在電子測(cè)量領(lǐng)域，當(dāng)示波器接入存在電勢(shì)差的電路系統(tǒng)時(shí)，可能因設(shè)備內(nèi)部短路或電勢(shì)本身帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。技術(shù)人員和電子工程師在測(cè)量三相電、市電供電設(shè)備等場(chǎng)景中，常面臨棘手問題——示波器各通道共地且連接電源，而被測(cè)體地線同樣連接電源，此時(shí)該如何接地才能避免短路？
有人或許會(huì)提議斷開示波器供電處的接地端，但這種做法會(huì)使探頭夾子和示波器金屬部位帶電，帶來觸電隱患。針對(duì)此問題，通常有五種解決途徑：使用帶隔離通道的示波器、采用差分探頭進(jìn)行測(cè)量、運(yùn)用A - B偽差分測(cè)法、實(shí)施浮地測(cè)量，以及通過隔離變壓器為示波器電源供電。
帶隔離通道的示波器，其通道之間相互獨(dú)立，且與其他非隔離器件隔離。這類示波器常配備特制的無源探頭，探頭BNC接口處采用絕緣設(shè)計(jì)，可有效防止觸電事故。隔離示波器通過隔離前端電路與AD及后續(xù)采集系統(tǒng)，在低壓測(cè)量場(chǎng)景下優(yōu)勢(shì)顯著，能保證信號(hào)高精度測(cè)量，失真度低。
差分探頭則更適用于高壓測(cè)量場(chǎng)景，具備極高的安全性。它能夠優(yōu)化測(cè)量質(zhì)量，通過均衡測(cè)量輸入電容，可安全測(cè)量電路中任意兩點(diǎn)間的電壓。與隔離示波器相比，二者主要區(qū)別體現(xiàn)在測(cè)試電壓的準(zhǔn)確性、波形還原度以及對(duì)測(cè)試噪聲的抑制能力上。一般來說，高壓環(huán)境優(yōu)先選擇差分探頭，低壓環(huán)境適合使用隔離示波器，但實(shí)際選擇還需綜合考慮具體測(cè)試環(huán)境。差分探頭廣泛應(yīng)用于浮地電壓測(cè)量、強(qiáng)電或高壓隔離測(cè)量，以及開關(guān)電源、UPS電源、變頻器等電力電子設(shè)備的設(shè)計(jì)與測(cè)試領(lǐng)域。
A - B偽差分測(cè)法是利用兩個(gè)示波器通道，一個(gè)測(cè)量測(cè)試點(diǎn)“正極”，另一個(gè)測(cè)量“負(fù)極”，再借助示波器的數(shù)學(xué)運(yùn)算功能將兩個(gè)通道信號(hào)相減，從而得到所需波形。不過，該方法僅適用于共模信號(hào)幅度等于或低于差模信號(hào)，且共模成分主要為直流或50Hz低頻電源線干擾的場(chǎng)景。
浮地測(cè)量是指不參考地電平的電壓測(cè)量方式。實(shí)際上，所有電壓測(cè)量本質(zhì)都是測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的電壓差，即差分測(cè)量，只是分為參考地電平和非參考地電平兩類。前文提到的斷開示波器供電接地端或使用電池供電示波器的方法，都屬于浮地測(cè)量。但這種方式存在諸多風(fēng)險(xiǎn)，不僅容易導(dǎo)致操作人員觸電，還可能因示波器地電位高壓浮動(dòng)引發(fā)設(shè)備故障、造成測(cè)量誤差。而使用隔離變壓器為示波器電源供電，也是測(cè)量浮地電壓的安全方案之一。隔離變壓器沒有直接到地的電阻路徑，對(duì)于對(duì)泄漏電流敏感的應(yīng)用場(chǎng)景較為合適，但該方案會(huì)增加成本，且隔離變壓器體積較大，不利于便攜使用。
以上便是隔離示波器和差分探頭的選擇要點(diǎn)與區(qū)別。若在實(shí)際應(yīng)用中還有其他疑問，歡迎進(jìn)一步交流探討。

審核編輯 黃宇