低感分流器及其结构与设计

大电流脉冲测量中常常使用分流器测量。分流器测量实质上是利用测量已知电阻上的压降来确定被测电流大小的一种直接测量电流的装置。其阻值一般在0.1～10mΩ。能测量的脉冲电流范围为几千安至几十千安。图5-16所示为分流器的工作原理，示波器测量的电压值应满足

U（t）＝R_sI（t）

当分流器为纯电阻且电阻值恒定时，U（t）波形就可视为I（t）等比缩小的波形，将其波形缩小为1／R_s就得到I（t）的波形。

图5-16 分流器测量原理

图5-17 分流器等效电路

但是，实际上通过大脉冲电流的分流器不能视为纯电阻。由于通流时分流器周围电磁场的存在且变化很快，分流器需等效为一个串联有电感、并联有电容的电阻器。通常其寄生电容值非常小，因而其容抗比分流器的电阻大得多，所以通常情况下，寄生电容可以忽略不计。但是电感的影响始终存在，且在快变的电流测量中感抗增大，同时电阻分流器的电阻非常小，这样电感的影响就显得比较明显。所以如图5-17所示，通常将分流器等效为串联有寄生电感的电阻。为了提高分流器的准确度，设计和制作分流器时，要尽可能地减小残余电感。这样的低电感分流器称为低感分流器。

除了寄生电感外，分流器中流过快速变化的大电流时的发热效应、集肤效应以及电动力效应对分流器的影响也不可忽视。因此在选择分流器的材料和设计它的结构时，要考虑减小热效应和集肤效应的影响。另外，从电动力的角度考虑，分流器还应该有其最大允许电流幅值。

快速变化的大电流电路系统会在分流器周围产生快速变化的强大电磁场，测量回路受到稍许干扰，都可能严重的偏差。为此，除了用同轴屏蔽电缆来连接分流器和示波器之外，在设计分流器结构时，尤其是电压引线和电缆的连接时，要防止周围的干扰。另外，为了防止引线电感和寄生电容造成高频振荡和测量的偏差，分流器低压点常常需要直接接地。

常见的低感分流器结构可分为双线型、同轴管型和盘型3种。其中双线型分流器又可分为带状对折和辫状对折两种。如图5-18所示为双线型分流器，其中图5-18a为带状对折分流器，图5-18b为辫状对折分流器。这两种分流器的电压引出线都与分流器本体垂直，并且通过同轴电缆输出测量设备，以达到减小干扰的目的，但是这两种分流器的寄生电感相对较大，在运用中受到一定的限制。(www.xing528.com)

图5-18 双线型分流器

a）带状对折分流器 b）辫状对折分流器

为了减少寄生电感，用于测量脉冲电流的分流器结构常常采用如图5-19所示的同轴型分流器结构。电流从同轴的内圆柱形电阻薄片流入，通过高电导率圆柱形外壳流回。两个圆柱间填有绝缘介质，可以做到极薄，测量输出通过b′和b引出。由于外壳的屏蔽，使得电流产生的电磁场被限制在同轴型结构的两个圆筒的极薄的间隙间，而在内圆筒内部和外圆筒外部不存在任何磁场，这样使得在分流器上产生的寄生电感特别的小，同时引出线上干扰有特别小。由于同轴型结够的这些优点，使得其成为脉冲大电流测量中运用最广泛的分流器结构。

图5-19 同轴分流器

如图5-20所示为盘式分流器，其残余电感量极小，阶跃响应时间可以做到小于等于1ns。

图5-20 盘式分流器

1—电缆 2—同轴锥形套 3—绝缘压块 4—薄电阻盘