示波器测交流220V(差分探头)

一、前言

我们都知道使用示波器，就必须使用探针

由于半导体组件的速度愈来愈快，受测电路的讯号自然愈来愈高速化。今天要正确地从受测电路检出讯号，并传送到示波器的输入端。而又不影响受测电路的正常运转，绝对不是一件容易的事情。使用正确的探棒是一个关键。若探针选用不当，即使购买再昂贵的示波器，也无济于事。现在市面上有许多种类的探棒可以帮助使用者在各种不同条件下完成电路检测的工作，差动探棒就是其中一类。

差动探针早期主要是用来量测电力系统，电力转换器及转换式电源供应器。所量测的讯号通常都是相当大的浮动讯号，从数十伏到数仟伏。近年来由于数字电路的高速化，数字设计及数字传输中大量使用差动讯号，因而出现新型的低压高速差动探针。它的量测范围很小。只有几伏甚至零点几伏，但频宽很宽，可高达数GHz 。在现代的示波器量测中，不管是高压型差动探针，或是高速型差动探针，在他们各自的领域中，都是不可或缺的。

二、示波器探棒的选择- 电力差动讯号在电力电子电路中，通常有许多相当大的浮动讯号，图二是一个典型的交换式电源供应器(Switching Power) 的电力电路，我们可以将它以Vd( 差动讯号) ，VCM( 共模讯号) 及VLINE ( 电源讯号) 来表示。

当我们用示波器观测电力电子电路讯号时，如果使用单端探棒，将造成短路，损坏待测物及测试设备，甚至造成测量人员触电等( 图三) 。

电路与示波器的接地端形成短路回路，所以有些量测人员便将示波器的电源接地拆掉，浮接示波器，来避免短路回路的形成( 图四) ，但是，这样就可以解决我们在电力电子电路的量测问题了吗？让我们就这样的方式来讨论：

图四显示，即便将示波器电源接地切断，当我使用多通道量测非共地电路

时，在不同通道单端探棒的接地端，仍然会形成短路回路，造成待测电路或测试设备损坏，同时，在测试设备的接地端，如示波器机壳，BNC 接头探棒的接地线等，将会存在VLine 或VLine+VCM 相当大的浮动电压，一不小心就容易造成人员触电或损坏电路及设备，严重威胁您的生命及财产安全。如果我们浮接示波器，并只用单一探棒，谨慎地避免接触到任何接地端( 图五) ，这样，就可以解决我们在电力电子电路的量测需求了吗？恐怕没有那么简单喔！

事实上，即使我们将示波器的接地线切断，在示波器对地之间，仍然存在一个电容效应，而探棒的隔离网状接地线可视为一电感（图五），以交换式电源供应器为例，Vd 与VCM 为

快速切换讯号，当我们以单端探棒量测Vd 讯号时，VCM 的高速Switching 讯号将会经由L 、C 对地振荡产生Ringing 讯号，并在VL 二端产生电压降，所以在示波器的输入讯号端会得到正常的Vd 讯号加上受干扰的VL 讯号( 图六)

有一个简单的测试方法可以检视存在于探捧接地线上VL 的干扰讯号：

将探棒的两端，一起接在Vd 与VCM 之间的同一点上( 如图七), 在示波器的输入端可测得VCM ＋VLine 经L.C. 振荡后存在L 上的干扰讯号VL 。

也有人尝试在待测电路端加上电源隔离变压器( 图八) 。

如图八所示, 加了隔离变压器之后，虽然切断了VLine 可免除触电的危险，但是在LC 振荡之后，仍然会在探棒产生干扰讯号VL ，除此之外，加上隔离变压器还会改变了待测电路输入电力线的条件与特性，当我们要做电力谐波分析、功率量测，EMI 、EMC 测试时，也会造成量测误差。

综合以上几点的说明得知，当我们在进行电力电子电路的量测时，差动式探棒可说是必备工具之一，

3、安全的浮地测量

电源系统测试中经常要求测量三相供电中的火线与火线，或者火线与零（中）线的相对电压差，很多用户直接使用单端探头测量两点电压，导致探头烧毁的现象时有发生。这是因为：大多数示波器的”信号公共线”终端与保护性接地系统相连接，通常称之为“接地”。这样做的结果是：所有施加到示波器上，以及由示波器提供的信号都具有一个公共的连接点。该公用连接点通常是示波器机壳，通过使交流电源设备电源线中的第三根导线源线地线，并将探头地线连到一个测试点上。单端探头的地线与供电线直接相连，后果必然是短路。这种情况下，我们需要浮地测量。

所谓“浮地”测量，即测量的两个点都不处于接地电位，这是一种典型的差分测量。“信号公共线”与地之间的电压可能会升高到数百伏。

此外，许多差分测量还要求抑制高共模信号，以便于评估低电平差分信号，多余的接地电流还会产生烦人的嗡嗡声和接地环路。用户常常借助那些存在潜在危险的测量技术来解决这些问题。

通过切断标准三头AC插座地线的方法或使用一个交流隔离变压器，切断中线与地线的连接。将示波器从保护地线浮动起来，以减小地环路的影响。这种方法其实并不可行，因为在建筑物的布线中中线也许在某处已经与地线相连，是不安全的测量方法，会带来l人身伤害，仪器和电路损坏！

此外，它违反了工业健康和安全规定，且获得的测量结果也差。而且，交流供电仪器在地面浮动时会出现一个大的寄生电容。因此，浮动测量将受到振荡的破坏。

总而言之，将示波器“浮地”非常糟糕的主意，这将导致：

――损坏被测器件；

――损坏示波器

――给人身带来潜在伤害

――导致很差的测量精度

如何解决

最佳解决办法就是使用高共模抑制比的差分探头，因为两个输入端都不存在接地的问题，两路输入信号的差分运算在探头前端放大器完成，传输到示波器通道的信号是已差分后的电压，示波器无需去掉三线插头的接地端即可实现安全的浮地测量。比如力科公司的ADP305高压差分探头即是安全测量三相市电的火线与火线、火线与中线间压差的最佳探头。