本文來源：橫河測試測量 公眾號 作者：YOKOGAWA 沙晨陽
示波器作為通用的測量儀器，它的使用離不開與之相配套的探頭，而面對種類繁多的探頭，如何合適的選擇和正確的使用決定了是否能夠準(zhǔn)確安全可靠的測量測試。本篇文章就示波器探頭的選擇和使用展開論述。
接地信號的測量
對于接地信號的測量，通常使用橫河示波器配套的無源探頭701937或701939，即可應(yīng)對大部分的測量情況。但在使用時(shí)應(yīng)注意探頭的接地情況。
首先不應(yīng)隨意更換探頭自帶的接地線，避免接地線連接不良而引入工頻噪聲，同時(shí)其自帶的較短的接地線也避免了接地線過長而產(chǎn)生寄生電感，影響高頻測量使波形失真。
其次被測信號的參考地須和示波器是共地的，且盡可能和示波器是單點(diǎn)接地的，避免過長的地環(huán)路引入的寄生電感，對高頻信號測量的影響。
差分信號的測量
提到差分信號的測量，我們第一時(shí)間想到的會是使用差分探頭進(jìn)行測量。差分探頭無疑是測量差分信號的最優(yōu)選擇，但在實(shí)際使用時(shí)，有一部分用戶會拔去示波器接地端，通過浮地的方法測量——這種方法是絕對禁止!
姑且不說這種測量對可靠性的影響（較高頻的測量時(shí),可能會存在較大的寄生電容,使波形失真），它本身就不符合儀器的安規(guī)要求！不僅可能對示波器造成不可逆的損壞，更會對操作人員產(chǎn)生潛在危險(xiǎn)，實(shí)際上我們也收到了不少由于示波器未接地或是接地不良而導(dǎo)致示波器基板燒壞的故障報(bào)告。
示波器USB通信接口燒壞
因此差分信號的測量還是需要用到差分探頭，如橫河701977系列的差分探頭測量高壓差分信號或是橫河701925差分探頭測量高速差分信號。除了使用差分探頭測量，我們還可以使用兩個無源探頭測量差分信號，這種方法可行但也是不推薦的，詳見下文。
雙無源探頭
測量差分信號
我們可以調(diào)用示波器的函數(shù)功能，參數(shù)選擇S1(CH1)-S2(CH2)，將兩個同型號的無源探頭接至被測的兩個測試點(diǎn)和示波器的CH1、CH2——使用這種測量方法的兩個測試點(diǎn)必須是參考地電平的，因此無源探頭的接地須參照前文提到的接地方法。
通過這種方法可以得到一個經(jīng)過函數(shù)運(yùn)算的波形，該波形即為此方法測得的差分信號的波形。顯而易見，這種方法需要占用示波器的兩個通道，且會受到較大的共模噪聲的影響。
這里采用上述的測量方法，將兩個全新的701937無源探頭的輸入端均接至同一個標(biāo)準(zhǔn)信號源的輸出端，標(biāo)準(zhǔn)信號源輸出0V，我們可以看到示波器上經(jīng)過運(yùn)算顯示的是一個1.90V基準(zhǔn)噪聲的信號。
標(biāo)準(zhǔn)源輸出0V時(shí)經(jīng)示波器運(yùn)算的波形（紅色）
當(dāng)我們將標(biāo)準(zhǔn)信號源輸出一個220V 60Hz的正弦波，我們可以看到示波器上顯示的波形除了基準(zhǔn)噪聲還疊加了一個60Hz的正弦波，使噪聲上升至2.73V。
標(biāo)準(zhǔn)源輸出220V60Hz時(shí)經(jīng)示波器運(yùn)算的波形（紅色）
這個正弦波噪聲的源頭正是源于兩個無源探頭之間的差異以及示波器通道之間的差異，而這就是通過上述方式測得的共模噪聲：
令該方法測得的差分信號：
那么這種方法產(chǎn)生的共模噪聲抑制比：
這還是在較為理想的狀態(tài)下，使用兩個全新的同型號無源探頭測量低頻的信號，若是使用老舊的同型號無源探頭或是測量高頻信號，則共模噪聲往往會遠(yuǎn)高于上述值，因此共模噪聲抑制比也會遠(yuǎn)低于上述值。
共模噪聲抑制比(CMRR）
差分探頭和其他探頭相比，有一個獨(dú)有的參數(shù)，那就是共模噪聲抑制比(CMRR)。
共模噪聲抑制比即差模信號與共模噪聲的比值，它反應(yīng)了差分探頭對共模信號的抑制能力，這個數(shù)值越大，就說明探頭對共模信號的抑制能力越好。
在差分測量中我們需要得到的是被測信號的差分成分，需要抑制的是被測信號的共模成分，因此測量差分信號時(shí)測得的共模成分自然是我們不需要的，那么它自然而然的就成為了噪聲成分。
差分探頭的設(shè)計(jì)使差分信號的兩個測量回路盡可能地成為鏡像，雖然鏡像的電路不可避免仍存在差異，因此共模噪聲的存在也不可避免，但是差分探頭的共模噪聲也要遠(yuǎn)小于前文中使用兩個無源探頭測量差分信號的共模噪聲。
以701977和701978為例，它們在60Hz時(shí)的共模噪聲抑制比可達(dá)到80dB（注：許多廠家標(biāo)注產(chǎn)品該參數(shù)時(shí)習(xí)慣于定義為共模噪聲與差模信號的比值，與通常的定義不同，因此會有負(fù)號，本質(zhì)上沒有區(qū)別），換算成比值的形式為10000，即測得的差模信號為共模噪聲的一萬倍，而實(shí)測值往往要比這個標(biāo)定的數(shù)值還要高，基本上可以忽略共模噪聲對差分信號的影響。
正是由于良好的共模噪聲抑制比，因此像701977和701978這樣的差分探頭是測量差分信號的最佳選擇，同樣也可用于接地信號的測量，使用差分探頭測量接地信號還會避免地環(huán)路對測量結(jié)果的影響。
701977、701978規(guī)格參數(shù)
總 結(jié)
測量接地信號時(shí)需注意探頭的良好接地，且盡可能縮短地環(huán)路來避免對高頻信號測量的影響；測量差分信號時(shí)，差分探頭無疑是最佳選擇，在測量低頻信號或是對測量波形的質(zhì)量要求不高時(shí)，也可以使用兩個同型號的無源探頭的測量方法，但無論何時(shí)都必須確保示波器的接地良好。
