線，當(dāng)然前提是這段線的電阻大到其兩端可以產(chǎn)生合適的電位差）兩端的電壓V1、V2，然后用示波器的計(jì)算功能就能實(shí)時(shí)地計(jì)算出△V=V1-V2，而I=△V /R，只要環(huán)境不發(fā)生激烈的變化等我們可認(rèn)為R是不變的，因此I是隨△V線性變化的，所以△V的變化反映的就是電流的變化。我們下面通過一個(gè)實(shí)例來驗(yàn)證一下這個(gè)方法是否可行。

實(shí)例驗(yàn)證：

下面示波器截圖1測(cè)試的是某PCB上一MOS管在上電瞬間，漏極和源極之間的電壓和電流變化，其中棕色波形是源極電壓Vs，紫色波形是漏極電壓Vd，黃顏色的較粗波形就是通過示波器運(yùn)算功能計(jì)算出來的漏源極電壓 △Vsd =Vs-Vd（本例中通道C1測(cè)量的是Vs，通道C2測(cè)量的是Vd，因此具體的運(yùn)算設(shè)置就如圖2所示的C1-C2）；綠色波形是用有源電流探頭測(cè)試出來的漏源極電流Isd，從Isd和 △Vsd兩者的波形對(duì)比可看出，它們的變化過程非常接近；用有源電流探頭測(cè)出的Isd峰值大概為3.6A；計(jì)算得到的△Vsd峰值大概為0.43V，用萬用表測(cè)得的該線路電阻大概為0.15?，因此用電位差方法得到的電流峰值大概為0.43V/0.15 ? =2.87A，這跟有源電流探頭測(cè)試的結(jié)果有差別，當(dāng)然這跟MOS管不同狀態(tài)的導(dǎo)通電阻、示波器、無源探頭、萬用表的誤差等有關(guān)，但是用這個(gè)方法來測(cè)試我們最關(guān)注的電流變化過程是完全可行的，通過觀察電流的變化可以大致知道MOS管的損壞最可能在什么時(shí)候發(fā)生，從而為采取正確的措施提供依據(jù)。

看到這里，有經(jīng)驗(yàn)的工程師可能會(huì)提出一個(gè)問題: 使用普通的探頭進(jìn)行測(cè)試，共模抑制比CMRR如何解決？ 確實(shí)是存在這個(gè)問題，不過我們前面也提過，這方法最主要是可讓我們看到電流的變化過程，在各種因素的影響下用這方法測(cè)試出來的具體電流值的準(zhǔn)確程度肯定比不上專門的有源電流探頭（如果這個(gè)不花錢的方法能完全解決幾萬元才能解決的問題，以后有源電流探頭就賣不出去了，當(dāng)然如果你恰好看到本文，某天用電流的變化分析解決了以前的某個(gè)懸案，不妨可以此說服老板少喝兩瓶，買個(gè)電流探頭^_^）；而且要解決CMRR的話就需要用到有源差分探頭，這東東的身價(jià)跟電流探頭可有一拼了，這樣的話就達(dá)不到我們不花錢的目的了^_^；不過，Vs-Vd有個(gè)好處就是可消除一部分信號(hào)上的干擾。

另外，我們從截圖可以看到，單點(diǎn)的電壓Vs或Vd的變化不同于Isd的變化，所以不要陷入用單點(diǎn)電壓變化來估算電流變化的誤區(qū)。

圖1 通過兩個(gè)電壓相減得到電壓差近似測(cè)量電流的變化

另外，使用這個(gè)方法有個(gè)前提是示波器需要具有通道間的數(shù)據(jù)計(jì)算功能（如圖2），這個(gè)功能對(duì)現(xiàn)在很多基于Windows操作系統(tǒng)的示波器來說是小菜一碟；當(dāng)然，如果示波器的運(yùn)算公式能加入R，就是圖2的Summary為I=△V/R，計(jì)算得到的結(jié)果就更直觀了。

總結(jié)思考：

方法總是比問題多，在很多情況下，換個(gè)思路就可能找到解決問題的辦法。比如很多工程師由于無合適的儀器可觀察到電流的變化過程，對(duì)電路中電流是如何變化的，很多時(shí)候可能是靠經(jīng)驗(yàn)去估算，但這種估算不一定跟實(shí)際情況吻合，本文提出的方法可讓工程師在不花錢的情況下使用現(xiàn)有的示波器觀察到電路中電流的變化過程，雖然其理論基礎(chǔ)不是“高大上”，但具有較好的實(shí)用價(jià)值，使現(xiàn)有的示波器多了一只“眼睛”。

其實(shí)這文章的想法是多年前我公司還沒買電流探頭時(shí)自己的一些嘗試，當(dāng)時(shí)這樣去嘗試是因?yàn)闆]有合適的工具又想知道電流是如何變化的，現(xiàn)在應(yīng)該還有很多不想買或買不起有源電流探頭的中小公司工程師面臨我當(dāng)年的困惑，希望把我當(dāng)年的想法整理成的文章能對(duì)他們有所幫助。