示波器隔離探頭

一、產品綜述：

       示波器隔離探頭，知用CYBERTEK高壓差分探頭VP5000系列是具有浮地測量功能的示波器高壓差分探頭。探頭具備良好的共模噪聲抑制能力，輸入端具有較高的輸入阻抗和較低電容，可以準確高速地測量差分電壓信號。可廣泛用于開關電源﹑變頻器﹑電子鎮(zhèn)流器﹑變頻家電和其它電氣功率裝置等的研發(fā)﹑調試或檢修工作中。

二、VP5000系列和P1300示波器高壓差分探頭產品優(yōu)勢：

(一）VP5000系列高壓差分探頭（具有浮地測量功能）

1.保修期三年，優(yōu)秀于同行，買的心安，用的放心；

2.帶寬高達到200MHz，滿足了大部分測試系統(tǒng)的需要；

3.豐富的量程可供選擇，其差動測量電壓范圍滿足大部分測試電路的要求；

4.用戶可進入測試模式，調整偏置電壓，探頭長期使用后若出現失調現象，用戶可進入該模式，調整偏置，實現歸零；

5.電子輕觸式按鍵，使得使用壽命更長；

6.有5MHz帶寬限制功能選擇，5MHz頻率帶寬滿足大部分開關電源中FETs的開關頻率的測量，并可以濾除更高頻率的噪聲和干rao；

7.具帶有聲光報警功能，且可手動關閉聲音報警功能，更具有人性化設計；

8.USB供電接口，使用更加方便靈活；

9..探頭配備標準的BNC輸出接口，可與任何廠家的示波器配合使用（要求示波器的輸入阻抗設置為1MΩ；當選擇50Ω時，衰減倍數

會多衰減一倍），測量被測電路波形；

10.自動保存功能，防止掉電后用戶重復操作。

（二）P1300高壓差分探頭（具有浮地測量功能）

1.其帶寬達到50MHz，滿足了大部分測試系統(tǒng)的需要；

2.雙量程可供選擇，其差動測量電壓范圍滿足大部分測試電路的要求；

3.具有過載報警功能；

4.探頭配備標準的BNC輸出接口，可與任何廠家的示波器配合使用。

三、 產品簡要說明：

（一）VP5000系列簡要說明：

（二）P1300簡要說明:

四 .隔離探頭使用方法及原理      

      探頭的種類很多，其中高壓差分探頭在開關電源應用中十分廣泛，然而很多工程師對差分探頭的理解不是很深刻，市場上差分探頭生產廠家也不少，性能指標各不相同，甚至相差甚遠，造成測出的波形也不盡相同，工程師無法看到正確波形。本文將主要講述什么是差分信號，差分信號的測量，高壓差分探頭的主要指標，優(yōu)缺點和相關使用技巧，以及高壓差分探頭在開關電源的典型應用。

五.什么是差分信號

      在講解差分探頭之前，先來了解差分信號。差分信號是互相參考，而不是參考接地的信號。例如，圖1開關電源中半橋上下開關管(Q1，Q2管)中電壓信號；圖2多相電源系統(tǒng)中電壓信號，以上信號在本質上是“漂浮”在地之上。

六 .差分信號的測量方法

目前差分信號的常見測量方法如下：

1）使用兩個探頭測量，再利用示波器數學運算功能計算，如圖3

      使用兩個探頭進行兩項單端測量，這是一種常用方法，也是進行差分測量盡量不希望的方法。測量到地的信號（單端）及使用示波器的數學運算函數（通道A信號減去通道B），就可測量差分信號。在信號時低頻信號，信號幅度足夠大，能夠*擔心的噪聲情況下，可以采取這種方法。兩個單端測量組合在一起有多個潛在問題。其中一個問題是沿著每個探頭直到每條示波器通道有兩條單獨的長信號通路。這兩條通路之間的任何延時差都會導致兩個信號發(fā)生時間偏移。在高速信號上，這個偏移會導致計算的差分信號中發(fā)生明顯的幅度和定時誤差。另一個問題是它們不能提供足夠的共模噪聲抑制。實際電路中，共模噪聲源很多，比如說，附近時鐘線在兩條信號線上導致的噪聲，熒光等外部來源發(fā)出的噪聲。隨著頻率的提高，單端測量的CMMR（共模抑制比）的性能會迅速下降。如果保留共模干擾的話，這會導致信號的噪聲比實際的噪聲還要大的多。

2) 示波器浮地測量

      目前常見的錯誤浮地測量方法就是示波器浮地測量方法，是通過切斷標準三頭AC插座地線的方法或使用一個交流隔離變壓器，切斷中線與地線的連接。將示波器從保護地線浮動起來，如圖4，以減小地環(huán)路的影響。這種方法其實并不可行，因為在建筑物的布線中中線也許在某處已經與地線相連，是不安全的測量方法；此外，它違反了工業(yè)健康和安全規(guī)定，且獲得的測量結果也差。而且示波器在地浮動時會出現一個大的寄生電容，浮動測量將受到振蕩的破壞，測量的波形失真嚴重，后續(xù)會有實例演示�？偠�言之，示波器浮地測量容易損壞被測器件；損壞示波器；給人身帶來潛在危害；測量誤差大。

3）差分測量

      浮地測量的較好解決辦法就是使用高共模抑制比的差分探頭，因為兩個輸入端都不存在接地的問題，兩路輸入信號的差分運算在探頭前端放大器完成，傳輸到示波器通道的信號是已差分后的電壓，示波器無需去掉三線插頭的接地端即可實現安全的浮地測量，如圖5。

七 .差分探頭

      常見的差分探頭中有一類是針對低壓信號的，在高速的數字電路中這種差分信號比較常見，這一類差分探頭的測量電壓常見的幅值是±8V，帶寬一般在1GHz以上；另一類是專門針對高壓測量的，測量電壓高達上KV，在開關電源測量中這種差分信號比較常見，這類差分探頭叫高壓差分探頭，測量電壓一般在KV級別，帶寬在20MHz—100MHz范圍內比較常見。

      差分探頭主要是針對浮地系統(tǒng)的測量。電源系統(tǒng)測試中經常要求測量三相供電中的火線與火線，或者火線與零（中）線的相對電壓差，很多用戶直接使用單端探頭測量兩點電壓，導致探頭燒毀的現象時有發(fā)生。這是因為：大多數示波器的“信號公共線”終端與保護性接地系統(tǒng)相連接，通常稱之為“接地”。這樣做的結果是：所有施加到示波器上，以及由示波器提供的信號都具有一個公共的連接點。該公用連接點通常是示波器機殼通過使用交流電源設備電源線中的第三根導線地線，將探頭地線連到一個測試點上。如果這時使用單端探頭測量，那么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，我們需要差分探頭進行浮地測量。

差分探頭3大重要指標：

     帶寬 (通用)：所有探頭都有帶寬。探頭的帶寬是指探頭響應導致輸出幅度下降到70.7% (-3 dB)的頻率，如圖6所示。在選擇示波器和示波器探頭時，要認識到帶寬在許多方面影響著測量精度。在幅度測量中，隨著正弦波頻率接近帶寬極限，正弦波的幅度會變得日益衰減。在帶寬極限上，正弦波的幅度會作為實際幅度的70.7% 進行測量。因此，為實現盡可能大的幅度測量精度，必需選擇帶寬比計劃測量的可達頻率波形高幾倍的示波器和探頭。這同樣適用于測量波形上升時間和下降時間。波形轉換沿(如脈沖和方形波邊沿)是由高頻成分組成的。帶寬極限使這些高頻成分發(fā)生衰減，導致顯示的轉換慢于實際轉換速度。為精確地測量上升時間和下降時間，使用的測量系統(tǒng)必需使用擁有充足的帶寬，可以保持構成波形上升時間和下降時間的高頻率成份。在常見的情況下，使用測量系統(tǒng)的上升時間時，系統(tǒng)的上升時間一般應該比要測量的上升時間快4-5 倍。在開關電源領域，一般50MHz的帶寬就基本夠用了。

      CMRR (共模抑制比)：共模抑制比(CMRR)是指差分探頭在差分測量中抑制兩個測試點共模信號信號的能力。這是差分探頭的關鍵指標，其公式為：CMRR = |Ad/Ac|。其中：Ad = 差分信號的電壓增益。Ac = 共模信號的電壓增益。在理想情況下，Ad 應該很大，而Ac 則應該等于0，因此CMRR無窮大。在實踐中，10,000:1 的CMRR 已經被看作非常好了。這意味著將抑制5 V 的共模輸入信號，使其在輸出上顯示為0.5 毫伏。由于CMRR 隨著頻率提高而下降，因此CMRR 的頻率與CMRR 值一樣重要。CMRR對于測量全橋或者半橋電路的上管驅動波時，顯得尤為重要，這也是高壓差分探頭測量這類信號時的難點。如圖1中，上管GS驅動電壓很小，但是共模電壓很高，測量改點波形時，對差分探頭的CMRR要求比較高，后續(xù)將會有實例演示分析。

      畸變：畸變是輸入信號預計響應或理想響應的任何幅度偏差。在實踐中，在快速波形轉換之間通常會立即發(fā)生畸變，其表現為所謂的“減幅振蕩”。差分探頭的兩個差分輸入線非常長，常見的有50cm左右，如果差分探頭這個指標設計不好，那么測量的信號容易產生畸變。市場上不同廠家的差分探頭測出的結果可能不同，有的相差甚遠，這個指標就是其中原因之一。

      當然差分探頭還有輸入阻抗，輸入電容，精度，衰減系數等指標，市場上各個廠家差別不大，一般也不會出問題，所以這里就不一一介紹了。

      大家都知道，差分輸入線很長，就像兩根天線一樣，會吸收各種干擾，實驗證明，雙絞線可以提供探頭的CMRR指標，提高抗干擾能力，特別是測量小信號時非常重要，當然雙絞線的使用會降低探頭的帶寬指標，不過影響不大。

以下圖20將證明雙絞線的作用：

以上圖片是差分輸入線未雙絞時的輸出，可以看到共模信號輸出明顯偏大，為3.02V，比雙絞時輸出2.64V大了不小。所以建議在測量小信號時，差分輸入線雙絞，提高CMRR能力。

八 .差分探頭測量時避免手等接觸差分輸入線

下圖21是用手接觸差分輸入線的影響

差分探頭總結如下：差分探頭是目前開關電源中很常用的工具之一，滿足浮地測量要求和隔離的需要；測量大信號時，只要探頭的畸變能力做的好，一般不會存在問題；測量小信號時，選用CMRR能力做得好的廠家，同時注意測量方法，比如雙絞線方法，能夠提供測量的準確性，CYBERTEK 生產的VP5000系列探頭基本滿足各種場合下的測量需求。