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feiDC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deAC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。

 

youyumeiyoudaojiedidefenlu，yinciyingguangdenghedaloubuxianfangshedegongpinchangkenenghuizaishiboqidushushangdaozhigengduodejixianzaosheng。shiyongpingjuncaijimoshihuijianqingzhezhongjixianzaoshengtigao。

 

優點

 

chafentantouweitiaozhengjiedishiboqijinxingfudiceliangtigongleyizhonganquandefangfa。chuanquanxingyoushiwai，shiyongzhexietantoukeyigaishanceliangzhiliang。chafentantoutigonglejunhengceliangshurudianrong
，yincikeyishiyongrenyiyitiaoyinxiananquanditancedianluzhongrenhedian。zaibidianyageliqigenggaodepinlvshang，chafentantouyibanCMRR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。

 

qitaquedianbaokuozengjialeyicengchengben

，jutishishiboqigongneng，kenengyaoqiudulidedianyuan，zhezengjialechengbenhetiji。zaichuchangshi
，bixushoudongquedingmeizhongceliangdezengyihepianzhitedian。

 

優點

 

dianyageliqiweianquanceliangfudidianyatigongleyizhongshouduan，youyugeliqimeiyoudaodidedianzulujing，yinciduixieloudianliuyichanglingmindeyingyonglaishuo，tamenshiyigehenhaodexuanze。

 

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”測ce量liang技ji術shu的de優you勢shi在zai於yu，幾ji乎hu任ren何he示shi波bo器qi和he標biao配pei探tan頭tou都dou可ke以yi簡jian便bian地di完wan成cheng這zhe一yi點dian。記ji住zhu，兩liang個ge測ce試shi點dian必bi須xu參can考kao地di電dian平ping。因yin此ci，如ru果guo任ren意yi一yi個ge測ce試shi點dian都dou是shi浮fu地di的de，或huo如ru果guo整zheng個ge係xi統tong都dou是shi浮fu地di的de
，那na麼me不bu適shi用yong這zhe種zhong方fang法fa。

 

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(de)volts/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）
，還hai是shi由you於yu地di波bo器qi變bian壓ya器qi絕jue緣yuan裝zhuang置zhi上shang累lei積ji的de應ying力li
，這zhe種zhong技ji術shu都dou是shi危wei險xian的de。這zhe種zhong應ying力li可ke能neng不bu會hui立li即ji導dao致zhi故gu障zhang，但dan即ji使shi示shi波bo器qi恢hui複fu到dao正zheng確que接jie地di操cao作zuo，將jiang來lai仍reng可ke能neng會hui導dao致zhi發fa生sheng危wei險xian故gu障zhang（電擊和危險）。

 

在zai較jiao高gao的de頻pin率lv上shang
，切qie斷duan接jie地di可ke能neng不bu會hui中zhong斷duan接jie地di環huan路lu
，因yin為wei電dian源yuan線xian供gong電dian的de儀yi器qi在zai接jie地di以yi上shang浮fu地di時shi會hui表biao現xian出chu大da的de寄ji生sheng電dian容rong。振zhen鈴ling可ke能neng會hui破po壞huai浮fu地di測ce量liang。浮fu地di示shi波bo器qi沒mei有you均jun衡heng輸shu入ru。參can考kao一yi側ce（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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