示波器隔离探头

一、产品综述：

       示波器隔离探头，知用CYBERTEK高压差分探头VP5000系列是具有浮地测量功能的示波器高压差分探头。探头具备良好的共模噪声抑制能力，输入端具有较高的输入阻抗和较低电容，可以准确高速地测量差分电压信号。可广泛用于开关电源﹑变频器﹑电子镇流器﹑变频家电和其它电气功率装置等的研发﹑调试或检修工作中。

二、VP5000系列和P1300示波器高压差分探头产品优势：

(一）VP5000系列高压差分探头（具有浮地测量功能）

1.保修期三年，优秀于同行，买的心安，用的放心；

2.带宽高达到200MHz，满足了大部分测试系统的需要；

3.丰富的量程可供选择，其差动测量电压范围满足大部分测试电路的要求；

4.用户可进入测试模式，调整偏置电压，探头长期使用后若出现失调现象，用户可进入该模式，调整偏置，实现归零；

5.电子轻触式按键，使得使用寿命更长；

6.有5MHz带宽限制功能选择，5MHz频率带宽满足大部分开关电源中FETs的开关频率的测量，并可以滤除更高频率的噪声和干rao；

7.具带有声光报警功能，且可手动关闭声音报警功能，更具有人性化设计；

8.USB供电接口，使用更加方便灵活；

9..探头配备标准的BNC输出接口，可与任何厂家的示波器配合使用（要求示波器的输入阻抗设置为1MΩ；当选择50Ω时，衰减倍数

会多衰减一倍），测量被测电路波形；

10.自动保存功能，防止掉电后用户重复操作。

（二）P1300高压差分探头（具有浮地测量功能）

1.其带宽达到50MHz，满足了大部分测试系统的需要；

2.双量程可供选择，其差动测量电压范围满足大部分测试电路的要求；

3.具有过载报警功能；

4.探头配备标准的BNC输出接口，可与任何厂家的示波器配合使用。

三、 产品简要说明：

（一）VP5000系列简要说明：

（二）P1300简要说明:

四 .隔离探头使用方法及原理      

      探头的种类很多，其中高压差分探头在开关电源应用中十分广泛，然而很多工程师对差分探头的理解不是很深刻，市场上差分探头生产厂家也不少，性能指标各不相同，甚至相差甚远，造成测出的波形也不尽相同，工程师无法看到正确波形。本文将主要讲述什么是差分信号，差分信号的测量，高压差分探头的主要指标，优缺点和相关使用技巧，以及高压差分探头在开关电源的典型应用。

五.什么是差分信号

      在讲解差分探头之前，先来了解差分信号。差分信号是互相参考，而不是参考接地的信号。例如，图1开关电源中半桥上下开关管(Q1，Q2管)中电压信号；图2多相电源系统中电压信号，以上信号在本质上是“漂浮”在地之上。

六 .差分信号的测量方法

目前差分信号的常见测量方法如下：

1）使用两个探头测量，再利用示波器数学运算功能计算，如图3

      使用两个探头进行两项单端测量，这是一种常用方法，也是进行差分测量尽量不希望的方法。测量到地的信号（单端）及使用示波器的数学运算函数（通道A信号减去通道B），就可测量差分信号。在信号时低频信号，信号幅度足够大，能够*担心的噪声情况下，可以采取这种方法。两个单端测量组合在一起有多个潜在问题。其中一个问题是沿着每个探头直到每条示波器通道有两条单独的长信号通路。这两条通路之间的任何延时差都会导致两个信号发生时间偏移。在高速信号上，这个偏移会导致计算的差分信号中发生明显的幅度和定时误差。另一个问题是它们不能提供足够的共模噪声抑制。实际电路中，共模噪声源很多，比如说，附近时钟线在两条信号线上导致的噪声，荧光等外部来源发出的噪声。随着频率的提高，单端测量的CMMR（共模抑制比）的性能会迅速下降。如果保留共模干扰的话，这会导致信号的噪声比实际的噪声还要大的多。

2) 示波器浮地测量

      目前常见的错误浮地测量方法就是示波器浮地测量方法，是通过切断标准三头AC插座地线的方法或使用一个交流隔离变压器，切断中线与地线的连接。将示波器从保护地线浮动起来，如图4，以减小地环路的影响。这种方法其实并不可行，因为在建筑物的布线中中线也许在某处已经与地线相连，是不安全的测量方法；此外，它违反了工业健康和安全规定，且获得的测量结果也差。而且示波器在地浮动时会出现一个大的寄生电容，浮动测量将受到振荡的破坏，测量的波形失真严重，后续会有实例演示。总而言之，示波器浮地测量容易损坏被测器件；损坏示波器；给人身带来潜在危害；测量误差大。

3）差分测量

      浮地测量的较好解决办法就是使用高共模抑制比的差分探头，因为两个输入端都不存在接地的问题，两路输入信号的差分运算在探头前端放大器完成，传输到示波器通道的信号是已差分后的电压，示波器无需去掉三线插头的接地端即可实现安全的浮地测量，如图5。

七 .差分探头

      常见的差分探头中有一类是针对低压信号的，在高速的数字电路中这种差分信号比较常见，这一类差分探头的测量电压常见的幅值是±8V，带宽一般在1GHz以上；另一类是专门针对高压测量的，测量电压高达上KV，在开关电源测量中这种差分信号比较常见，这类差分探头叫高压差分探头，测量电压一般在KV级别，带宽在20MHz—100MHz范围内比较常见。

      差分探头主要是针对浮地系统的测量。电源系统测试中经常要求测量三相供电中的火线与火线，或者火线与零（中）线的相对电压差，很多用户直接使用单端探头测量两点电压，导致探头烧毁的现象时有发生。这是因为：大多数示波器的“信号公共线”终端与保护性接地系统相连接，通常称之为“接地”。这样做的结果是：所有施加到示波器上，以及由示波器提供的信号都具有一个公共的连接点。该公用连接点通常是示波器机壳通过使用交流电源设备电源线中的第三根导线地线，将探头地线连到一个测试点上。如果这时使用单端探头测量，那么单端探头的地线与供电线直接相连，后果必然是短路。这种情况下，我们需要差分探头进行浮地测量。

差分探头3大重要指标：

     带宽 (通用)：所有探头都有带宽。探头的带宽是指探头响应导致输出幅度下降到70.7% (-3 dB)的频率，如图6所示。在选择示波器和示波器探头时，要认识到带宽在许多方面影响着测量精度。在幅度测量中，随着正弦波频率接近带宽极限，正弦波的幅度会变得日益衰减。在带宽极限上，正弦波的幅度会作为实际幅度的70.7% 进行测量。因此，为实现尽可能大的幅度测量精度，必需选择带宽比计划测量的可达频率波形高几倍的示波器和探头。这同样适用于测量波形上升时间和下降时间。波形转换沿(如脉冲和方形波边沿)是由高频成分组成的。带宽极限使这些高频成分发生衰减，导致显示的转换慢于实际转换速度。为精确地测量上升时间和下降时间，使用的测量系统必需使用拥有充足的带宽，可以保持构成波形上升时间和下降时间的高频率成份。在常见的情况下，使用测量系统的上升时间时，系统的上升时间一般应该比要测量的上升时间快4-5 倍。在开关电源领域，一般50MHz的带宽就基本够用了。

      CMRR (共模抑制比)：共模抑制比(CMRR)是指差分探头在差分测量中抑制两个测试点共模信号信号的能力。这是差分探头的关键指标，其公式为：CMRR = |Ad/Ac|。其中：Ad = 差分信号的电压增益。Ac = 共模信号的电压增益。在理想情况下，Ad 应该很大，而Ac 则应该等于0，因此CMRR无穷大。在实践中，10,000:1 的CMRR 已经被看作非常好了。这意味着将抑制5 V 的共模输入信号，使其在输出上显示为0.5 毫伏。由于CMRR 随着频率提高而下降，因此CMRR 的频率与CMRR 值一样重要。CMRR对于测量全桥或者半桥电路的上管驱动波时，显得尤为重要，这也是高压差分探头测量这类信号时的难点。如图1中，上管GS驱动电压很小，但是共模电压很高，测量改点波形时，对差分探头的CMRR要求比较高，后续将会有实例演示分析。

      畸变：畸变是输入信号预计响应或理想响应的任何幅度偏差。在实践中，在快速波形转换之间通常会立即发生畸变，其表现为所谓的“减幅振荡”。差分探头的两个差分输入线非常长，常见的有50cm左右，如果差分探头这个指标设计不好，那么测量的信号容易产生畸变。市场上不同厂家的差分探头测出的结果可能不同，有的相差甚远，这个指标就是其中原因之一。

      当然差分探头还有输入阻抗，输入电容，精度，衰减系数等指标，市场上各个厂家差别不大，一般也不会出问题，所以这里就不一一介绍了。

      大家都知道，差分输入线很长，就像两根天线一样，会吸收各种干扰，实验证明，双绞线可以提供探头的CMRR指标，提高抗干扰能力，特别是测量小信号时非常重要，当然双绞线的使用会降低探头的带宽指标，不过影响不大。

以下图20将证明双绞线的作用：

以上图片是差分输入线未双绞时的输出，可以看到共模信号输出明显偏大，为3.02V，比双绞时输出2.64V大了不小。所以建议在测量小信号时，差分输入线双绞，提高CMRR能力。

八 .差分探头测量时避免手等接触差分输入线

下图21是用手接触差分输入线的影响

差分探头总结如下：差分探头是目前开关电源中很常用的工具之一，满足浮地测量要求和隔离的需要；测量大信号时，只要探头的畸变能力做的好，一般不会存在问题；测量小信号时，选用CMRR能力做得好的厂家，同时注意测量方法，比如双绞线方法，能够提供测量的准确性，CYBERTEK 生产的VP5000系列探头基本满足各种场合下的测量需求。