示波器探頭基礎系列之三《關于差分探頭》

　　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指標若不好，則共模電壓會加入差分電壓內，造成測量上的誤差。

　　單端探頭的CMRR指標為什么很難做高？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，這兩個元件構成了由探頭電纜屏蔽層和大地地線組成的傳輸線所產出的特性阻抗。這一特性阻抗是很重要的，因為當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，所以當使用單端探頭時，保持地線盡量短是很重要的。

　　當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。所產生的唯一輸出信號是該放大器抑制特性的函數，它與連線電感無關。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一般都優于單端探頭。

　　3、安全的浮地測量

　　電源系統測試中經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，導致探頭燒毀的現象時有發生。這是因為：大多數示波器的”信號公共線”終端與保護性接地系統相連接，通常稱之為“接地”。這樣做的結果是：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，通過使交流電源設備電源線中的第三根導線源線地線，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生煩人的嗡嗡聲和接地環路。用戶常常借助那些存在潛在危險的測量技術來解決這些問題。

　　通過切斷標準三頭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，它違反了工業健康和安全規定，且獲得的測量結果也差。而且，交流供電儀器在地面浮動時會出現一個大的寄生電容。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，這將導致：

　　――損壞被測器件；

　　――損壞示波器

　　――給人身帶來潛在傷害

　　――導致很差的測量精度

　　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，傳輸到示波器通道的信號是已差分后的電壓，示波器無需去掉三線插頭的接地端即可實現安全的浮地測量。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。