高壓差分探頭常見(jiàn)的測(cè)量方案

常見(jiàn)的差分探頭中有一類(lèi)是針對(duì)低壓信號(hào)的，在高速的數(shù)字電路中這種差分信號(hào)比較常見(jiàn)，這一類(lèi)差分探頭的測(cè)量電壓常見(jiàn)的幅值是±8V，帶寬一般在1GHz以上;另一類(lèi)是專(zhuān)門(mén)針對(duì)高壓測(cè)量的，測(cè)量電壓高達(dá)上KV，在開(kāi)關(guān)電源測(cè)量中這種差分信號(hào)比較常見(jiàn)，這類(lèi)差分探頭叫高壓差分探頭，測(cè)量電壓一般在KV級(jí)別，帶寬在20MHz—100MHz范圍內(nèi)比較常見(jiàn)。

差分探頭主要是針對(duì)浮地系統(tǒng)的測(cè)量。電源系統(tǒng)測(cè)試中經(jīng)常要求測(cè)量三相供電中的火線與火線，或者火線與零(中)線的相對(duì)電壓差，很多用戶(hù)直接使用單端探頭測(cè)量?jī)牲c(diǎn)電壓，導(dǎo)致探頭燒毀的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。這是因?yàn)椋捍蠖鄶?shù)示波器的“信號(hào)公共線”終端與保護(hù)性接地系統(tǒng)相連接，通常稱(chēng)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(hào)都具有一個(gè)公共的連接點(diǎn)。該公用連接點(diǎn)通常是示波器機(jī)殼通過(guò)使用交流電源設(shè)備電源線中的第三根導(dǎo)線地線，將探頭地線連到一個(gè)測(cè)試點(diǎn)上。如果這時(shí)使用單端探頭測(cè)量，那么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，我們需要差分探頭進(jìn)行浮地測(cè)量。

目前差分信號(hào)的常見(jiàn)測(cè)量方法有以下三種方法：

1)使用兩個(gè)探頭測(cè)量，再利用示波器數(shù)學(xué)運(yùn)算功能計(jì)算，如圖1

使用兩個(gè)探頭進(jìn)行兩項(xiàng)單端測(cè)量，這是一種常用方法，也是進(jìn)行差分測(cè)量最不希望的方法。測(cè)量到地的信號(hào)(單端)及使用示波器的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)(通道A信號(hào)減去通道B)，就可測(cè)量差分信號(hào)。在信號(hào)時(shí)低頻信號(hào)，信號(hào)幅度足夠大，能夠超過(guò)任何擔(dān)心的噪聲情況下，可以采取這種方法。兩個(gè)單端測(cè)量組合在一起有多個(gè)潛在問(wèn)題。其中一個(gè)問(wèn)題是沿著每個(gè)探頭直到每條示波器通道有兩條單獨(dú)的長(zhǎng)信號(hào)通路。這兩條通路之間的任何延時(shí)差都會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)信號(hào)發(fā)生時(shí)間偏移。在高速信號(hào)上，這個(gè)偏移會(huì)導(dǎo)致計(jì)算的差分信號(hào)中發(fā)生明顯的幅度和定時(shí)誤差。另一個(gè)問(wèn)題是它們不能提供足夠的共模噪聲抑制。實(shí)際電路中，共模噪聲源很多，比如說(shuō)，附近時(shí)鐘線在兩條信號(hào)線上導(dǎo)致的噪聲，熒光等外部來(lái)源發(fā)出的噪聲。隨著頻率的提高，單端測(cè)量的CMMR(共模抑制比)的性能會(huì)迅速下降。如果保留共模干擾的話，這會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的噪聲比實(shí)際的噪聲還要大的多。

2) 示波器浮地測(cè)量

目前常見(jiàn)的錯(cuò)誤浮地測(cè)量方法就是示波器浮地測(cè)量方法，是通過(guò)切斷標(biāo)準(zhǔn)三頭AC插座地線的方法或使用一個(gè)交流隔離變壓器，切斷中線與地線的連接。將示波器從保護(hù)地線浮動(dòng)起來(lái)，如圖4，以減小地環(huán)路的影響。這種方法其實(shí)并不可行，因?yàn)樵诮ㄖ锏牟季€中中線也許在某處已經(jīng)與地線相連，是不安全的測(cè)量方法;此外，它違反了工業(yè)健康和安全規(guī)定，且獲得的測(cè)量結(jié)果也差。而且示波器在地浮動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)大的寄生電容，浮動(dòng)測(cè)量將受到振蕩的破壞，測(cè)量的波形失真嚴(yán)重，后續(xù)會(huì)有實(shí)例演示?？偠灾?，示波器浮地測(cè)量容易損壞被測(cè)器件;損壞示波器;給人身帶來(lái)潛在危害;測(cè)量誤差大。

3)差分測(cè)量

浮地測(cè)量的最佳解決辦法就是使用高共模抑制比的差分探頭，因?yàn)閮蓚€(gè)輸入端都不存在接地的問(wèn)題，兩路輸入信號(hào)的差分運(yùn)算在探頭前端放大器完成，傳輸?shù)绞静ㄆ魍ǖ赖男盘?hào)是已差分后的電壓，示波器無(wú)需去掉三線插頭的接地端即可實(shí)現(xiàn)安全的浮地測(cè)量，如圖2。

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審核編輯：湯梓紅