高壓差分探頭差分放大原理是指一對信號同時輸入到放大電路中，然后相減，得到原始信號。差分放大器是由兩個參數特性相同的晶體管用直接耦合方式構成的放大器。若兩個輸入端上分別輸入大小相同且相位相同的信號時，輸出為零，從而克服零點漂移。

高壓差分探頭可將任意間的兩點浮接信號，轉換成對地的信號，以供應示波器、電表、或計算機使用，非常多的電路，尤其是電機電路，含有直流抵補（DC OFFSET） 或交流抵補（AC OFFEST）甚至完全沒有對地回路，此時冒然使用示波器將造成觸電，或損壞示波器，或造成電線走火，此時唯有使用差分探頭才是較好的選擇。

常見的差分探頭中有一類是針對低壓信號的，在高速的數字電路中這種差分信號比較常見，這一類差分探頭的測量電壓常見的幅值是±8V，帶寬一般在1GHz以上；另一類是專門針對高壓測量的，測量電壓高達上KV，在開關電源測量中這種差分信號比較常見，這類差分探頭叫高壓差分探頭，測量電壓一般在KV級別，帶寬在20MHz—100MHz范圍內比較常見。

差分探頭主要是針對浮地系統的測量，電源系統測試中經常要求測量三相供電中的火線與火線，或者火線與零（中）線的相對電壓差，很多用戶直接使用單端探頭測量兩點電壓，導致探頭燒毀的現象時有發生。這是因為：大多數示波器的“信號公共線”終端與保護性接地系統相連接，通常稱之為“接地”。

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