本文来源：横河测试测量 公众号  作者：YOKOGAWA 沙晨阳

示波器作为通用的测量仪器，它的使用离不开与之相配套的探头，而面对种类繁多的探头，如何合适的选择和正确的使用决定了是否能够准确安全可靠的测量测试。本篇文章就示波器探头的选择和使用展开论述。

接地信号的测量

对于接地信号的测量，通常使用横河示波器配套的无源探头701937或701939，即可应对大部分的测量情况。但在使用时应注意探头的接地情况。

首先不应随意更换探头自带的接地线，避免接地线连接不良而引入工频噪声，同时其自带的较短的接地线也避免了接地线过长而产生寄生电感，影响高频测量使波形失真。

其次被测信号的参考地须和示波器是共地的，且尽可能和示波器是单点接地的，避免过长的地环路引入的寄生电感，对高频信号测量的影响。

差分信号的测量

提到差分信号的测量，我们第一时间想到的会是使用差分探头进行测量。差分探头无疑是测量差分信号的最优选择，但在实际使用时，有一部分用户会拔去示波器接地端，通过浮地的方法测量——这种方法是绝对禁止!

姑且不说这种测量对可靠性的影响（较高频的测量时,可能会存在较大的寄生电容,使波形失真），它本身就不符合仪器的安规要求！不仅可能对示波器造成不可逆的损坏，更会对操作人员产生潜在危险，实际上我们也收到了不少由于示波器未接地或是接地不良而导致示波器基板烧坏的故障报告。

示波器USB通信接口烧坏

因此差分信号的测量还是需要用到差分探头，如横河701977系列的差分探头测量高压差分信号或是横河701925差分探头测量高速差分信号。除了使用差分探头测量，我们还可以使用两个无源探头测量差分信号，这种方法可行但也是不推荐的，详见下文。

双无源探头

测量差分信号

我们可以调用示波器的函数功能，参数选择S1(CH1)-S2(CH2)，将两个同型号的无源探头接至被测的两个测试点和示波器的CH1、CH2——使用这种测量方法的两个测试点必须是参考地电平的，因此无源探头的接地须参照前文提到的接地方法。

通过这种方法可以得到一个经过函数运算的波形，该波形即为此方法测得的差分信号的波形。显而易见，这种方法需要占用示波器的两个通道，且会受到较大的共模噪声的影响。

这里采用上述的测量方法，将两个全新的701937无源探头的输入端均接至同一个标准信号源的输出端，标准信号源输出0V，我们可以看到示波器上经过运算显示的是一个1.90V基准噪声的信号。

标准源输出0V时经示波器运算的波形（红色）

当我们将标准信号源输出一个220V 60Hz的正弦波，我们可以看到示波器上显示的波形除了基准噪声还叠加了一个60Hz的正弦波，使噪声上升至2.73V。

标准源输出220V60Hz时经示波器运算的波形（红色）

这个正弦波噪声的源头正是源于两个无源探头之间的差异以及示波器通道之间的差异，而这就是通过上述方式测得的共模噪声：

令该方法测得的差分信号：

那么这种方法产生的共模噪声抑制比：

这还是在较为理想的状态下，使用两个全新的同型号无源探头测量低频的信号，若是使用老旧的同型号无源探头或是测量高频信号，则共模噪声往往会远高于上述值，因此共模噪声抑制比也会远低于上述值。

共模噪声抑制比(CMRR）

差分探头和其他探头相比，有一个独有的参数，那就是共模噪声抑制比(CMRR)。

共模噪声抑制比即差模信号与共模噪声的比值，它反应了差分探头对共模信号的抑制能力，这个数值越大，就说明探头对共模信号的抑制能力越好。

在差分测量中我们需要得到的是被测信号的差分成分，需要抑制的是被测信号的共模成分，因此测量差分信号时测得的共模成分自然是我们不需要的，那么它自然而然的就成为了噪声成分。

差分探头的设计使差分信号的两个测量回路尽可能地成为镜像，虽然镜像的电路不可避免仍存在差异，因此共模噪声的存在也不可避免，但是差分探头的共模噪声也要远小于前文中使用两个无源探头测量差分信号的共模噪声。

以701977和701978为例，它们在60Hz时的共模噪声抑制比可达到80dB（注：许多厂家标注产品该参数时习惯于定义为共模噪声与差模信号的比值，与通常的定义不同，因此会有负号，本质上没有区别），换算成比值的形式为10000，即测得的差模信号为共模噪声的一万倍，而实测值往往要比这个标定的数值还要高，基本上可以忽略共模噪声对差分信号的影响。

正是由于良好的共模噪声抑制比，因此像701977和701978这样的差分探头是测量差分信号的最佳选择，同样也可用于接地信号的测量，使用差分探头测量接地信号还会避免地环路对测量结果的影响。

701977、701978规格参数

总 结

测量接地信号时需注意探头的良好接地，且尽可能缩短地环路来避免对高频信号测量的影响；测量差分信号时，差分探头无疑是最佳选择，在测量低频信号或是对测量波形的质量要求不高时，也可以使用两个同型号的无源探头的测量方法，但无论何时都必须确保示波器的接地良好。

关键词:示波器 探头 横河测试测量

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编辑：清风

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