示波器測交流V差分探頭

1、一、前言        我們都知道使用示波器，就必須使用探針                 由于半導(dǎo)體組件的速度愈來愈快，受測電路的訊號自然愈來愈高速化。今天要正確地從受測電路檢出訊號，并傳送到示波器的輸入端。而又不影響受測 電路的正常運轉(zhuǎn)，絕對不是一件容易的事情。使用正確的探棒是一個關(guān)鍵。若 探針選用不當，即使購買再昂貴的示波器，也無濟于事?，F(xiàn)在市面上有許多種 類的探棒可以幫助使用者在各種不同條件下完成

2、電路檢測的工作，差動探棒就 是其中一類。 差動探針早期主要是用來量測電力系統(tǒng)，電力轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換式電源供應(yīng) 器。所量測的訊號通常都是相當大的浮動訊號，從數(shù)十伏到數(shù)仟伏。近年來由 于數(shù)字電路的高速化，數(shù)字設(shè)計及數(shù)字傳輸中大量使用差動訊號，因而出現(xiàn)新 型的低壓高速差動探針。它的量測范圍很小。只有幾伏甚至零點幾伏，但頻寬 很寬，可高達數(shù) GHz 。在現(xiàn)代的示波器量測中，不管是高壓型差動探針，或是 高速型差動探針，在他們各自的領(lǐng)域中，都是不可或缺的。 二、示波器探棒的選擇 - 電力差動訊號 在電力電子電路中，通常有許多相當大的浮動訊號，圖二是一個典型的交換式電源供應(yīng)器 (Switching P

3、ower) 的電力電路，我們可以將它以 Vd( 差動訊號 ) ， VCM( 共模訊號 ) 及 VLINE ( 電源訊號 ) 來表示。  當我們用示波器觀測電力電子電路訊號時，如果使用單端探棒，將造成短 路，損壞待測物及測試設(shè)備，甚至造成測量人員觸電等 ( 圖三 ) 。  電路與示波器的接地端形成短路回路，所以有 些量測人員便將示波器的電源接地拆掉，浮接示波器，來避免短路回路的形成 ( 圖四 ) ，但是，這樣就可以解決我們在電力電子電路的量測問題了嗎？讓我們就這 樣的方式來討論：  圖四顯示，即便將示波器電源接地切斷，當我使用多通道量測

4、非共地電路時，在不同通道單端探棒的接地端，仍然會形成短路回路，造成待測電路或測 試設(shè)備損壞，同時，在測試設(shè)備的接地端，如示波器機殼， BNC 接頭探棒的接地線等，將會存在 VLine 或 VLine+VCM 相當大的浮動電壓，一不小心就容易造成人員觸電或損壞電路及設(shè)備，嚴重威脅您的生命及財產(chǎn)安全。 如果我們浮接示波器，并只用單一探棒，謹慎地避免接觸到任何接地端 ( 圖 五 ) ，這樣，就可以解決我們在電力電子電路的量測需求了嗎？恐怕沒有那么簡單喔！  事實上，即使我們將示波器的接地線切斷，在示波器對地之間，仍然存在一個電容效應(yīng)，而探棒的隔離網(wǎng)狀接地線可視為一電感（圖五），以

5、交換式電源 供應(yīng)器為例， Vd 與 VCM 為快速切換訊號，當我們以單端探棒量測 Vd 訊號時， VCM 的高速 Switching 訊號將會經(jīng)由 L 、 C 對地振蕩產(chǎn)生 Ringing  訊號，并在 VL 二端產(chǎn)生電壓降，所以在示波器的輸入訊號端會得到正常的 Vd 訊號加上受干擾 的 VL 訊號 ( 圖六 )  有一個簡單的測試方法可以檢視存在于探捧接地線上 VL 的干擾訊號：  將探棒的兩端，一起接在 Vd 與 VCM 之間的同一點上 ( 如圖七 ),  在示波器的 輸入端可測得 VCM VLine  經(jīng) L.C. 振

6、蕩后存在 L 上的干擾訊號 VL 。 也有人嘗試在待測電路端加上電源隔離變壓器 ( 圖八 ) 。  如圖八所示 ,  加了隔離變壓器之后，雖然切斷了 VLine   可免除觸電的危險， 但是在 LC 振蕩之后，仍然會在探棒產(chǎn)生干擾訊號 VL ，除此之外，加上隔離變 壓器還會改變了待測電路輸入電力線的條件與特性，當我們要做電力諧波分析、功率量測， EMI 、 EMC 測試時，也會造成量測誤差。  綜合以上幾點的說明得知，當我們在進行電力電子電路的量測時，差動式 探棒可說是必備工具之一，3、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

7、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，

8、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(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?？偠灾?，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