所有電壓測量都是差分測量。差分測量定義為兩點之間的電壓差。電壓測量分成兩類：

 

1. 參考地電平測量

 

2. 非參考地電平測量（也稱為浮地測量）

 

 

大多數傳統示波器把“信號參考”端子連接到保護接地係統上
，通常稱為“接地”。通過這種方式，所有應用到示波器的信號或示波器提供的信號都會有一個公共連接點。

 

這個公共連接點通常是示波器機箱
，通過AC供電設備電源線中的第三條線接地，來保持在（或接近）零伏。這意味著每個輸入通道參考點都捆綁在一個接地參考源上。

 

不應該使用傳統無源探頭
，直接在參考地電平的示波器上進行浮地測量。視流經參考引線的電流數量
，傳統無源探頭會開始變熱；在電流足夠高時
，它會類似熔絲那樣熔化斷開。

 

 

■為進行高壓浮地測量提供的不同選項包括：

 

■隔離輸入示波器

 

■差分探頭

 

■電壓隔離裝置

 

■“A - B” 測量技術

 

■示波器“浮地”技術

 

 

兩個輸入上共同的輸入信號成分（幅度和相位完全相同）。

 

 

差分放大器可以抑製的共模信號的最大電壓（從接地）。

 

 

衡量差分放大器抑製共模信號能力的一個性能指標。由於共模抑製一般會隨著頻率提高而下降，因此通常會指定特定頻率的CMRR。

 

 

差分放大器兩個輸入之間的不同信號。差模信號（VDM）可以表達為：

 

VDM = （V+input） - （V-input）

 

 

兩個輸入之間不同的信號。

 

 

兩點之間的電壓差。

 

 

為(wei)差(cha)分(fen)應(ying)用(yong)專(zhuan)門(men)設(she)計(ji)的(de)探(tan)頭(tou)。有(you)源(yuan)差(cha)分(fen)探(tan)頭(tou)在(zai)探(tan)頭(tou)尖(jian)端(duan)包(bao)含(han)一(yi)個(ge)差(cha)分(fen)放(fang)大(da)器(qi)。無(wu)源(yuan)差(cha)分(fen)探(tan)頭(tou)與(yu)差(cha)分(fen)放(fang)大(da)器(qi)一(yi)起(qi)使(shi)用(yong)，可(ke)以(yi)進(jin)行(xing)校(xiao)準(zhun)，精(jing)確(que)匹(pi)配(pei)兩(liang)條(tiao)信(xin)號(hao)路(lu)徑(jing)中(zhong)（包括參考引線）的DC和AC衰減。

 

 

任何一點都沒有參考地電平（地電位）的差分測量。

 

 

當(dang)兩(liang)個(ge)或(huo)兩(liang)個(ge)以(yi)上(shang)的(de)單(dan)獨(du)接(jie)地(di)路(lu)徑(jing)在(zai)兩(liang)個(ge)或(huo)兩(liang)個(ge)以(yi)上(shang)的(de)點(dian)捆(kun)綁(bang)在(zai)一(yi)起(qi)時(shi)，會(hui)出(chu)現(xian)接(jie)地(di)環(huan)路(lu)。結(jie)果(guo)是(shi)一(yi)個(ge)導(dao)體(ti)環(huan)路(lu)。在(zai)存(cun)在(zai)變(bian)化(hua)的(de)磁(ci)場(chang)時(shi)，這(zhe)個(ge)環(huan)路(lu)會(hui)變(bian)成(cheng)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)次(ci)級(ji)電(dian)路(lu)，作(zuo)為(wei)短(duan)路(lu)線(xian)圈(quan)操(cao)作(zuo)。附(fu)近(jin)承(cheng)載(zai)非(fei)DC電流的任何導體都會產生磁場
，激發變壓器。許多導線、甚至數字IC輸出引線中的AC線(xian)路(lu)電(dian)壓(ya)都(dou)會(hui)產(chan)生(sheng)這(zhe)種(zhong)激(ji)發(fa)作(zuo)用(yong)。環(huan)路(lu)中(zhong)循(xun)環(huan)的(de)電(dian)流(liu)會(hui)在(zai)環(huan)路(lu)內(nei)部(bu)任(ren)何(he)阻(zu)抗(kang)中(zhong)積(ji)聚(ju)電(dian)壓(ya)。這(zhe)樣(yang)，在(zai)任(ren)何(he)給(gei)定(ding)時(shi)點(dian)上(shang)
，接(jie)地(di)環(huan)路(lu)中(zhong)的(de)各(ge)個(ge)點(dian)都(dou)不(bu)會(hui)位(wei)於(yu)相(xiang)同(tong)的(de)AC電位。

 

把示波器探頭地線連接到被測電路上
，如果電路“接地到”接地裝置，那麼會產生接地環路。作用在路徑內部阻抗上的循環電流會導致電壓電位積聚在探頭接地路徑中。

 

這樣，示波器輸入BNC連接器上的“接地”電位與被測電路中的接地不同（即“此接地非彼接”）。這種電位差可以是幾微伏，也可以高達幾百毫伏。由於示波器從輸入BNC連接器的外殼上參考測量
，因此顯示的波形可能並不表示探頭輸入上的實際信號。隨著被測信號的幅度下降

，誤差變得更加明顯。

 

 

把示波器探頭地線連接到被測電路上，如果電路“接地到”接地裝置
，那麼會產生接地環路。　　

 

 

在使用AC線路電源及使用標準三線電源線操作時，帶有接地輸入通道、電池供電的示波器表現出來的局限性與傳統示波器一樣。然而，在使用電池操作時，這些示波器可以一次進行高達30 VRMS的單一安全浮地測量。記住，所有輸入公共源都捆在一起

 

 

大(da)多(duo)數(shu)台(tai)式(shi)示(shi)波(bo)器(qi)共(gong)享(xiang)下(xia)麵(mian)所(suo)示(shi)的(de)結(jie)構(gou)。在(zai)這(zhe)種(zhong)結(jie)構(gou)中(zhong)，在(zai)進(jin)行(xing)多(duo)通(tong)道(dao)測(ce)量(liang)時(shi)，所(suo)有(you)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)必(bi)須(xu)有(you)相(xiang)同(tong)的(de)電(dian)壓(ya)參(can)考(kao)，共(gong)享(xiang)的(de)默(mo)認(ren)參(can)考(kao)是(shi)“大地”接地。如果沒有差分前置放大器或外部信號隔離器，這些台式示波器則不適合進行浮地測量。

 

　　

 

與yu傳chuan統tong台tai式shi示shi波bo器qi結jie構gou相xiang比bi
，這zhe種zhong隔ge離li通tong道dao結jie構gou中zhong的de電dian壓ya參can考kao沒mei有you在zai儀yi器qi內nei部bu連lian接jie在zai一yi起qi。因yin此ci，使shi用yong的de輸shu入ru的de每mei個ge參can考kao點dian必bi須xu連lian接jie到dao參can考kao電dian壓ya上shang。獨du立li浮fu地di隔ge離li輸shu入ru仍reng由you寄ji生sheng電dian容rong耦ou合he。這zhe可ke能neng會hui發fa生sheng在zai輸shu入ru參can考kao和he環huan境jing之zhi間jian，及ji手shou動dong發fa生sheng在zai輸shu入ru參can考kao點dian之zhi間jian。基ji於yu這zhe一yi原yuan因yin，建jian議yi把ba參can考kao點dian連lian接jie到dao係xi統tong接jie地di或huo另ling一yi個ge穩wen定ding電dian壓ya上shang。如ru果guo輸shu入ru的de參can考kao點dian連lian接jie到dao高gao速su和he/或高壓信號上
，那麼您應該了解寄生電容。

 

　

 

 

采用IsolatedChannelÔ輸入結構的示波器，如TPS2000B或THS3000係列
，提供了真正的、完整的通道到通道和通道到電源線隔離能力。每條通道相互單獨隔離，同時與其它非隔離器件隔離。在使用IsolatedChannelÔ示波器進行浮地測量時，必須使用專門設計的無源探頭，如TPP0201，進行高達30 VRMS的浮地測量；或使用THP0301，進行高達300 VRMS的浮地測量
；或使用P5122/P5150探頭
，進行高達600 VRMS的浮地測量。與大多數傳統示波器使用的無源探頭不同，這些類型的探頭在BNC連接上絕緣，防止發生觸電；參考引線是為耐受額定浮地電壓而設計的。（如需更多信息，請參閱本應用指南後麵“注意類別和電壓”一節中的討論）

 

 

通過使用差分探頭係統，可以通過泰克TDS/DPO/MSO和大多數其它接地示波器進行浮地測量。某些差分探頭（如P6246、P6247
、P6248和P6330）是為幅度較低的快速信號優化的。其它探頭（如P5200A、P5205A和P5210A）則處理速度較慢、電壓幅度較高的信號。ADA400A差分前置放大器即使在高噪聲環境中，仍能顯示低頻率、超低幅度的差分信號。

 

 

顧名思義，隔離器在浮地輸入與參考地電平輸出之間沒有直接的電氣連接。信號通過光學或分路光學/變壓器手段耦合。

 

 

“A - B”測量技術可以使用傳統示波器及無源電壓探頭，間接進行浮地測量。一條通道測量“正”測試點，另一條通道測量“負”測(ce)試(shi)點(dian)。從(cong)第(di)一(yi)個(ge)測(ce)量(liang)值(zhi)中(zhong)減(jian)去(qu)第(di)二(er)個(ge)測(ce)量(liang)值(zhi)，去(qu)掉(diao)兩(liang)個(ge)測(ce)試(shi)點(dian)的(de)公(gong)共(gong)電(dian)壓(ya)，以(yi)便(bian)觀(guan)察(cha)不(bu)能(neng)直(zhi)接(jie)測(ce)量(liang)的(de)浮(fu)地(di)電(dian)壓(ya)。示(shi)波(bo)器(qi)通(tong)道(dao)必(bi)須(xu)設(she)置(zhi)成(cheng)相(xiang)同(tong)的(de)伏(fu)特(te)/格；探頭應與示波器配套，使共模抑製比達到最大。

 

測量參考地電平電壓的兩隻探頭實例

 

 

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，是一種常用的有風險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（包括機箱
、機殼和連接器）作為探頭參考引線連接的測試點。

 

　

浮地測量，危險電壓發生在示波器機箱上。V1可能有幾百伏！

 

 

優點

 

隔(ge)離(li)輸(shu)入(ru)通(tong)道(dao)示(shi)波(bo)器(qi)為(wei)進(jin)行(xing)浮(fu)地(di)測(ce)量(liang)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)種(zhong)安(an)全(quan)可(ke)靠(kao)的(de)方(fang)式(shi)。通(tong)道(dao)到(dao)通(tong)道(dao)隔(ge)離(li)和(he)通(tong)道(dao)到(dao)接(jie)地(di)隔(ge)離(li)的(de)明(ming)顯(xian)好(hao)處(chu)是(shi)能(neng)夠(gou)同(tong)時(shi)觀(guan)察(cha)參(can)考(kao)到(dao)不(bu)同(tong)電(dian)壓(ya)的(de)多(duo)個(ge)信(xin)號(hao)。

 

另(ling)一(yi)個(ge)優(you)點(dian)是(shi)能(neng)夠(gou)在(zai)不(bu)增(zeng)加(jia)專(zhuan)用(yong)探(tan)頭(tou)成(cheng)本(ben)或(huo)昂(ang)貴(gui)笨(ben)重(zhong)的(de)電(dian)壓(ya)隔(ge)離(li)器(qi)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)實(shi)現(xian)這(zhe)一(yi)點(dian)。通(tong)道(dao)到(dao)電(dian)源(yuan)線(xian)隔(ge)離(li)消(xiao)除(chu)了(le)信(xin)號(hao)源(yuan)接(jie)地(di)與(yu)示(shi)波(bo)器(qi)之(zhi)間(jian)的(de)路(lu)徑(jing)。

 

缺點

 

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。由於隔離通道的參考（-）輸入不象接地示波器那樣有默認的參考電平，因此必須把探頭的參考引線連接到DUT的參考點上。

 

由you於yu沒mei有you到dao接jie地di的de分fen路lu
，因yin此ci熒ying光guang燈deng和he大da樓lou布bu線xian放fang射she的de工gong頻pin場chang可ke能neng會hui在zai示shi波bo器qi讀du數shu上shang導dao致zhi更geng多duo的de基ji線xian噪zao聲sheng。使shi用yong平ping均jun采cai集ji模mo式shi會hui減jian輕qing這zhe種zhong基ji線xian噪zao聲sheng提ti高gao。

 

優點

 

差cha分fen探tan頭tou為wei調tiao整zheng接jie地di示shi波bo器qi進jin行xing浮fu地di測ce量liang提ti供gong了le一yi種zhong安an全quan的de方fang法fa。除chu安an全quan性xing優you勢shi外wai，使shi用yong這zhe些xie探tan頭tou可ke以yi改gai善shan測ce量liang質zhi量liang。差cha分fen探tan頭tou提ti供gong了le均jun衡heng測ce量liang輸shu入ru電dian容rong
，因yin此ci可ke以yi使shi用yong任ren意yi一yi條tiao引yin線xian安an全quan地di探tan測ce電dian路lu中zhong任ren何he點dian。在zai比bi電dian壓ya隔ge離li器qi更geng高gao的de頻pin率lv上shang
，差cha分fen探tan頭tou一yi般banCMRR性能更好。

 

另一種優點是全麵利用示波器的多條通道，同時觀察多個信號，參考不同的電壓。

 

缺點

 

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
，那麼差分探頭可能並不是最佳的解決方案。

 

其qi它ta缺que點dian包bao括kuo增zeng加jia了le一yi層ceng成cheng本ben
，具ju體ti視shi示shi波bo器qi功gong能neng
，可ke能neng要yao求qiu獨du立li的de電dian源yuan

，這zhe增zeng加jia了le成cheng本ben和he體ti積ji。在zai出chu廠chang時shi
，必bi須xu手shou動dong確que定ding每mei種zhong測ce量liang的de增zeng益yi和he偏pian置zhi特te點dian。

 

優點

 

電dian壓ya隔ge離li器qi為wei安an全quan測ce量liang浮fu地di電dian壓ya提ti供gong了le一yi種zhong手shou段duan

，由you於yu隔ge離li器qi沒mei有you到dao地di的de電dian阻zu路lu徑jing，因yin此ci對dui泄xie漏lou電dian流liu異yi常chang靈ling敏min的de應ying用yong來lai說shuo
，它ta們men是shi一yi個ge很hen好hao的de選xuan擇ze。

 

缺點

 

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

 

優點

 

使用“A - B”celiangjishudeyoushizaiyu，jihurenheshiboqihebiaopeitantoudoukeyijianbiandiwanchengzheyidian。jizhu，lianggeceshidianbixucankaodidianping。yinci
，ruguorenyiyigeceshidiandoushifudide，huoruguozhenggexitongdoushifudide
，namebushiyongzhezhongfangfa。

 

缺點

 

在進行“A - B”測ce量liang時shi
，要yao使shi用yong兩liang條tiao示shi波bo器qi通tong道dao。這zhe種zhong技ji術shu的de主zhu要yao限xian製zhi是shi共gong模mo範fan圍wei相xiang當dang小xiao，這zhe源yuan於yu示shi波bo器qi的de垂chui直zhi通tong道dao動dong態tai範fan圍wei。一yi般ban來lai說shuo
，其qi不bu到dao來lai自zi地di電dian平ping的devolts/division設置的10倍。在共模電壓大於差模電壓時，“A - B”測量技術可能會被認為是從兩個大電壓中提取小的差異。這種技術適合共模信號的幅度與差模信號相同或低於差模信號，且共模成分是DC或低頻
，如50 Hz或60 Hz電源線的應用。在測量幅度適中的信號時，它從測量中有效消除了接地環路電壓。

 

優點

 

盡管浮地設備是一種利用現有設備進行浮地測量，消除頻率較低的信號上接地環路的方法
，但它是一種不安全的、危險的作法

，不應采用這種方法。

 

缺點

 

不管是從示波器上的升壓角度（對操作人員可能會發生電擊），haishiyouyudiboqibianyaqijueyuanzhuangzhishangleijideyingli，zhezhongjishudoushiweixiande。zhezhongyinglikenengbuhuilijidaozhiguzhang，danjishishiboqihuifudaozhengquejiedicaozuo
，jianglairengkenenghuidaozhifashengweixianguzhang（電擊和危險）。

 

zaijiaogaodepinlvshang
，qieduanjiedikenengbuhuizhongduanjiedihuanlu，yinweidianyuanxiangongdiandeyiqizaijiediyishangfudishihuibiaoxianchudadejishengdianrong。zhenlingkenenghuipohuaifudiceliang。fudishiboqimeiyoujunhengshuru。cankaoyice（探頭上的“接地”夾）有you一yi個ge明ming顯xian的de到dao地di電dian容rong。參can考kao點dian連lian接jie的de任ren何he源yuan阻zu抗kang將jiang在zai快kuai速su共gong模mo跳tiao變bian中zhong加jia載zai，使shi信xin號hao發fa生sheng衰shuai減jian。更geng糟zao糕gao的de是shi
，高gao電dian容rong可ke能neng會hui損sun壞huai某mou些xie電dian路lu。連lian接jie逆ni電dian器qi上shang方fang門men中zhong共gong用yong的de示shi波bo器qi可ke能neng會hui使shi門men驅qu動dong信xin號hao速su度du下xia降jiang，防fang止zhi被bei測ce器qi件jian關guan閉bi，防fang止zhi破po壞huai輸shu入ru橋qiao接jie器qi。這zhe種zhong故gu障zhang通tong常chang伴ban隨sui著zhe工gong作zuo台tai上shang出chu現xian小xiao的de火huo花hua。

 

另ling一yi個ge缺que點dian是shi其qi一yi次ci隻zhi能neng進jin行xing一yi項xiang測ce量liang。記ji住zhu，所suo有you輸shu入ru參can考kao都dou相xiang互hu捆kun綁bang在zai一yi起qi。一yi旦dan浮fu地di一yi個ge輸shu入ru參can考kao
，所suo有you輸shu入ru參can考kao現xian在zai都dou在zai同tong一yi水shui平ping上shang浮fu地di。

 

寄生電感和電容導致的振鈴使信號失真，使測量無效

 

 

TPS2000B係列把泰克經過驗證的台式示波器性能與專為測量工用電池操作的產品設計的4條隔離通道結構結合在一起。這種儀器與選配的電源捆綁套件（TPS2PBND2）配套使用時，確立了同類產品中的高級浮地測量標準。電源捆綁套件包括4隻無源高壓探頭（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（真實功率、無功功率、真實功率因數、相角）
、波形分析測量（RMS、波峰因數、頻率）
、諧波測量及開關損耗測量。

 

THS3000係列是為使用示波器時要求更高流動性、而又不降低台式儀器性能或執行浮地測量能力的工程師們設計的。這種手持式儀器堅固耐用，重量型，一塊電池可連續工作7個小時
，支持自動測量功能
，在實驗室操作和現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1000 VRMS CAT II）及高級波形記錄功能可以安全進行浮地測量
，特別適合經常需要把實驗室中的測量與現場中的測量關聯起來的用戶。

 

 

怎樣選擇探頭和示波器組合：

 

1. 確定測量（或過壓）類別

 

IEC 61010-1國際標準為電壓測量儀器規定了四種過壓類別。一類到四類過壓都是依據瞬態信號期間可能存在的電氣能量多少確定的。

 

在IEC 61010-1中
，電壓測量儀器根據耐受電壓瞬態信號的能力來劃分等級。

 

2. 確定最大浮地電壓

　　

 

3. 確定最大尖端到接地電壓。

 

4. 確定從探頭尖端到參考引線的最大電壓。

 

5. 確定屏幕上希望的最大峰峰值讀數。

 

IEC安裝類別

 

 

 

 

需要測量線路到線路240 VRMS三相Y型有源諧波濾波器上的峰峰值電壓。

 

 

■某種類別等級允許的最大輸入電壓一般也適用於較低類別的環境。例如，如果儀器等級為300 VRMS CAT III
，那麼在二類環境中在300 VRMS的儀器上工作也是安全的。

 

■對更高的電壓電平，儀器會通常額外確定較低類別的等級值
，如同時確定300 VRMS CAT III和600 VRMS CAT II。這種情況並不是通用的，因此用戶必須在儀器文檔中明確檢驗透過多個類別的等級。

 

 

■這一實例的測量要求為240 VRMS。

 

■因此，隻有THP0301、P5150和P5122探頭適合。

 

 

■在本例中，工程師確定其大約為140 VRMS。

 

■全部四隻探頭都滿足這一要求。

 

 

■預計被測信號的最大電壓是240 VRMS。

 

■這使探頭隻限於從THP0301
、P5150和P5122探頭中選取。

 

 

■計算與240 VRMS對應的最大峰峰值電壓

 

■因此，所需的可以觀察的電壓範圍是：240 VRMS x √2 x 2 = 679 VP-P。

 

■TPS2000B係列在屏幕上最大垂直設置為5V/div，共8格。

 

■THS3000在屏幕上最大垂直設置為100V/div，共8格。

 

■需要的探頭衰減 = 觀察電壓 / 最大垂直設置 / 格數。

 

■TPS2000B：679 VP-P / 5 / 8 = 17x

，隻有P5150和P5122提供了足夠的衰減。

 

■THS3000：679 VP-P / 100 / 8 = 1x
，所有探頭都提供了足夠的衰減。

 

 

■對TPS2000B，P5150和P5122探頭適合這一測試場景。

 

■對THS3000，THP0301、P5150和P5122探頭適合的這一測試場景。

 

 

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