什么是差分探头？差分探头的工作原理及用途介绍

差分探头，Differential Probes，是探头的一种，差分探头是利用差分放大原理设计出来的示波器探头。

差分探头主要是针对浮地系统的测量。

差分探头可将任意间的两点浮接信号，转换成对地的信号，以供应示波器、电表、或计算机使用。非常多的电路，尤其是电机电路，含有直流抵补(DC OFFSET) 或交流抵补(AC OFFEST)甚至完全没有对地回路，此时冒然使用示波器将造成触电，或损坏示波器，或造成电线走火，此时唯有使用差分探头才是最好的选择。

电源系统测试中经常要求测量三相供电中的火线与火线，或者火线与零（中）线的相对电压差，很多用户直接使用单端探头测量两点电压，导致探头烧毁的现象时有发生。这是因为：大多数示波器的“信号公共线”终端与保护性接地系统相连接，通常称之为“接地”。这样做的结果是：所有施加到示波器上，以及由示波器提供的信号都具有一个公共的连接点。该公用连接点通常是示波器机壳通过使用交流电源设备电源线中的第三根导线地线，将探头地线连到一个测试点上。如果这时使用单端探头测量，那么单端探头的地线与供电线直接相连，后果必然是短路。这种情况下，我们需要差分探头进行浮地测量。

差分探头工作原理及用途

差分探头主要用于观测差分信号。差分信号是相互参考、而不是以地作为参考点的信号。普通的单端探头也可以测量差分信号，但得到的信号与实际信号相差很大，有可能出现“地弹”现象。

差分放大原理是指一对信号同时输入到放大电路中，然后相减，得到原始信号。差分放大器是由两个参数特性相同的晶体管用直接耦合方式构成的放大器。若两个输入端上分别输入大小相同且相位相同的信号时，输出为零，从而克服零点漂移。

常见的差分探头中有一类是针对低压信号的，在高速的数字电路中这种差分信号比较常见，这一类差分探头的测量电压常见的幅值是±8V，带宽一般在1GHz以上；另一类是专门针对高压测量的，测量电压高达上KV，在开关电源测量中这种差分信号比较常见，这类差分探头叫高压差分探头，测量电压一般在KV级别，带宽在20MHz—100MHz范围内比较常见。

差分探头3大重要指标：

带宽 (通用)：所有探头都有带宽。探头的带宽是指探头响应导致输出幅度下降到70.7%(-3 dB)的频率。在选择示波器和示波器探头时，要认识到带宽在许多方面影响着测量精度。在幅度测量中，随着正弦波频率接近带宽极限，正弦波的幅度会变得日益衰减。在带宽极限上，正弦波的幅度会作为实际幅度的70.7% 进行测量。因此，为实现最大的幅度测量精度，必需选择带宽比计划测量的最高频率波形高几倍的示波器和探头。这同样适用于测量波形上升时间和下降时间。波形转换沿(如脉冲和方形波边沿)是由高频成分组成的。带宽极限使这些高频成分发生衰减，导致显示的转换慢于实际转换速度。为精确地测量上升时间和下降时间，使用的测量系统必需使用拥有充足的带宽，可以保持构成波形上升时间和下降时间的高频率成份。最常见的情况下，使用测量系统的上升时间时，系统的上升时间一般应该比要测量的上升时间快4-5 倍。在开关电源领域，一般50MHz的带宽就基本够用了。

CMRR (共模抑制比)：共模抑制比(CMRR)是指差分探头在差分测量中抑制两个测试点共模信号信号的能力。这是差分探头的关键指标，其公式为：CMRR = |Ad/Ac|。其中：Ad = 差分信号的电压增益。Ac = 共模信号的电压增益。在理想情况下，Ad 应该很大，而Ac 则应该等于0，因此CMRR无穷大。在实践中，10,000:1 的CMRR 已经被看作非常好了。这意味着将抑制5 V 的共模输入信号，使其在输出上显示为0.5 毫伏。由于CMRR 随着频率提高而下降，因此指定CMRR 的频率与CMRR 值一样重要。CMRR对于测量全桥或者半桥电路的上管驱动波时，显得尤为重要，这也是高压差分探头测量这类信号时的难点。

畸变：畸变是输入信号预计响应或理想响应的任何幅度偏差。在实践中，在快速波形转换之间通常会立即发生畸变，其表现为所谓的“减幅振荡”。差分探头的两个差分输入线非常长，常见的有50cm左右，如果差分探头这个指标设计不好，那么测量的信号容易产生畸变。市场上不同厂家的差分探头测出的结果可能不同，有的相差甚远，这个指标就是其中原因之一。

当然差分探头还有输入阻抗，输入电容，精度，衰减系数等指标，市场上各个厂家差别不大，一般也不会出问题，所以这里就不一一介绍了。

审核编辑 黄宇