示波器探頭基礎(chǔ)系列之三《關(guān)于差分探頭》
信號(hào)頻率或者Dv/Dt
任何探頭或儀器輸入的不匹配。
很顯然,CMRR值越大越好,一般在60dB(1000:1)左右,但隨著頻率增加CMRR會(huì)逐漸減少。因?yàn)樵娇斓男盘?hào)邊沿越容易再正負(fù)兩端產(chǎn)生偏差,因而也會(huì)帶來更多的共模電壓,如下圖所示。
CMRR為什么很重要,因?yàn)椴罘痔筋^的CMRR指標(biāo)若不好,則共模電壓會(huì)加入差分電壓內(nèi),造成測(cè)量上的誤差。
單端探頭的CMRR指標(biāo)為什么很難做高?單端探頭模型表明了探頭放大器到“大地”地線之間有一個(gè)寄生電阻和寄生電感,這兩個(gè)元件構(gòu)成了由探頭電纜屏蔽層和大地地線組成的傳輸線所產(chǎn)出的特性阻抗。這一特性阻抗是很重要的,因?yàn)楫?dāng)你給單端探頭加一個(gè)共模信號(hào)時(shí),地線電感值就與這一特性阻抗一起組成了一個(gè)分壓器。此分壓器對(duì)到達(dá)放大器的地線信號(hào)起衰減作用。由于放大器的信號(hào)和地線輸入信號(hào)受到的衰減各不相同,在放大器的輸入端上就出現(xiàn)了一個(gè)凈信號(hào),從而使放大器有輸出信號(hào)。地線電感越大,共模抑制能力越低,所以當(dāng)使用單端探頭時(shí),保持地線盡量短是很重要的。
當(dāng)你給差分探頭加上一個(gè)共模信號(hào)時(shí),放大器的正負(fù)兩個(gè)輸入端都有同一個(gè)信號(hào)。所產(chǎn)生的唯一輸出信號(hào)是該放大器抑制特性的函數(shù),它與連線電感無關(guān)。因此,在存在很大的共模噪音時(shí),用差分探頭來測(cè)量更為精確。這是差分探頭與單端探頭之間很典型的區(qū)別,除非單端探頭的接地連接的電感非常小,而這一點(diǎn)在實(shí)際實(shí)踐中是很難做到的。所以實(shí)際的差分探頭CMRR一般都優(yōu)于單端探頭。
3、安全的浮地測(cè)量
電源系統(tǒng)測(cè)試中經(jīng)常要求測(cè)量三相供電中的火線與火線,或者火線與零(中)線的相對(duì)電壓差,很多用戶直接使用單端探頭測(cè)量兩點(diǎn)電壓,導(dǎo)致探頭燒毀的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。這是因?yàn)椋捍蠖鄶?shù)示波器的”信號(hào)公共線”終端與保護(hù)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(hào)都具有一個(gè)公共的連接點(diǎn)。該公用連接點(diǎn)通常是示波器機(jī)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(gè)測(cè)試點(diǎn)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(cè)量。
所謂“浮地”測(cè)量,即測(cè)量的兩個(gè)點(diǎn)都不處于接地電位,這是一種典型的差分測(cè)量。“信號(hào)公共線”與地之間的電壓可能會(huì)升高到數(shù)百伏。
此外,許多差分測(cè)量還要求抑制高共模信號(hào),以便于評(píng)估低電平差分信號(hào),多余的接地電流還會(huì)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(xiǎn)的測(cè)量技術(shù)來解決這些問題。
通過切斷標(biāo)準(zhǔn)三頭AC插座地線的方法或使用一個(gè)交流隔離變壓器,切斷中線與地線的連接。將示波器從保護(hù)地線浮動(dòng)起來,以減小地環(huán)路的影響。這種方法其實(shí)并不可行,因?yàn)樵诮ㄖ锏牟季€中中線也許在某處已經(jīng)與地線相連,是不安全的測(cè)量方法,會(huì)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(cè)量結(jié)果也差。而且,交流供電儀器在地面浮動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)大的寄生電容。因此,浮動(dòng)測(cè)量將受到振蕩的破壞。
總而言之,將示波器“浮地”非常糟糕的主意,這將導(dǎo)致:
――損壞被測(cè)器件;
――損壞示波器
――給人身帶來潛在傷害
――導(dǎo)致很差的測(cè)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?yàn)閮蓚€(gè)輸入端都不存在接地的問題,兩路輸入信號(hào)的差分運(yùn)算在探頭前端放大器完成,傳輸?shù)绞静ㄆ魍ǖ赖男盘?hào)是已差分后的電壓,示波器無需去掉三線插頭的接地端即可實(shí)現(xiàn)安全的浮地測(cè)量。比如力科公司的ADP305高壓差分探頭即是安全測(cè)量三相市電的火線與火線、火線與中線間壓差的最佳探頭。
評(píng)論