浮地測(cè)量和隔離輸入示波器基礎(chǔ)知識(shí)

    本應(yīng)用指南將介紹電源測(cè)量術(shù)語(yǔ)，闡述為進(jìn)行浮地測(cè)量提供的不同選項(xiàng)，重點(diǎn)介紹每種選項(xiàng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

    zui苛刻的浮地測(cè)量要求源自電源控制電路，如馬達(dá)控制器、不間斷電源和工控設(shè)備。在這些應(yīng)用領(lǐng)域中，電壓和電流可能會(huì)很大，足以給用戶和/或測(cè)試設(shè)備帶來(lái)危險(xiǎn)。在測(cè)量浮地高壓信號(hào)時(shí)，有許多選項(xiàng)可以考慮。每個(gè)選項(xiàng)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

差分測(cè)量與浮地測(cè)量比較

    所有電壓測(cè)量都是差分測(cè)量。差分測(cè)量定義為兩點(diǎn)之間的電壓差。電壓測(cè)量分成兩類：

1. 參考地電平測(cè)量

2. 非參考地電平測(cè)量(也稱為浮地測(cè)量)

傳統(tǒng)示波器

    大多數(shù)傳統(tǒng)示波器把“信號(hào)參考”端子連接到保護(hù)接地系統(tǒng)上，通常稱為“接地”。通過(guò)這種方式，所有應(yīng)用到示波器的信號(hào)或示波器提供的信號(hào)都會(huì)有一個(gè)公共連接點(diǎn)。

    這個(gè)公共連接點(diǎn)通常是示波器機(jī)箱，通過(guò)AC供電設(shè)備電源線中的第三條線接地，來(lái)保持在(或接近)零伏。這意味著每個(gè)輸入通道參考點(diǎn)都捆綁在一個(gè)接地參考源上。

    不應(yīng)該使用傳統(tǒng)無(wú)源探頭，直接在參考地電平的示波器上進(jìn)行浮地測(cè)量。視流經(jīng)參考引線的電流數(shù)量，傳統(tǒng)無(wú)源探頭會(huì)開(kāi)始變熱;在電流足夠高時(shí)，它會(huì)類似熔絲那樣熔化斷開(kāi)。

浮地測(cè)量技術(shù)

為進(jìn)行高壓浮地測(cè)量提供的不同選項(xiàng)包括：

隔離輸入示波器
差分探頭
電壓隔離裝置
“A - B” 測(cè)量技術(shù)
示波器“浮地”技術(shù)
術(shù)語(yǔ)表

共模信號(hào)

兩個(gè)輸入上共同的輸入信號(hào)成分(幅度和相位*相同)。

共*圍

差分放大器可以抑制的共模信號(hào)的zui大電壓(從接地)。

共模抑制比

    衡量差分放大器抑制共模信號(hào)能力的一個(gè)性能指標(biāo)。由于共模抑制一般會(huì)隨著頻率提高而下降，因此通常會(huì)特定頻率的CMRR。

差分模式或差模

差分放大器兩個(gè)輸入之間的不同信號(hào)。差模信號(hào)(VDM)可以表達(dá)為：

VDM = (V+input) – (V-input)

差模信號(hào)

兩個(gè)輸入之間不同的信號(hào)。

差分測(cè)量

兩點(diǎn)之間的電壓差。

差分探頭

    為差分應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的探頭。有源差分探頭在探頭包含一個(gè)差分放大器。無(wú)源差分探頭與差分放大器一起使用，可以進(jìn)行校準(zhǔn)，匹配兩條信號(hào)路徑中(包括參考引線)的DC和AC衰減。

浮地測(cè)量

任何一點(diǎn)都沒(méi)有參考地電平(地電位)的差分測(cè)量。

接地環(huán)路

    當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的單獨(dú)接地路徑在兩個(gè)或兩個(gè)以上的點(diǎn)捆綁在一起時(shí)，會(huì)出現(xiàn)接地環(huán)路。結(jié)果是一個(gè)導(dǎo)體環(huán)路。在存在變化的磁場(chǎng)時(shí)，這個(gè)環(huán)路會(huì)變成變壓器的次級(jí)電路，作為短路線圈操作。附近承載非DC電流的任何導(dǎo)體都會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，激發(fā)變壓器。許多導(dǎo)線、甚至數(shù)字IC輸出引線中的AC線路電壓都會(huì)產(chǎn)生這種激發(fā)作用。環(huán)路中循環(huán)的電流會(huì)在環(huán)路內(nèi)部任何阻抗中積聚電壓。這樣，在任何給定時(shí)點(diǎn)上，接地環(huán)路中的各個(gè)點(diǎn)都不會(huì)位于相同的AC電位。

    把示波器探頭地線連接到被測(cè)電路上，如果電路“接地到”接地裝置，那么會(huì)產(chǎn)生接地環(huán)路。作用在路徑內(nèi)部阻抗上的循環(huán)電流會(huì)導(dǎo)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(cè)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(dá)幾百毫伏。由于示波器從輸入BNC連接器的外殼上參考測(cè)量，因此顯示的波形可能并不表示探頭輸入上的實(shí)際信號(hào)。隨著被測(cè)信號(hào)的幅度下降，誤差變得更加明顯。