示波器的安全連接及浮地測(cè)量

 關(guān)于接地，有三個(gè)著名的小眾名言，其中之一是SI之父說(shuō)的，“忘記地，記住那是信號(hào)回路”;另外一個(gè)是我們的一位ScopeArt先生說(shuō)的，“對(duì)于使用單端探頭測(cè)量，要努力地尋找干凈的地”;第三個(gè)名言是工程師們的口頭禪，“接地是永恒的話題”。本文作者陳曦先生來(lái)自于全球照明行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者Philips Lighting，他的文章顯示了他的積累。陳君對(duì)于儀器該怎樣接地才是安全的給出了模型上的分析，一目了然。我今天重新讀了之后，感覺(jué)到針對(duì)每種圖形的文字解釋少了點(diǎn)，但轉(zhuǎn)念一想這樣也好，可以引導(dǎo)您仔細(xì)地想一想這些圖形的含義。

一點(diǎn)小遺憾是，作者最后給出了一個(gè)非常重要的經(jīng)驗(yàn)性結(jié)論：“在我們?nèi)粘５臏y(cè)量中示波器浮地之后帶來(lái)的誤差在可以忽略的情況下，是不會(huì)影響我們的測(cè)量結(jié)果的。考慮到安全原因，我們還是盡量將示波器輸入電源的地線斷開的。” 但作者沒(méi)有給出更多深入的分析和測(cè)試對(duì)比。 其實(shí)，關(guān)于這類話題正是我們?cè)?00場(chǎng)示波器巡回交流會(huì)中遇到次數(shù)最多的問(wèn)題。

摘要：

作為電源工程師，我們工作中不可避免的要常常同電有親密接觸。安全第一是一句老生常談的話，但是人總會(huì)有麻痹松懈的時(shí)候。這就要求我們不但要有安全的意識(shí)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)的儀器設(shè)置也要盡量以安全的方式來(lái)避免觸電的發(fā)生。示波器是我們實(shí)驗(yàn)臺(tái)上重要的一個(gè)儀器，如何安全并準(zhǔn)確的使用與我們的工作息息相關(guān)。

引言：

首先一點(diǎn)，雙線觸電，同時(shí)接觸兩個(gè)帶電點(diǎn)總是危險(xiǎn)的，不能被可靠的保護(hù)。 而單線觸電，即工作中無(wú)意中碰到帶電部分，通過(guò)我們的安全設(shè)置，是可以保證安全的。這里還有一個(gè)前提是我們和大地是相連的 (不要依賴大地的絕緣，因?yàn)椴皇敲刻幟靠潭枷嗤?。

1 實(shí)驗(yàn)室的電氣設(shè)備

這里我們對(duì)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備和電源做一些簡(jiǎn)化模型，以利我們后面的分析。人體我們視作與大地相連的電阻。

臺(tái)式萬(wàn)用表，功率分析儀等

圖1. 電氣測(cè)量設(shè)備簡(jiǎn)化模型

示波器

圖2. 示波器簡(jiǎn)化模型

被測(cè)樣品

圖3.被測(cè)線路簡(jiǎn)化模型

因?yàn)槲覀冎蛔靼踩B結(jié)性的分析，因此設(shè)備模型只看輸入輸出，簡(jiǎn)化了其余部分。大多數(shù)的電氣測(cè)量設(shè)備都是與輸入電源隔離的，而我們的被測(cè)樣品可能是直接整流，也可能有隔離電源，這里為了方便分析，我們統(tǒng)一視作從輸入電源直接整流而來(lái)。另外值得注意的一點(diǎn)是示波器的無(wú)源探頭的地是和輸入線的地是連通的。

2 實(shí)驗(yàn)室的電氣設(shè)備的連接

首先我們來(lái)看最不安全的情況

圖4. 不安全的連接1

這種情況是最不安全的連接，所有設(shè)備，包括被測(cè)樣品都直接連接到市電上，這樣的情況下，不但人體接觸到被測(cè)樣品會(huì)有危險(xiǎn)，甚至被測(cè)樣品自己都會(huì)有短路危險(xiǎn)。因此我們需要一個(gè)隔離的電源來(lái)給被測(cè)試品供電。下面兩個(gè)圖示的被測(cè)試樣品采用了隔離電源，但仍然是不安全的。

圖5. 不安全的連接2

雖然被測(cè)試品采用了隔離電源，但是由于示波器的地連接到了大地，被測(cè)試品的輸出電壓仍能通過(guò)人體形成回路造成觸電的危險(xiǎn)。

圖6. 不安全的連接3

上圖很多人認(rèn)為是安全的連接了，這就是我們常看到的示波器接地線被斷開的情況。但實(shí)際上還是存在安全隱患，如果電源連接的示波器過(guò)多，就會(huì)造成流過(guò)Y電容的電流累積超過(guò)安全電流的危險(xiǎn)。因此我們需要把示波器都連接到隔離電源上。

圖7. 安全的連接3

上圖就是我們推薦的安全連接設(shè)置，此時(shí)人體單點(diǎn)接觸到被測(cè)試品的任何一點(diǎn)都不會(huì)有觸電危險(xiǎn)。有人會(huì)問(wèn)，如果示波器全部采用隔離探頭不是就不用斷開示波器的電源接地線了嗎。確實(shí)是這樣，但是由于隔離探頭的帶寬限制，以及不適用于測(cè)量小信號(hào)，我們不可能只使用隔離探頭。

3 示波器浮地測(cè)量

我們都知道任何測(cè)量都要基于一個(gè)參考點(diǎn)。之所以示波器的探頭地要連接到大地，就是因?yàn)榇蟮厥且粋€(gè)參考零電平。地球上的任何一個(gè)點(diǎn)都對(duì)大地有一個(gè)相對(duì)電位，都會(huì)有寄生電容連接到大地。而我們將示波器浮地之后，不可避免的會(huì)引入一個(gè)共模信號(hào)。實(shí)際上測(cè)量中還是存在各種分布電容和電感，就算連接到大地，線上的電阻和寄生參數(shù)也是存在的。在我們?nèi)粘５臏y(cè)量中示波器浮地之后帶來(lái)的誤差在可以忽略的情況下，是不會(huì)影響我們的測(cè)量結(jié)果的?？紤]到安全原因，我們還是盡量將示波器輸入電源的地線斷開的。