隔离示波器和差分探头的选择和区别

在电子测量领域，当示波器接入存在电势差的电路系统时，可能因设备内部短路或电势本身带来安全风险。技术人员和电子工程师在测量三相电、市电供电设备等场景中，常面临棘手问题——示波器各通道共地且连接电源，而被测体地线同样连接电源，此时该如何接地才能避免短路？
有人或许会提议断开示波器供电处的接地端，但这种做法会使探头夹子和示波器金属部位带电，带来触电隐患。针对此问题，通常有五种解决途径：使用带隔离通道的示波器、采用差分探头进行测量、运用A - B伪差分测法、实施浮地测量，以及通过隔离变压器为示波器电源供电。
带隔离通道的示波器，其通道之间相互独立，且与其他非隔离器件隔离。这类示波器常配备特制的无源探头，探头BNC接口处采用绝缘设计，可有效防止触电事故。隔离示波器通过隔离前端电路与AD及后续采集系统，在低压测量场景下优势显著，能保证信号高精度测量，失真度低。
差分探头则更适用于高压测量场景，具备极高的安全性。它能够优化测量质量，通过均衡测量输入电容，可安全测量电路中任意两点间的电压。与隔离示波器相比，二者主要区别体现在测试电压的准确性、波形还原度以及对测试噪声的抑制能力上。一般来说，高压环境优先选择差分探头，低压环境适合使用隔离示波器，但实际选择还需综合考虑具体测试环境。差分探头广泛应用于浮地电压测量、强电或高压隔离测量，以及开关电源、UPS电源、变频器等电力电子设备的设计与测试领域。
A - B伪差分测法是利用两个示波器通道，一个测量测试点“正极”，另一个测量“负极”，再借助示波器的数学运算功能将两个通道信号相减，从而得到所需波形。不过，该方法仅适用于共模信号幅度等于或低于差模信号，且共模成分主要为直流或50Hz低频电源线干扰的场景。
浮地测量是指不参考地电平的电压测量方式。实际上，所有电压测量本质都是测量两点间的电压差，即差分测量，只是分为参考地电平和非参考地电平两类。前文提到的断开示波器供电接地端或使用电池供电示波器的方法，都属于浮地测量。但这种方式存在诸多风险，不仅容易导致操作人员触电，还可能因示波器地电位高压浮动引发设备故障、造成测量误差。而使用隔离变压器为示波器电源供电，也是测量浮地电压的安全方案之一。隔离变压器没有直接到地的电阻路径，对于对泄漏电流敏感的应用场景较为合适，但该方案会增加成本，且隔离变压器体积较大，不利于便携使用。
以上便是隔离示波器和差分探头的选择要点与区别。若在实际应用中还有其他疑问，欢迎进一步交流探讨。

审核编辑 黄宇