差分探頭，Differential Probes，是探頭的一種，差分探頭是利用差分放大原理設(shè)計(jì)出來(lái)的示波器探頭。

差分探頭主要是針對(duì)浮地系統(tǒng)的測(cè)量。

差分探頭可將任意間的兩點(diǎn)浮接信號(hào)，轉(zhuǎn)換成對(duì)地的信號(hào)，以供應(yīng)示波器、電表、或計(jì)算機(jī)使用。非常多的電路，尤其是電機(jī)電路，含有直流抵補(bǔ)(DC OFFSET) 或交流抵補(bǔ)(AC OFFEST)甚至完全沒(méi)有對(duì)地回路，此時(shí)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(shí)唯有使用差分探頭才是最好的選擇。

電源系統(tǒng)測(cè)試中經(jīng)常要求測(cè)量三相供電中的火線與火線，或者火線與零（中）線的相對(duì)電壓差，很多用戶直接使用單端探頭測(cè)量?jī)牲c(diǎn)電壓，導(dǎo)致探頭燒毀的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。這是因?yàn)椋捍蠖鄶?shù)示波器的“信號(hào)公共線”終端與保護(hù)性接地系統(tǒng)相連接，通常稱之為“接地”。這樣做的結(jié)果是：所有施加到示波器上，以及由示波器提供的信號(hào)都具有一個(gè)公共的連接點(diǎn)。該公用連接點(diǎn)通常是示波器機(jī)殼通過(guò)使用交流電源設(shè)備電源線中的第三根導(dǎo)線地線，將探頭地線連到一個(gè)測(cè)試點(diǎn)上。如果這時(shí)使用單端探頭測(cè)量，那么單端探頭的地線與供電線直接相連，后果必然是短路。這種情況下，我們需要差分探頭進(jìn)行浮地測(cè)量。

差分探頭工作原理及用途

差分探頭主要用于觀測(cè)差分信號(hào)。差分信號(hào)是相互參考、而不是以地作為參考點(diǎn)的信號(hào)。普通的單端探頭也可以測(cè)量差分信號(hào)，但得到的信號(hào)與實(shí)際信號(hào)相差很大，有可能出現(xiàn)“地彈”現(xiàn)象。

差分放大原理是指一對(duì)信號(hào)同時(shí)輸入到放大電路中，然后相減，得到原始信號(hào)。差分放大器是由兩個(gè)參數(shù)特性相同的晶體管用直接耦合方式構(gòu)成的放大器。若兩個(gè)輸入端上分別輸入大小相同且相位相同的信號(hào)時(shí)，輸出為零，從而克服零點(diǎn)漂移。

常見(jiàn)的差分探頭中有一類是針對(duì)低壓信號(hào)的，在高速的數(shù)字電路中這種差分信號(hào)比較常見(jiàn)，這一類差分探頭的測(cè)量電壓常見(jiàn)的幅值是±8V，帶寬一般在1GHz以上；另一類是專門針對(duì)高壓測(cè)量的，測(cè)量電壓高達(dá)上KV，在開(kāi)關(guān)電源測(cè)量中這種差分信號(hào)比較常見(jiàn)，這類差分探頭叫高壓差分探頭，測(cè)量電壓一般在KV級(jí)別，帶寬在20MHz—100MHz范圍內(nèi)比較常見(jiàn)。

差分探頭3大重要指標(biāo)：

帶寬 (通用)：所有探頭都有帶寬。探頭的帶寬是指探頭響應(yīng)導(dǎo)致輸出幅度下降到70.7%(-3 dB)的頻率。在選擇示波器和示波器探頭時(shí)，要認(rèn)識(shí)到帶寬在許多方面影響著測(cè)量精度。在幅度測(cè)量中，隨著正弦波頻率接近帶寬極限，正弦波的幅度會(huì)變得日益衰減。在帶寬極限上，正弦波的幅度會(huì)作為實(shí)際幅度的70.7% 進(jìn)行測(cè)量。因此，為實(shí)現(xiàn)最大的幅度測(cè)量精度，必需選擇帶寬比計(jì)劃測(cè)量的最高頻率波形高幾倍的示波器和探頭。這同樣適用于測(cè)量波形上升時(shí)間和下降時(shí)間。波形轉(zhuǎn)換沿(如脈沖和方形波邊沿)是由高頻成分組成的。帶寬極限使這些高頻成分發(fā)生衰減，導(dǎo)致顯示的轉(zhuǎn)換慢于實(shí)際轉(zhuǎn)換速度。為精確地測(cè)量上升時(shí)間和下降時(shí)間，使用的測(cè)量系統(tǒng)必需使用擁有充足的帶寬，可以保持構(gòu)成波形上升時(shí)間和下降時(shí)間的高頻率成份。最常見(jiàn)的情況下，使用測(cè)量系統(tǒng)的上升時(shí)間時(shí)，系統(tǒng)的上升時(shí)間一般應(yīng)該比要測(cè)量的上升時(shí)間快4-5 倍。在開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域，一般50MHz的帶寬就基本夠用了。

CMRR (共模抑制比)：共模抑制比(CMRR)是指差分探頭在差分測(cè)量中抑制兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)共模信號(hào)信號(hào)的能力。這是差分探頭的關(guān)鍵指標(biāo)，其公式為：CMRR = |Ad/Ac|。其中：Ad = 差分信號(hào)的電壓增益。Ac = 共模信號(hào)的電壓增益。在理想情況下，Ad 應(yīng)該很大，而Ac 則應(yīng)該等于0，因此CMRR無(wú)窮大。在實(shí)踐中，10,000:1 的CMRR 已經(jīng)被看作非常好了。這意味著將抑制5 V 的共模輸入信號(hào)，使其在輸出上顯示為0.5 毫伏。由于CMRR 隨著頻率提高而下降，因此指定CMRR 的頻率與CMRR 值一樣重要。CMRR對(duì)于測(cè)量全橋或者半橋電路的上管驅(qū)動(dòng)波時(shí)，顯得尤為重要，這也是高壓差分探頭測(cè)量這類信號(hào)時(shí)的難點(diǎn)。

畸變：畸變是輸入信號(hào)預(yù)計(jì)響應(yīng)或理想響應(yīng)的任何幅度偏差。在實(shí)踐中，在快速波形轉(zhuǎn)換之間通常會(huì)立即發(fā)生畸變，其表現(xiàn)為所謂的“減幅振蕩”。差分探頭的兩個(gè)差分輸入線非常長(zhǎng)，常見(jiàn)的有50cm左右，如果差分探頭這個(gè)指標(biāo)設(shè)計(jì)不好，那么測(cè)量的信號(hào)容易產(chǎn)生畸變。市場(chǎng)上不同廠家的差分探頭測(cè)出的結(jié)果可能不同，有的相差甚遠(yuǎn)，這個(gè)指標(biāo)就是其中原因之一。

當(dāng)然差分探頭還有輸入阻抗，輸入電容，精度，衰減系數(shù)等指標(biāo)，市場(chǎng)上各個(gè)廠家差別不大，一般也不會(huì)出問(wèn)題，所以這里就不一一介紹了。

審核編輯 黃宇