示波器探頭基礎(chǔ)系列之三《關(guān)于差分探頭》

　　信號頻率或者Dv/Dt

　　任何探頭或儀器輸入的不匹配。

　　很顯然，CMRR值越大越好，一般在60dB（1000:1）左右，但隨著頻率增加CMRR會逐漸減少。因為越快的信號邊沿越容易再正負兩端產(chǎn)生偏差，因而也會帶來更多的共模電壓，如下圖所示。

　　CMRR為什么很重要，因為差分探頭的CMRR指標(biāo)若不好，則共模電壓會加入差分電壓內(nèi)，造成測量上的誤差。

　　單端探頭的CMRR指標(biāo)為什么很難做高？單端探頭模型表明了探頭放大器到“大地”地線之間有一個寄生電阻和寄生電感，這兩個元件構(gòu)成了由探頭電纜屏蔽層和大地地線組成的傳輸線所產(chǎn)出的特性阻抗。這一特性阻抗是很重要的，因為當(dāng)你給單端探頭加一個共模信號時，地線電感值就與這一特性阻抗一起組成了一個分壓器。此分壓器對到達放大器的地線信號起衰減作用。由于放大器的信號和地線輸入信號受到的衰減各不相同，在放大器的輸入端上就出現(xiàn)了一個凈信號，從而使放大器有輸出信號。地線電感越大，共模抑制能力越低，所以當(dāng)使用單端探頭時，保持地線盡量短是很重要的。

　　當(dāng)你給差分探頭加上一個共模信號時，放大器的正負兩個輸入端都有同一個信號。所產(chǎn)生的唯一輸出信號是該放大器抑制特性的函數(shù)，它與連線電感無關(guān)。因此，在存在很大的共模噪音時，用差分探頭來測量更為精確。這是差分探頭與單端探頭之間很典型的區(qū)別，除非單端探頭的接地連接的電感非常小，而這一點在實際實踐中是很難做到的。所以實際的差分探頭CMRR一般都優(yōu)于單端探頭。

　　3、安全的浮地測量

　　電源系統(tǒng)測試中經(jīng)常要求測量三相供電中的火線與火線，或者火線與零（中）線的相對電壓差，很多用戶直接使用單端探頭測量兩點電壓，導(dǎo)致探頭燒毀的現(xiàn)象時有發(fā)生。這是因為：大多數(shù)示波器的”信號公共線”終端與保護性接地系統(tǒng)相連接，通常稱之為“接地”。這樣做的結(jié)果是：所有施加到示波器上，以及由示波器提供的信號都具有一個公共的連接點。該公用連接點通常是示波器機殼，通過使交流電源設(shè)備電源線中的第三根導(dǎo)線源線地線，并將探頭地線連到一個測試點上。單端探頭的地線與供電線直接相連，后果必然是短路。這種情況下，我們需要浮地測量。

　　所謂“浮地”測量，即測量的兩個點都不處于接地電位，這是一種典型的差分測量。“信號公共線”與地之間的電壓可能會升高到數(shù)百伏。

　　此外，許多差分測量還要求抑制高共模信號，以便于評估低電平差分信號，多余的接地電流還會產(chǎn)生煩人的嗡嗡聲和接地環(huán)路。用戶常常借助那些存在潛在危險的測量技術(shù)來解決這些問題。

　　通過切斷標(biāo)準(zhǔn)三頭AC插座地線的方法或使用一個交流隔離變壓器，切斷中線與地線的連接。將示波器從保護地線浮動起來，以減小地環(huán)路的影響。這種方法其實并不可行，因為在建筑物的布線中中線也許在某處已經(jīng)與地線相連，是不安全的測量方法，會帶來l人身傷害，儀器和電路損壞！

　　此外，它違反了工業(yè)健康和安全規(guī)定，且獲得的測量結(jié)果也差。而且，交流供電儀器在地面浮動時會出現(xiàn)一個大的寄生電容。因此，浮動測量將受到振蕩的破壞。

　　總而言之，將示波器“浮地”非常糟糕的主意，這將導(dǎo)致：

　　――損壞被測器件；

　　――損壞示波器

　　――給人身帶來潛在傷害

　　――導(dǎo)致很差的測量精度

　　如何解決

　　最佳解決辦法就是使用高共模抑制比的差分探頭，因為兩個輸入端都不存在接地的問題，兩路輸入信號的差分運算在探頭前端放大器完成，傳輸?shù)绞静ㄆ魍ǖ赖男盘柺且巡罘趾蟮碾妷?，示波器無需去掉三線插頭的接地端即可實現(xiàn)安全的浮地測量。比如力科公司的ADP305高壓差分探頭即是安全測量三相市電的火線與火線、火線與中線間壓差的最佳探頭。