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接地參考示波器的浮動量測技術介紹(分析篇)

桐人控 | 2023-05-03 14:14:44 | 巴幣 2 | 人氣 289

本文接續「應用篇」進一步探討所述五種浮動量測技術其電學特性、優點、缺點與適合應用的量測環境如下:


隔離輸入示波器量測
優點:安全可靠又可減少額外使用差動式探棒的麻煩(放大器需要額外提供電力),加上內部電路隔離絕緣避免串擾(crosstalk)。
缺點:因已將接地隔離絕緣,因此需要額外連接參考位準至待測電路才能提供均衡的浮動量測,另外少了接地分流而量測室內配線等交流電路時可能增加基線雜訊(視機型有提供平均擷取模式可改善)。

差動式探棒量測
優點:安全可靠。運用特殊分壓電阻與電容器達到均衡的浮動量測,共模拒斥比(CMRR)性能特別好,且支援的額定電壓範圍寬廣(從mV級到50kVp-p級)。
缺點:仍有一條接地參考電阻(電流為nA級到數百pA級),不適用某些對於洩漏電流靈敏的待測電路(負載效應)。放大器需要額外提供電力(雖然某些機型可使用電池供應電力但有續航力限制)。

虛差動量測
優點:多數機型與被動式探棒均可達成。
缺點:不適用於浮動電路系統(例如:電池供應電力的待測電路)且同時需要使用兩個通道之外,受到示波器通道動態範圍限制:共模(common-mode signal)範圍相當小,因此僅適用於共模訊號與差模訊號(differential signal)接近或小於的場合,且共模訊號為直流或低頻(100Hz)以下為宜。

電壓隔離器量測
優點:安全可靠。因無接地洩漏電流路徑可避免待測電路的負載效應。
缺點:使用電壓隔離器務必注意其電磁干擾(electromagnetic interference)與電磁相容性(electromagnetic compatibility)議題。

浮動接地示波器(生命安全危害風險)
優點:移除接地線即可操作卻相當危險。
缺點:除了可能產生感觸電的風險,機殼經常帶電也容易導致示波器內部精密電子零件或隔離絕緣材料受損或失效,且造成與接地之間產生嚴重的雜散電容(parasitic capacitance),在較高頻率(MHz級以上)的電路運作之下可能改變其振鈴(ringing)特性,輕者造成量測結果誤差過大,重者損壞邏輯閘(logic gate)等電路。在交換式電源量測操作時可能產生電弧放電(arc discharge),而且直流電電弧又比交流電更危險(交流電有零交越點電弧發生時間較短容易消弧)。


為了生命安全除了避免浮動接地示波器之外,建議依照待測電路系統的浮動與否、電壓電流、阻抗匹配、訊號頻率、精度要求與預算成本等實驗與測試條件,採用適合且安全的量測技術為宜。


振鈴特性

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