測量參考地電平電壓的兩只探頭實(shí)例 - 浮地測量和隔離輸入示波器設(shè)計(jì)指南

　　測量參考地電平電壓的兩只探頭實(shí)例

　　“浮地”傳統(tǒng)接地示波器使用不會把接地傳送到次級電路的隔離變壓器，或通過把示波器的AC市電電源線接地連接器，是一種常用的有風(fēng)險(xiǎn)的示波器浮地測量方式。

　　“浮地”參考地電平示波器把所有可以接觸的相同電壓的金屬（包括機(jī)箱、機(jī)殼和連接器）作為探頭參考引線連接的測試點(diǎn)。

　　浮地測量，危險(xiǎn)電壓發(fā)生在示波器機(jī)箱上。V1可能有幾百伏！

　　優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)

　　缺點(diǎn)

　　隔離輸入通道示波器為進(jìn)行浮地測量提供了一種安全可靠的方式。通道到通道隔離和通道到接地隔離的明顯好處是能夠同時(shí)觀察參考到不同電壓的多個(gè)信號。

　　另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠在不增加專用探頭成本或昂貴笨重的電壓隔離器的情況下實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。通道到電源線隔離消除了信號源接地與示波器之間的路徑。

　　與差分探頭不同，隔離輸入通道沒有提供均衡浮地測量。到接地的阻抗在尖端（+）輸入和參考（-）輸入之間是不同的。由于隔離通道的參考（-）輸入不象接地示波器那樣有默認(rèn)的參考電平，因此必須把探頭的參考引線連接到DUT的參考點(diǎn)上。

　　由于沒有到接地的分路，因此熒光燈和大樓布線放射的工頻場可能會在示波器讀數(shù)上導(dǎo)致更多的基線噪聲。使用平均采集模式會減輕這種基線噪聲提高。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　差分探頭為調(diào)整接地示波器進(jìn)行浮地測量提供了一種安全的方法。除安全性優(yōu)勢外，使用這些探頭可以改善測量質(zhì)量。差分探頭提供了均衡測量輸入電容，因此可以使用任意一條引線安全地探測電路中任何點(diǎn)。在比電壓隔離器更高的頻率上，差分探頭一般CMRR性能更好。

　　另一種優(yōu)點(diǎn)是全面利用示波器的多條通道，同時(shí)觀察多個(gè)信號，參考不同的電壓。

　　缺點(diǎn)

　　探頭仍有一條到接地的電阻路徑，因此如果電路對泄漏電流靈敏，那么差分探頭可能并不是最佳的解決方案。

　　其它缺點(diǎn)包括增加了一層成本，具體視示波器功能，可能要求獨(dú)立的電源，這增加了成本和體積。在出廠時(shí)，必須手動確定每種測量的增益和偏置特點(diǎn)。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　電壓隔離器為安全測量浮地電壓提供了一種手段，由于隔離器沒有到地的電阻路徑，因此對泄漏電流異常靈敏的應(yīng)用來說，它們是一個(gè)很好的選擇。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　電壓隔離器增加了一層成本。必須使用單獨(dú)的電源和隔離放大器箱。在出廠時(shí)必須為每一項(xiàng)測量手動確定增益和偏置特點(diǎn)。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　使用“A - B”測量技術(shù)的優(yōu)勢在于，幾乎任何示波器和標(biāo)配探頭都可以簡便地完成這一點(diǎn)。記住，兩個(gè)測試點(diǎn)必須參考地電平。因此，如果任意一個(gè)測試點(diǎn)都是浮地的，或如果整個(gè)系統(tǒng)都是浮地的，那么不適用這種方法。

　　缺點(diǎn)

　　在進(jìn)行“A - B”測量時(shí)，要使用兩條示波器通道。這種技術(shù)的主要限制是共模范圍相當(dāng)小，這源于示波器的垂直通道動態(tài)范圍。一般來說，其不到來自地電平的volts/division設(shè)置的10倍。在共模電壓大于差模電壓時(shí)，“A - B”測量技術(shù)可能會被認(rèn)為是從兩個(gè)大電壓中提取小的差異。這種技術(shù)適合共模信號的幅度與差模信號相同或低于差模信號，且共模成分是DC或低頻，如50 Hz或60 Hz電源線的應(yīng)用。在測量幅度適中的信號時(shí)，它從測量中有效消除了接地環(huán)路電壓。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　盡管浮地設(shè)備是一種利用現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行浮地測量，消除頻率較低的信號上接地環(huán)路的方法，但它是一種不安全的、危險(xiǎn)的作法，不應(yīng)采用這種方法。

　　缺點(diǎn)

　　不管是從示波器上的升壓角度（對操作人員可能會發(fā)生電擊），還是由于地波器變壓器絕緣裝置上累積的應(yīng)力，這種技術(shù)都是危險(xiǎn)的。這種應(yīng)力可能不會立即導(dǎo)致故障，但即使示波器恢復(fù)到正確接地操作，將來仍可能會導(dǎo)致發(fā)生危險(xiǎn)故障（電擊和危險(xiǎn)）。

　　在較高的頻率上，切斷接地可能不會中斷接地環(huán)路，因?yàn)殡娫淳€供電的儀器在接地以上浮地時(shí)會表現(xiàn)出大的寄生電容。振鈴可能會破壞浮地測量。浮地示波器沒有均衡輸入。參考一側(cè)（探頭上的“接地”夾）有一個(gè)明顯的到地電容。參考點(diǎn)連接的任何源阻抗將在快速共模跳變中加載，使信號發(fā)生衰減。更糟糕的是，高電容可能會損壞某些電路。連接逆電器上方門中共用的示波器可能會使門驅(qū)動信號速度下降，防止被測器件關(guān)閉，防止破壞輸入橋接器。這種故障通常伴隨著工作臺上出現(xiàn)小的火花。

　　另一個(gè)缺點(diǎn)是其一次只能進(jìn)行一項(xiàng)測量。記住，所有輸入?yún)⒖级枷嗷ダ壴谝黄?。一旦浮地一個(gè)輸入?yún)⒖迹休斎雲(yún)⒖棘F(xiàn)在都在同一水平上浮地。

　　寄生電感和電容導(dǎo)致的振鈴使信號失真，使測量無效

　　泰克TPS2000B和THS3000系列IsolatedChannel?示波器

　　TPS2000B系列把泰克經(jīng)過驗(yàn)證的臺式示波器性能與專為測量工用電池操作的產(chǎn)品設(shè)計(jì)的4條隔離通道結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起。這種儀器與選配的電源捆綁套件（TPS2PBND2）配套使用時(shí)，確立了同類產(chǎn)品中的高級浮地測量標(biāo)準(zhǔn)。電源捆綁套件包括4只無源高壓探頭（P5122）及電源測量和分析軟件包（TPS2PWR1）。電源測量和分析軟件包提供了電源分析測量（真實(shí)功率、無功功率、真實(shí)功率因數(shù)、相角）、波形分析測量（RMS、波峰因數(shù)、頻率）、諧波測量及開關(guān)損耗測量。

　　THS3000系列是為使用示波器時(shí)要求更高流動性、而又不降低臺式儀器性能或執(zhí)行浮地測量能力的工程師們設(shè)計(jì)的。這種手持式儀器堅(jiān)固耐用，重量型，一塊電池可連續(xù)工作7個(gè)小時(shí)，支持自動測量功能，在實(shí)驗(yàn)室操作和現(xiàn)場操作中都提供了很大的通用性。該儀器的隔離通道、高壓采集（高達(dá)1000 VRMS CAT II）及高級波形記錄功能可以安全進(jìn)行浮地測量，特別適合經(jīng)常需要把實(shí)驗(yàn)室中的測量與現(xiàn)場中的測量關(guān)聯(lián)起來的用戶。