模擬示波器差分探頭在實驗中的使用方法

差分探頭是測量浮地信號或高共模電壓信號的關鍵工具，尤其在模擬示波器中，它能有效隔離地環(huán)路干擾，確保信號測量的準確性。以下是差分探頭的使用步驟和注意事項：

一、差分探頭的核心作用

1. 抑制共模噪聲：
   差分探頭通過測量兩個輸入端之間的電壓差（$V_{\text{diff}}=V_{+}?V_{?}$），有效消除共模電壓（如電源噪聲、地環(huán)路干擾）。

2. 測量浮地信號：
   允許直接測量與示波器地隔離的信號源（如電池供電設備、浮地電路），避免接地短路風險。

二、使用步驟

1. 連接探頭

• 輸入端連接：
  將差分探頭的兩個輸入端（$V_{+}$ 和 $V_{?}$）分別連接到被測信號的兩個節(jié)點。
  • 示例：測量浮地電源的輸出電壓時，$V_{+}$ 接正極，$V_{?}$ 接負極。
• 輸出端連接：
  將探頭的輸出端（通常為BNC接口）連接到模擬示波器的輸入通道。

2. 設置示波器

• 垂直靈敏度：
  根據(jù)信號幅度調整示波器的垂直靈敏度（如50 mV/div或1 V/div）。

• 耦合方式：
  選擇DC耦合（適用于直流或低頻信號）或AC耦合（適用于高頻信號，需確保信號直流分量不影響測量）。

3. 調整探頭增益

• 增益匹配：
  差分探頭通常具有可調增益（如1:1、10:1、100:1），需根據(jù)信號幅度選擇合適的增益檔位。
  • 示例：若信號幅度為10 Vpp，選擇10:1增益，示波器顯示的幅度為1 Vpp。

4. 校準與補償

• 校準：
  使用探頭自帶的校準信號（通常為1 kHz方波）進行校準，確保示波器顯示的波形幅度準確。

• 補償：
  調整探頭上的補償電容，使示波器顯示的方波波形無過沖或傾斜。

三、實驗中的典型應用

1. 測量浮地電源

• 場景：測量電池供電設備的輸出電壓，設備地與示波器地隔離。
• 連接：
  $V_{+}$ 接電源正極，$V_{?}$ 接電源負極，示波器顯示電源的差分電壓。

2. 抑制共模噪聲

• 場景：測量高頻信號（如開關電源輸出），存在嚴重的電源噪聲干擾。
• 效果：差分探頭可消除共模噪聲，僅保留差分信號。

3. 測量差分信號

• 場景：測量RS-485總線、CAN總線等差分信號。
• 連接：
  $V_{+}$ 接A線，$V_{?}$ 接B線，示波器顯示差分電壓波形。

四、注意事項

1. 帶寬匹配

• 帶寬限制：
  差分探頭的帶寬需與被測信號頻率匹配。
  • 示例：測量10 MHz信號時，需使用至少30 MHz帶寬的差分探頭。

2. 共模電壓范圍

• 限制：
  差分探頭有最大共模電壓限制（如±200 V）。
  • 操作：確保共模電壓不超過探頭額定值，否則可能損壞探頭。

3. 接地問題

• 浮地測量：
  差分探頭允許浮地測量，但需確保信號源與示波器地完全隔離。
  • 示例：測量電池供電電路時，避免將示波器地線與電池地線連接。

4. 探頭負載效應

• 影響：
  差分探頭的輸入阻抗（如1 MΩ）會引入負載效應，需確保探頭對被測電路的影響可忽略。

五、與單端探頭的對比

六、總結

• 核心優(yōu)勢：
  差分探頭通過差分輸入和共模抑制，解決了浮地信號測量和共模噪聲干擾的問題。

• 使用要點：

  1. 正確連接探頭輸入端和輸出端。
  2. 根據(jù)信號幅度選擇合適的增益檔位。
  3. 校準和補償探頭，確保測量精度。
  4. 注意帶寬和共模電壓限制。

• 適用場景：
  浮地電源測量、差分信號測量、高頻噪聲抑制等。