标签: 示波器探头

高压差分示波器探头有何作用？ 现代电源转换设备一般会采用开关技术，进行测量时需要特殊处理，包括使用差分探头。这是因为，与之前采用模拟技术的设备不同，这类设备不借助变压器来降低线电压，而是使用整流后线电压作为直流总线电源（图 1）。这种拓扑结构与接地和差分信号存在有趣的联系。 现代电源转换设备一般会采用开关技术，进行测量时需要特殊处理，包括使用 差分探头 。这是因为，与之前采用模拟技术的设备不同，这类设备不借助 变压器 来降低线电压，而是使用整流后线电压作为直流总线电源（图 1）。这种拓扑结构与接地和差分信号存在有趣的联系。 图 1：所示为开关模式 电源转换器 的功能框图，该电源 转换器 用于对线电压进行全波整流，以生成直流总线电压。（图片来源：Teledyne LeCroy ） 在图 1 的配置中，电路对交流线路进行全波整流。对于 120 Vrms 的交流线路，峰间电压为 340 VAC。电容器的全波整流电压为 170 V DC 。对于 240 V 线路，这些值将翻倍。这个可用作开关模式稳压器的直流电源。 电源开关配置为半桥拓扑结构，上下开关交替连接到输出端。稳压器（图中未显示）生成脉冲宽度调制 (PWM) 信号，该信号通过驱动 MOSFET 的栅源电压来调节输出电压。 为什么需要差分探头 图 1 中，有几点需要注意。首先，电路中没有任何点参考接地。输入线路有火线和零线。零线在其源头处参考接地，在到达用电设备之前可能有几伏离地电压。电源转换器的电压基本上是浮动电压。尝试借助采用普通无源探头的 示波器 测量电压时，需要在某处连接示波器地线。将地线连接到该电路的任何一点都可能导致问题。 要注意的第二点是，上部 MOSFET 电压位于下部 MOSFET 的漏极电压上。该电压在零伏和直流总线电压之间切换。这对接地的示波器测量提出了另一个问题。 这个测量问题的解决方案是使用差分探头。 鉴于遇到的电压最高可达 680 V，因此必须采用高压差分探头（图 2）。 图 2：所示为高压差分探头的功能框图，该探头不需要接地，因为它可以测量 + 和 – 探头输入端之间的电压差。（图片来源：Art Pini） 差分探头可测量输入端之间的电压差。高压差分探头包括了 衰减器 并会在每个输入端提供过载保护。典型衰减值在 50:1 至 2000:1 范围内。因此，高压差分探头的输入电压范围为 1500 至 7000 V。 将受测设备建模成一个差分源，由两个差分源、一个正分量 (VP) 和一个负分量 (VN) 以及一个共模分量 ( VCOM ) 组成。共模分量与 + 和 – 输入共用。+ 输入对应 VP + VCOM，– 输入端对应 VCOM - VN。理想情况下，探头会测量这些输入电压或 VP +VN 之间的差，从而消除 VCOM 项。现实中的差分探头会衰减掉共模电压，但不会完全将其消除。差分探头的共模抑制比 (CMMR)（即衰减掉的共模信号与其未衰减振幅的比率）单位为 dB，表示差分探头的有效性。该品质因数具有频率相关性，通常随着频率的增加而下降。 如何使用差分探头 让我们来看看如何使用高压差分探头测量 120 V 输入的开关模式电源转换器（类似于图 1 中那个）的上部栅源电压。直流总线电压约为 170 V。上部 MOSFET 的栅源电压将取决于下部 MOSFET 的开关信号上，这是一个在 0 至 170 V 之间切换的 PWM 信号。该栅源电压将为 4 至 12 V 的量级。 进行这种测量时，推荐使用 Teledyne LeCroy 的 HVD3106A-NOACC 高压差分探头。这款 120 MHz 带宽探头的额定电压为 1000 V RMS。其差分额定电压为 1500 V（直流加交流峰值），甚至可以与 240 V 交流电源转换器完美匹配。该探头具有 1500 V 的偏移范围，可以轻松垂直展开测得的波形以查看细节。该探头的 CMRR 在最高 60 Hz 时为 85 dB，在 1 MHz 时为 65 dB。这意味着 170 V 共模信号的衰减将优于 65 dB。衰减后的共模信号的振幅约为 95 mV。由于栅源电压为 4 至 12 V 的量级，因此共模干扰对测量的影响很小。 对于更高的电压，例如与 1500 VDC 太阳能光伏 (PV)逆变器测量相关的电压，建议使用 HVD3206A 探头。这款探头的最大差分额定电压为 2000 V（直流加峰值交流），并且具有与 HVD3106A-NOACC 探头相同的带宽和 CMRR。 最后，对于大型三相机器及其控制器，推荐使用 HVD3605A 高压差分探头，其最大电压输入为 7000 V（直流加交流峰值）。之所以能实现如此高的电压范围是由于该探头中配有 200:1 或 2000:1 衰减器。该探头的 CMRR 在 60 Hz 时为 85 dB，10 kHz 时为 70 dB，1 MHz 时为 64 dB，偏移范围为 6000 V。买电子元器件现货上唯样商城 HVD3000A 系列探头均具有 1% 或更高的增益精度，提供带配件和不带配件两种版本，示波器线缆引线长度分别为 2.25 m 和 6 m（图 3）。 图 3：HVD3000A 系列提供的一些高压差分探头配置，提供带配件和不带配件版本以及长达 6 m 的示波器线缆。（图片来源：Teledyne LeCroy） 配件包因型号而异，包括与不同电压配套的夹子或小型抓具。 结语 在没有接地参考且待测信号取决于另一个高压信号的情况下，高压差分探头非常有用。针对这些情况，Teledyne LeCroy 推出了 HVD3000A 系列探头。所有这些探头都非常适合用于需要接地隔离的开关模式电源转换器的测量。它们完全集成到了 Teledyne LeCroy 示波器操作系统中，并自动感应和标定以实现精确测量。 （来源：中电网，作者：Art Pini）

工程师在使用示波器测量开关电源输出信号时，经常会发现两个测量通道信号之间互相干扰（串扰）。如果可以改变测量方式，就可解决这个困惑，下面PRBTEK教您具体该如何操作： 一、概述 工程师在使用示波器测量开关电源输出信号时，经常会发现两个测量通道之间互相干扰（串扰）。该情况通常与通道隔离度、测试方法等因素有关，通过一个小实验就可以对比分析。 测试原理： 通道1测量小信号（100mv/div），通道2测量大信号（5V/div），观察信号互相影响的情况。 首先使用标准信号源来验证通道隔离度的影响因素； 然后使用不同的测量方法来验证串扰的影响因素。 二、通道隔离度测试 如图1示波器两通道输入的信号直接从信号发生器输出，可以发现通道2信号对通道1无任何影响，通道隔离度好。当然通道隔离度的指标有着更严谨测试方法，这里就不做细致分析。 图1 CH1、CH2测量信号发生器输出，接地良好 三、测量方式带来的影响 测量方式主要和探头的使用有关，特别和探头地线的接法有关。测量过程如下，同时记录该测试模式的串扰情况： 1、通道1探头地使用鳄鱼夹接地，通道2关闭（证明通道1信号原状，见图2） 2、通道1和2探头地使用鳄鱼夹接同个地（串扰非常严重，见图3）； 3、通道1和2探头地使用鳄鱼夹分别接地（串扰严重，见图4）； 4、通道1地使用弹簧地接地，通道2地使用鳄鱼夹接地（串扰很小，图5）； 5、通道1和2探头地使用弹簧地分别接地（串扰最小，见图6）。 注：通道1信号幅度虽然非常小，但通过FFT分析还是可以定位出600K频点的干扰。 图2 CH1使用夹子测量电源输出，CH2悬空 图3 CH1使用夹子测量电源输出，CH2使用夹子测量电感，单点接地 图4 CH1使用夹子测量电源输出，CH2使用夹子测量电感，各自接地 图5 CH1使用接地弹簧测量电源输出，CH2使用夹子测量电感，各自接地 图6 CH1使用接地弹簧测量电源输出，CH2使用接地弹簧测量电感，各自接地 四、总结 1、测量探头及地线连接良好时，示波器的通道间干扰很小； 2、干扰来自测试探头处接地寄生参数的影响，如引线电感； 3、同时测量两个信号时，为了避免接地回路的互相干扰，要分开接地； 4、测量敏感信号时要使用接地弹簧，必要时使用接口端。 综上所示，通过以上测试对比，发现通道1的干扰直接来源就是通道1探头地线引入的。因此，在同时测量多个信 号时，为了避免接地回炉的互相干扰，强烈推荐分开接地。 以上是PRBTEK培训学院为大家分享的示波器探头接地与通道串扰分析，如果您在使用探头过 程中有什么问题，欢迎访问普科科技PRBTEK官网 www.prbtek.com 。

工程师在使用示波器测量开关电源输出信号时，经常会发现两个测量通道信号之间互相干扰（串扰）。如果可以改变测量方式，就可解决这个困惑，下面PRBTEK教您具体该如何操作： 一、概述 工程师在使用示波器测量开关电源输出信号时，经常会发现两个测量通道之间互相干扰（串扰）。该情况通常与通道隔离度、测试方法等因素有关，通过一个小实验就可以对比分析。 测试原理： 通道1测量小信号（100mv/div），通道2测量大信号（5V/div），观察信号互相影响的情况。 首先使用标准信号源来验证通道隔离度的影响因素； 然后使用不同的测量方法来验证串扰的影响因素。 二、通道隔离度测试 如图1示波器两通道输入的信号直接从信号发生器输出，可以发现通道2信号对通道1无任何影响，通道隔离度好。当然通道隔离度的指标有着更严谨测试方法，这里就不做细致分析。 图1 CH1、CH2测量信号发生器输出，接地良好 三、测量方式带来的影响 测量方式主要和探头的使用有关，特别和探头地线的接法有关。测量过程如下，同时记录该测试模式的串扰情况： 1、通道1探头地使用鳄鱼夹接地，通道2关闭（证明通道1信号原状，见图2） 2、通道1和2探头地使用鳄鱼夹接同个地（串扰非常严重，见图3）； 3、通道1和2探头地使用鳄鱼夹分别接地（串扰严重，见图4）； 4、通道1地使用弹簧地接地，通道2地使用鳄鱼夹接地（串扰很小，图5）； 5、通道1和2探头地使用弹簧地分别接地（串扰最小，见图6）。 注：通道1信号幅度虽然非常小，但通过FFT分析还是可以定位出600K频点的干扰。 图2 CH1使用夹子测量电源输出，CH2悬空 图3 CH1使用夹子测量电源输出，CH2使用夹子测量电感，单点接地 图4 CH1使用夹子测量电源输出，CH2使用夹子测量电感，各自接地 图5 CH1使用接地弹簧测量电源输出，CH2使用夹子测量电感，各自接地 图6 CH1使用接地弹簧测量电源输出，CH2使用接地弹簧测量电感，各自接地 四、总结 1、测量探头及地线连接良好时，示波器的通道间干扰很小； 2、干扰来自测试探头处接地寄生参数的影响，如引线电感； 3、同时测量两个信号时，为了避免接地回路的互相干扰，要分开接地； 4、测量敏感信号时要使用接地弹簧，必要时使用接口端。 综上所示，通过以上测试对比，发现通道1的干扰直接来源就是通道1探头地线引入的。因此，在同时测量多个信 号时，为了避免接地回炉的互相干扰，强烈推荐分开接地。 以上是PRBTEK培训学院为大家分享的示波器探头接地与通道串扰分析，如果您在使用探头过 程中有什么问题，欢迎访问普科科技PRBTEK官网www.prbtek.com。

根据电流探头的内部结构组成，温度对铁氧体导磁率和金属壳体形变的影响非常小［13］，可以忽略。因此，温度对电流探头传输阻抗的影响主要由绕线电阻、分布电感与电容组成。 绕线电阻的影响线圈由铜丝绕制而成，铜丝形状尺寸（主要为长度变化）发生变化必然会引起线圈阻抗的变化。由导体电阻计算公式可得： 式中：p为导体电阻率，铜丝为1.75x10-8Ω; l为导线长度（m）;S为导体横截面积（m2）. 以上内容由普科科技PRBTEK分享，公司致力于示波器测试附件配件研发、生产、销售，涵盖产品包含电流探头、差分探头、高压探头、无源探头、电源纹波探头、柔性电流探头、近场探头、逻辑探头、功率探头和光探头等，满足客户多样化测试需求，库存充足，价格合理。详情访问官网www.prbtek.com

很多用户有这样的困惑，实验室有好几种示波器和好几种探头，这些不同厂家的探头和示波器到底能不能混用，混用会不会对测量造成影响。现在很多示波器厂家都会设计一些探头来配合自家的示波器使用，使其更符合当前示波器测试需求，那这种特殊设计的探头是否具有通用性？是否可以兼容其他型号的示波器呢？下面PRBTEK为你解答： 1．BNC接头 图1 BNC接头 BNC的特性阻抗为50Ω/75Ω，频率范围可达2GHz，可以满足仪器带宽速度和测量性能的需求，普通的BNC连接器体积小，频率高，已经成为常用的探头接头类型。 图2 探头BNC接口 2．不同厂家的探头接头类型 示波器探头总体上分为有源探头和无源探头两种。 无源探头：无源探头由阻容元件组成，探头中无有源元件，所以不需要供电。无源探头在测试中比较经济实用，如图3所示。 有源探头：有源探头由阻容元件以及有源元件组成，所以需要额外供电，有源探头测试较为稳定，价位较高。如图4所示。 图3 无源BNC探头 图4 有源BNC探头 示波器探头在一定程度上基本上都是BNC接口，某些厂家在BNC接口的基础上进行功能上的创新和改造，使其更符合其测试的需求。也就是在使用BNC连接器的同时，额外提供了一个模拟编码的标度系数检测针脚图3所示，使其可以自动识别探头比率，在兼容的示波器能够自动检测和改变示波器显示的垂直衰减范围，图4所示。 图3的无源探头可用于大部分示波器的信号输入，图4的探头因为在结构上设计独特，且其需要供电，所以仅适用于与其兼容的示波器输入。 3．如何判断示波器可用什么类型的探头 下图为当前市面上较多的3种示波器输入接口，不同的接口所支持的探头类型不同。 图5 示波器输入接口 其中第1种和第2种是在结构上和功能上有特殊设计的BNC接口，第3种是通用的普通BNC接口，那这3种示波器接口能兼容哪些类型的探头呢？具体怎么判断示波器输入接口所支持的探头类型呢？具体判断方法分为以下4点： 3.探头的供电方式 标准无源BNC探头无需供电，所以可用于大部分的示波器输入接口；有源BNC探头的供电如果是在探头内部结构进行设计供电电路并与示波器输入端匹配的，这种类型仅仅适用于与之兼容的示波器输入。如图6所示。 图6 供电方式 如果有源BNC探头的供电方式是外部电源供电，则可用于大部分的示波器输入接口，如下图7所示。 图7 外带适配器有源BNC探头 4.接口结构 有源BNC探头在结构设计上与示波器输入端的形状匹配，只能用在与其匹配的示波器上，如图8所示，若用在与其不匹配的示波器上则可能会出现接触不稳，测量不精确的现象。 图8 示波器与探头结构不匹配 5.负载阻抗要求 部分有源BNC探头对示波器的输入负载阻抗有一定要求，所以需要查看探头使用的手册，了解其对示波器输入阻抗的要求，如果输入阻抗不匹配，可能会导致信号幅值的衰减。 以上是普科科技PRBTEK为您介绍的如何判断示波器可用什么类型的探头，如果没办法判断探头是否可以用在某款示波器上，则可直接查看探头的使用手册，了解其工作的方式以及工作需求。