认识差分探头
一、前言
我们都知道使用示波器，就必须使用探针
由于半导体组件的速度愈来愈快，受测电路的讯号自然愈来愈高速化。今天要正确地从受测电路检出讯号，并传送到示波器的输入端。而又不影响受测
电路的正常运转，**不是一件容易的事情。使用正确的探棒是一个关键。若
探针选用不当，即使购买再昂贵的示波器，也无济于事。现在市面上有许多种
类的探棒可以帮助使用者在各种不同条件下完成电路检测的工作，差动探棒就
是其中一类。
差动探针早期主要是用来量测电力系统，电力转换器及转换式电源供应
器。所量测的讯号通常都是相当大的浮动讯号，从数十伏到数仟伏。近年来由
于数字电路的高速化，数字设计及数字传输中大量使用差动讯号，因而出现新
型的低压高速差动探针。它的量测范围很小。只有几伏甚至零点几伏，但频宽
很宽，可高达数
GHz
。在现代的示波器量测中，不管是高压型差动探针，或是
高速型差动探针，在他们各自的领域中，都是不可或缺的。
二、示波器探棒的选择
-
电力差动讯号
在电力电子电路中，通常有许多相当大的浮动讯号，图二是一个典型的交换式电源供应器
(Switching Power)
的电力电路，我们可以将它以
Vd(
差动讯号
)
，
VCM(
共模讯号
)
及
VLINE (
电源讯号
)
来表示。
当我们用示波器观测电力电子电路讯号时，如果使用单端探棒，将造成短
路，损坏待测物及测试设备，甚至造成测量人员触电等
(
图三
)
。
电路与示波器的接地端形成短路回路，所以有
些量测人员便将示波器的电源接地拆掉，浮接示波器，来避免短路回路的形成
(
图四
)
，但是，这样就可以解决我们在电力电子电路的量测问题了吗？让我们就这
样的方式来讨论：
图四显示，即便将示波器电源接地切断，当我使用多通道量测非共地电路
时，在不同通道单端探棒的接地端，仍然会形成短路回路，造成待测电路或测
试设备损坏，同时，在测试设备的接地端，如示波器机壳，
BNC
接头探棒的接地线等，将会存在
VLine
或
VLine+VCM
相当大的浮动电压，一不小心就容易造**员触电或损坏电路及设备，严重威胁您的生命及财产**。
如果我们浮接示波器，并只用单一探棒，谨慎地避免接触到任何接地端
(
图
五
)
，这样，就可以解决我们在电力电子电路的量测需求了吗？恐怕没有那么简单喔！
事实上，即使我们将示波器的接地线切断，在示波器对地之间，仍然存在一个电容效应，而探棒的隔离网状接地线可视为一电感（图五），以交换式电源
供应器为例，
Vd
与
VCM
为快速切换讯号，当我们以单端探棒量测
Vd
讯号时，
VCM
的高速
Switching
讯号将会经由
L
、
C
对地振荡产生
Ringing
讯号，并在
VL
二端产生电压降，所以在示波器的输入讯号端会得到正常的
Vd
讯号加上受干扰
的
VL
讯号
(
图六
)
有一个简单的测试方法可以检视存在于探捧接地线上
VL
的干扰讯号：
将探棒的两端，一起接在
Vd
与
VCM
之间的同一点上
(
如图七
),
在示波器的
输入端可测得
VCM
＋
VLine
经
L.C.
振荡后存在
L
上的干扰讯号
VL
。
也有人尝试在待测电路端加上电源隔离变压器
(
图八
)
。
如图八所示
,
加了隔离变压器之后，虽然切断了
VLine
可免除触电的危险，
但是在
LC
振荡之后，仍然会在探棒产生干扰讯号
VL
，除此之外，加上隔离变
压器还会改变了待测电路输入电力线的条件与特性，当我们要做电力谐波分析、功率量测，
EMI
、
EMC
测试时，也会造成量测误差。
综合以上几点的说明得知，当我们在进行电力电子电路的量测时，差动式
探棒可说是必备工具之一，兹将使用单端探棒与差动式探棒量测电力电子电路
应用列表如下：