Токовый щуп осциллографа

Чтобы увидеть форму тока на осциллографе, не обязательно впаивать шунт. Токовый щуп охватывает провод и превращает его магнитное поле в напряжение. Разбираем, как он устроен, почему простой щуп не видит постоянный ток и что значит «произведение ампер-секунд».

Обновлено 26 октября 2026 г.Редакция GAW

Токовый щуп (current probe) — щуп осциллографа, который охватывает провод с током и выдаёт напряжение, пропорциональное току. Он чувствует магнитное поле вокруг проводника, поэтому цепь не нужно разрывать и впаивать шунт. Вместе с щупом напряжения и математикой осциллографа он позволяет считать мгновенную, активную и полную мощность и сдвиг фаз (Tektronix, ABCs of Probes, с. 19).

Как устроен

AC-щуп — это трансформатор: провод с током служит первичной обмоткой из одного витка, катушка на магнитном сердечнике — вторичной, и напряжение на нагрузке щупа пропорционально отношению витков (с. 20, рис. 2.7). На этом же принципе работает трансформатор тока: у него тоже силовой провод служит первичной обмоткой из одного витка, а раскрывающиеся конструкции надевают на провод без разрыва цепи (Kuphaldt, гл. 9.7.3). Постоянный ток не создаёт меняющегося поля, поэтому у AC-щупа есть нижняя граница полосы — по Tektronix, от 0,5 Гц до 1,2 кГц в зависимости от катушки.

Чтобы видеть и постоянный ток, в щуп добавляют датчик Холла. Получается AC/DC-щуп с полосой от нуля до верхней частоты −3 дБ; ему нужно питание для датчика, а иногда и отдельный усилитель, который сводит AC- и DC-части в один сигнал (с. 19).

Тип	Что видит	Особенности (Tektronix)
AC, обычно пассивный	только переменный ток	нижняя граница 0,5 Гц … 1,2 кГц, верхняя — типично до 100 МГц
AC/DC, обычно активный	постоянный и переменный	датчик Холла, нужно питание
Разъёмный	надевается на провод	сердечник U с ферритовой задвижкой; самый распространённый вид
Неразъёмный	провод продевают, разорвав цепь	малый размер, очень высокая частота

Ограничения

Вносимое сопротивление. Сопротивление щупа пересчитывается в цепь как последовательное; на 1 МГц оно типично 30–500 мОм и обычно мало влияет. Если пропустить провод через щуп n раз, чувствительность вырастет в n раз, а вносимое сопротивление — в n² раз (с. 20, рис. 2.8).

Насыщение. Предел линейной работы задаёт произведение ампер-секунд: средний ток импульса на его длительность. При превышении сердечник насыщается и пики срезаются; насытить его может и большой постоянный ток. Некоторые активные модели токовых щупов борются с этим встречным компенсирующим током (с. 20–21). По нашему выводу, механизм тот же, что у дросселя, — см. «Ток насыщения». Допустимый ток к тому же снижают с ростом частоты.

Другие способы измерить ток — в обзоре «Датчики тока».

Частые вопросы

Почему токовый щуп не показывает постоянный ток?

Если это AC-щуп — он работает как трансформатор, а постоянный ток не создаёт меняющегося поля и не наводит напряжения. По Tektronix, нижняя граница полосы таких щупов — от 0,5 Гц до 1,2 кГц в зависимости от катушки. Постоянный ток видят AC/DC-щупы с датчиком Холла; им нужно питание.

Как повысить чувствительность токового щупа?

Пропустить провод через щуп несколько раз: два витка удваивают чувствительность, три — утраивают. Но вносимое в цепь сопротивление растёт как квадрат числа витков (Tektronix), так что при трёх витках оно в девять раз больше.

Что такое произведение ампер-секунд у токового щупа?

Предел линейной работы для импульсов: средний ток импульса, умноженный на его длительность. Если его превысить, сердечник насыщается, выход перестаёт быть пропорционален току и пики на осциллограмме срезаются. Насытить сердечник может и большой постоянный ток в проводе.

Источники

Tektronix. ABCs of Probes, Primer (60W-6053-15) — с. 19, рис. 2.6: ток создаёт поле, щуп превращает его в напряжение; с математикой осциллографа — мгновенная, активная и полная мощность, фаза; два типа — AC (обычно пассивные) и AC/DC (обычно активные), оба на трансформаторном принципе; полоса AC-щупов — до нескольких ГГц, типично меньше 100 МГц; нижняя граница от 0,5 Гц до 1,2 кГц, постоянный ток трансформатор не чувствует; для DC добавляют датчик Холла, ему нужно питание, иногда — усилитель; с. 20, рис. 2.7–2.8: провод — первичная обмотка из одного витка, напряжение пропорционально N2/N1; вносимое сопротивление на 1 МГц типично 30–500 мОм; n витков провода через щуп повышают чувствительность в n раз, а вносимое сопротивление — в n² раз; разъёмные (сердечник U с ферритовой задвижкой) и неразъёмные; произведение ампер-секунд — средний ток импульса на его длительность, при превышении сердечник насыщается и пики срезаются; с. 21: насыщение и большим постоянным током, компенсирующий (bucking) ток у активных щупов; ток снижают с ростом частоты
Kuphaldt T. R. Lessons In Electric Circuits, Vol. II — AC, 6th ed. (2021), гл. 9.7.3, CC BY — с. 259–261: трансформатор тока — силовой провод служит первичной обмоткой из одного витка, бывают раскрывающиеся; вторичную обмотку трансформатора тока нельзя размыкать — опасно высокое напряжение

Нашли ошибку?