高壓探頭和普通探頭的共地問題探究

在電子測量領(lǐng)域，探頭是連接被測電路與測量儀器（如示波器）的關(guān)鍵部件。其中，高壓探頭和普通探頭在功能、設(shè)計(jì)等方面存在諸多差異，而它們是否共地這一問題，對于正確、安全地進(jìn)行測量十分關(guān)鍵。

普通探頭的接地特性

大多數(shù)普通探頭，尤其是常見的無源探頭，其設(shè)計(jì)是基于單端輸入模式。在這種模式下，探頭有一個(gè)信號輸入端和一個(gè)接地端。普通示波器的所有通道一般是共地的，即它們的接地端在電氣上連接到示波器的同一個(gè)參考電位點(diǎn)，這個(gè)參考電位點(diǎn)通常與大地相連（通過示波器的三芯電源插頭的接地腳）。當(dāng)使用普通探頭測量信號時(shí)，必須將探頭的接地端與被測電路的地線相連，以建立一個(gè)公共的參考電位。例如，在測量一個(gè)簡單的直流電源輸出電壓時(shí)，將探頭的信號端接在電源的正極，接地端接在電源的負(fù)極（通常也是電路的地），這樣示波器才能準(zhǔn)確測量出相對于地的電壓值。如果不將普通探頭的接地端與被測電路的地相連，示波器與其他設(shè)備或大地間的電位差可能導(dǎo)致觸電，或損壞示波器、探頭及其他設(shè)備。并且，測量建立時(shí)間短的脈沖信號和高頻信號時(shí)，若探頭的接地導(dǎo)線過長，可能會引起振鈴或過沖等波形失真。因?yàn)檫^長的接地導(dǎo)線會形成較大的電感，與探頭的電容以及被測電路的分布參數(shù)相互作用，影響信號的傳輸和測量準(zhǔn)確性。

高壓探頭的接地情況

高壓單端探頭

高壓單端探頭在測量高壓信號時(shí)，其接地端同樣需要可靠接地。例如常見的用于電力系統(tǒng)監(jiān)測的高壓單端探頭，在測量高壓線路的電壓時(shí)，接地端必須與電力系統(tǒng)的接地網(wǎng)絡(luò)良好連接。其目的一是保障測試人員的安全，避免高壓觸電風(fēng)險(xiǎn)；二是為測量提供穩(wěn)定的參考電位。若接地不良，如接地電阻過大，在測量高壓信號時(shí)，會導(dǎo)致測量結(jié)果引入噪聲，嚴(yán)重時(shí)可能使測量數(shù)據(jù)完全失真。而且，由于高壓信號本身的特性，接地不良還可能引發(fā)電氣設(shè)備的損壞，甚至引發(fā)安全事故。在高頻測量時(shí)，高壓單端探頭對接地的要求更為嚴(yán)格，需要較低的接地電阻，以減輕噪音。比如在測量頻率大于 20MHz 的高壓信號時(shí)，探頭下端接地體要求更寬，或者對測量負(fù)載單獨(dú)接地，同時(shí)接地電纜要求盡可能短，以減少寄生電感。

高壓差分探頭

高壓差分探頭與普通探頭及高壓單端探頭在接地方式上有很大不同。它主要用于測量高壓系統(tǒng)中的差分電壓信號，其兩個(gè)輸入端都不接地，而是通過差分輸入方式測量兩個(gè)輸入信號之間的差值。例如在測量電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中功率器件的柵極驅(qū)動(dòng)電壓（Vgs）時(shí)，由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的工作電壓較高且存在復(fù)雜的電磁干擾，使用高壓差分探頭可以有效避免接地問題帶來的測量誤差和安全隱患。高壓差分探頭內(nèi)部采用特殊的絕緣材料和技術(shù)實(shí)現(xiàn)電氣隔離，并通過內(nèi)置的電阻網(wǎng)絡(luò)或放大器對信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋壤p和共模抑制處理。這使得它能夠在不依賴接地參考的情況下，準(zhǔn)確測量兩個(gè)信號之間的電壓差，從而實(shí)現(xiàn)對高壓差分信號的安全、精確測量。它可以直接測量電網(wǎng)的輸入等高壓信號，無需隔離被測電路或示波器，若換成普通無源探頭則十分危險(xiǎn)。

共地問題對測量的影響

普通探頭共地帶來的限制

由于普通探頭共地的特性，在一些情況下會對測量造成限制。當(dāng)測量差分信號（如 CAN 信號）時(shí)，差分信號本身是不共地的，如果使用兩個(gè)普通探頭分別測量差分信號的正端和負(fù)端，會導(dǎo)致差分信號的正端和負(fù)端通過探頭的接地端短路，從而使測量無法正常進(jìn)行，甚至可能損壞被測電路和探頭。在電源測試中，若同時(shí)測量電源原邊和副邊的電壓，由于原邊和副邊的地通常是隔離的，若使用普通探頭，將一根探頭接原邊的地，另一根接副邊的地，相當(dāng)于把電源的原邊和副邊的地短路在一起，這樣短路后的大電流就會燒壞電源產(chǎn)品、探頭，甚至損壞示波器。所以在這類情況下，普通探頭的共地特性成為了測量的阻礙。

高壓探頭避免共地問題的優(yōu)勢

高壓差分探頭由于不依賴接地參考進(jìn)行測量，很好地避免了上述共地帶來的問題。在測量高壓差分信號時(shí)，它能夠準(zhǔn)確測量信號的真實(shí)差值，不受共地干擾的影響。在測量電機(jī)控制器的三相輸出電壓之間的差值時(shí)，高壓差分探頭可以分別連接到不同的相線上，精確測量出相電壓之間的差值，為電機(jī)控制算法的優(yōu)化和故障診斷提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。在一些對測量精度要求極高的場合，如精密電源的研發(fā)測試中，高壓差分探頭的高共模抑制比能夠有效抑制共模干擾，從而更準(zhǔn)確地測量差分信號，保證了測量結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。

總的來說，普通探頭一般是共地的，而高壓差分探頭不依賴接地參考，高壓單端探頭需可靠接地。你在實(shí)際使用中遇到了哪種探頭的接地困惑，或者對文中的哪種測量場景更感興趣呢？不妨分享下，我們可以繼續(xù)探討。

以上內(nèi)容由普科科技/PRBTEK整理分享， 西安普科電子科技有限公司致力于示波器測試附件配件研發(fā)、生產(chǎn)、銷售，涵蓋產(chǎn)品包含電流探頭、差分探頭、高壓探頭、無源探頭、羅氏線圈、電流互感器、射頻測試線纜及測試附件線等。旨在為用戶提供高品質(zhì)的探頭附件，打造探頭附件國產(chǎn)化知名品牌。更多信息，歡迎登陸官方網(wǎng)站進(jìn)行咨詢：http://www.jmcsled.cn/