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示波器隔離探頭

簡(jiǎn)要描述:

示波器隔離探頭:一般非隔離示波器兩路信號輸入端的地是相通的,同時(shí)也與機殼、市電的地相通當要測量的兩路波形的地點(diǎn)(參考點(diǎn))電位不同時(shí),當分別接上時(shí),這兩點(diǎn)就相通、短路了。這時(shí)候如果使用的是示波器隔離探頭,就可以保證操作人員的安全。

發(fā)布日期:2023-12-30

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示波器隔離探頭

一、產(chǎn)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??蓮V泛用于開(kāi)關(guān)電源﹑變頻器﹑電子鎮流器﹑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。


高壓差分探頭.jpg

二、VP5000系列和P1300示波器高壓差分探頭產(chǎn)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(mǎi)的心安,用的放心;

2.帶寬高達到200MHz,滿(mǎn)足了大部分測試系統的需要;

3.豐富的量程可供選擇,其差動(dòng)測量電壓范圍滿(mǎn)足大部分測試電路的要求;

4.用戶(hù)可進(jìn)入測試模式,調整偏置電壓,探頭長(cháng)期使用后若出現失調現象,用戶(hù)可進(jìn)入該模式,調整偏置,實(shí)現歸零;

5.電子輕觸式按鍵,使得使用壽命更長(cháng);

6.有5MHz帶寬限制功能選擇,5MHz頻率帶寬滿(mǎn)足大部分開(kāi)關(guān)電源中FETs的開(kāi)關(guān)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(dòng)關(guān)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(chǎng)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(shí),衰減倍數

會(huì )多衰減一倍),測量被測電路波形;

10.自動(dòng)保存功能,防止掉電后用戶(hù)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(mǎn)足了大部分測試系統的需要;

2.雙量程可供選擇,其差動(dòng)測量電壓范圍滿(mǎn)足大部分測試電路的要求;

3.具有過(guò)載報警功能;

4.探頭配備標準的BNC輸出接口,可與任何廠(chǎng)家的示波器配合使用。

三、 產(chǎn)品簡(jiǎn)要說(shuō)明:

(一)VP5000系列簡(jiǎn)要說(shuō)明:

型號

可達輸入差動(dòng)電壓

帶寬

衰減比

VP5065A

700V

70MHz

10X/100X

VP5200A

1500V

70MHz

50X/500X

VP5205A

1500V

120MHz

50X/500X

VP5205B

1500V

200MHz

50X/500X

VP5208A

2800V

100MHz

100X/1000X

VP5210A

7000V

70MHz

100X/1000X

VP5215A

7000V

100MHz

100X/1000X

(二)P1300簡(jiǎn)要說(shuō)明:

型號

可達輸入差動(dòng)電壓

帶寬

衰減比

P1300

1300V

50MHz

50X / 500X

 

四 .隔離探頭使用方法及原理      

      探頭的種類(lèi)很多,其中高壓差分探頭在開(kāi)關(guān)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(chǎng)上差分探頭生產(chǎn)廠(chǎng)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(wú)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(diǎn)和相關(guān)使用技巧,以及高壓差分探頭在開(kāi)關(guān)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(lái)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(kāi)關(guān)電源中半橋上下開(kāi)關(guān)管(Q1,Q2)中電壓信號;圖2多相電源系統中電壓信號,以上信號在本質(zhì)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(jiàn)測量方法如下:

1)使用兩個(gè)探頭測量,再利用示波器數學(xué)運算功能計算,如圖3

 

 

      使用兩個(gè)探頭進(jìn)行兩項單端測量,這是一種常用方法,也是進(jìn)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(xué)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(shí)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(gè)單端測量組合在一起有多個(gè)潛在問(wèn)題。其中一個(gè)問(wèn)題是沿著(zhù)每個(gè)探頭直到每條示波器通道有兩條單獨的長(cháng)信號通路。這兩條通路之間的任何延時(shí)差都會(huì )導致兩個(gè)信號發(fā)生時(shí)間偏移。在高速信號上,這個(gè)偏移會(huì )導致計算的差分信號中發(fā)生明顯的幅度和定時(shí)誤差。另一個(gè)問(wèn)題是它們不能提供足夠的共模噪聲抑制。實(shí)際電路中,共模噪聲源很多,比如說(shuō),附近時(shí)鐘線(xiàn)在兩條信號線(xiàn)上導致的噪聲,熒光等外部來(lái)源發(fā)出的噪聲。隨著(zhù)頻率的提高,單端測量的CMMR(共模抑制比)的性能會(huì )迅速下降。如果保留共模干擾的話(huà),這會(huì )導致信號的噪聲比實(shí)際的噪聲還要大的多。

2) 示波器浮地測量

      目前常見(jiàn)的錯誤浮地測量方法就是示波器浮地測量方法,是通過(guò)切斷標準三頭AC插座地線(xiàn)的方法或使用一個(gè)交流隔離變壓器,切斷中線(xiàn)與地線(xiàn)的連接。將示波器從保護地線(xiàn)浮動(dòng)起來(lái),如圖4,以減小地環(huán)路的影響。這種方法其實(shí)并不可行,因為在建筑物的布線(xiàn)中中線(xiàn)也許在某處已經(jīng)與地線(xiàn)相連,是不安全的測量方法;此外,它違反了工業(yè)健康和安全規定,且獲得的測量結果也差。而且示波器在地浮動(dòng)時(shí)會(huì )出現一個(gè)大的寄生電容,浮動(dòng)測量將受到振蕩的破壞,測量的波形失真嚴重,后續會(huì )有實(shí)例演示??偠灾?,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(lái)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(gè)輸入端都不存在接地的問(wèn)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(wú)需去掉三線(xiàn)插頭的接地端即可實(shí)現安全的浮地測量,如圖5。

 

七 .差分探頭

      常見(jiàn)的差分探頭中有一類(lèi)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(jiàn),這一類(lèi)差分探頭的測量電壓常見(jiàn)的幅值是±8V,帶寬一般在1GHz以上;另一類(lèi)是專(zhuān)門(mén)針對高壓測量的,測量電壓高達上KV,在開(kāi)關(guān)電源測量中這種差分信號比較常見(jiàn),這類(lèi)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(jiàn)。

      差分探頭主要是針對浮地系統的測量。電源系統測試中經(jīng)常要求測量三相供電中的火線(xiàn)與火線(xiàn),或者火線(xiàn)與零(中)線(xiàn)的相對電壓差,很多用戶(hù)直接使用單端探頭測量?jì)牲c(diǎn)電壓,導致探頭燒毀的現象時(shí)有發(fā)生。這是因為:大多數示波器的信號公共線(xiàn)終端與保護性接地系統相連接,通常稱(chēng)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(gè)公共的連接點(diǎn)。該公用連接點(diǎn)通常是示波器機殼通過(guò)使用交流電源設備電源線(xiàn)中的第三根導線(xiàn)地線(xiàn),將探頭地線(xiàn)連到一個(gè)測試點(diǎn)上。如果這時(shí)使用單端探頭測量,那么單端探頭的地線(xiàn)與供電線(xiàn)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(jìn)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(shí),要認識到帶寬在許多方面影響著(zhù)測量精度。在幅度測量中,隨著(zhù)正弦波頻率接近帶寬極限,正弦波的幅度會(huì )變得日益衰減。在帶寬極限上,正弦波的幅度會(huì )作為實(shí)際幅度的70.7% 進(jìn)行測量。因此,為實(shí)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(shí)間和下降時(shí)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(shí)際轉換速度。為精確地測量上升時(shí)間和下降時(shí)間,使用的測量系統必需使用擁有充足的帶寬,可以保持構成波形上升時(shí)間和下降時(shí)間的高頻率成份。在常見(jiàn)的情況下,使用測量系統的上升時(shí)間時(shí),系統的上升時(shí)間一般應該比要測量的上升時(shí)間快4-5 倍。在開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)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(gè)測試點(diǎn)共模信號信號的能力。這是差分探頭的關(guān)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(wú)窮大。在實(shí)踐中,10,000:1 CMRR 已經(jīng)被看作非常好了。這意味著(zhù)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(zhù)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(dòng)波時(shí),顯得尤為重要,這也是高壓差分探頭測量這類(lèi)信號時(shí)的難點(diǎn)。如圖1中,上管GS驅動(dòng)電壓很小,但是共模電壓很高,測量改點(diǎn)波形時(shí),對差分探頭的CMRR要求比較高,后續將會(huì )有實(shí)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(shí)踐中,在快速波形轉換之間通常會(huì )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(gè)差分輸入線(xiàn)非常長(cháng),常見(jiàn)的有50cm左右,如果差分探頭這個(gè)指標設計不好,那么測量的信號容易產(chǎn)生畸變。市場(chǎng)上不同廠(chǎng)家的差分探頭測出的結果可能不同,有的相差甚遠,這個(gè)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(chǎng)上各個(gè)廠(chǎng)家差別不大,一般也不會(huì )出問(wèn)題,所以這里就不一一介紹了。

      大家都知道,差分輸入線(xiàn)很長(cháng),就像兩根天線(xiàn)一樣,會(huì )吸收各種干擾,實(shí)驗證明,雙絞線(xiàn)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(shí)非常重要,當然雙絞線(xiàn)的使用會(huì )降低探頭的帶寬指標,不過(guò)影響不大。

以下圖20將證明雙絞線(xiàn)的作用:

20.jpg

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

 

八 .差分探頭測量時(shí)避免手等接觸差分輸入線(xiàn)

下圖21是用手接觸差分輸入線(xiàn)的影響

21.jpg

差分探頭總結如下:差分探頭是目前開(kāi)關(guān)電源中很常用的工具之一,滿(mǎn)足浮地測量要求和隔離的需要;測量大信號時(shí),只要探頭的畸變能力做的好,一般不會(huì )存在問(wèn)題;測量小信號時(shí),選用CMRR能力做得好的廠(chǎng)家,同時(shí)注意測量方法,比如雙絞線(xiàn)方法,能夠提供測量的準確性,CYBERTEK 生產(chǎn)的VP5000系列探頭基本滿(mǎn)足各種場(chǎng)合下的測量需求。

 

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