示波器接不接地有什么區別?

示波器作為一種關鍵的測試儀器，廣泛應用于電路信號的觀測與分析。然而，在使用示波器測量電路波形時，接地環節至關重要卻常被忽視。若接地操作不當，如將示波器探頭接地夾子誤接至錯誤位置，極有可能引發接地電流過大，導致跳閘事故，甚至造成示波器的損壞。

一、示波器接地的作用

1、提供電壓參考

接地是所有電壓測量的參考點，它確保電路中有一個已知的0V電壓點，這對于精確測量電壓至關重要，因為在測量信號電壓時，實際測量的是信號端至接地參考點之間的電位差。

2、保障人員與設備安全

以臺式示波器為例，其電源線為三角插座。眾所周知，電源線的第三個角就是與地線相連，那么臺式示波器的地也是與市電的地相連的，臺式示波器是接地的，同時示波器的外殼也是接地的，因此能夠防止因為漏電流導致外殼帶電對使用者帶來觸電的風險。

3、減少噪聲干擾

良好的接地能夠減少環境噪聲對測量信號的影響。電磁輻射、其他電路元件噪聲等可能會疊加在信號上，造成波形抖動、失真或雜波過多，而良好的接地能夠為這些噪聲提供低阻抗的泄放路徑，使其能夠順利地流入大地，從而有效減少噪聲對測量信號的干擾。

二、接地的概念

接地是指與大地的物理連接，通常我們使用接入地線來實現，良好的接地可以提供安全的電流流經路徑。

信號地是指待測電路中所有信號電平電壓的參考點，所有的信號測量都會基于信號地來測量。信號地可以與大地相連，也可以不連接到大地，在某些應用中，信號地就會與大地隔離。穩定的信號接地可以確保采集的信號不會受到參考電平波形而影響。

機殼接地通常是指連接到示波器的外殼，這種外殼通常會通過底座接地，保護示波器不受外界的電磁影響，也能接地提供良好的安全措施。

三、接地的原理圖

對于示波器而言，接地是指將待測設備的負極、探頭的接地夾，以及示波器的接地端，連接到地線。當探頭的接地夾子接上待測電路的地時，這樣示波器內部的接地端和待測設備的地形成了一個系統。

在任何的電氣測量中，都需要一個參考點來了解電壓水平。當測量一個信號的電壓時，其實測量的是信號端至接地參考點之間的電位差，良好的接地，可以保證準確測量電壓。

圖1 示波器探頭待測信號接地示意圖

四、接地不當的問題

1、電流過大引發跳閘或設備損壞

如果示波器的探頭接地夾子接上了非真實的接地點將會帶來嚴重的影響。例如探頭的夾子接上了帶有電位差的信號，接在了零線或者火線，那么就會引入電流到示波器，導致電流過大跳閘或者燒壞示波器。這種情況是新手工程師們測試市電最容易犯的錯誤。

2、信號雜波與失真影響測量結果

良好的接地可以減少環境噪聲。例如電磁輻射，其他電路元件噪聲，會疊加在信號上，造成波形抖動、失真或雜波過多影響。下圖就是一張典型的地線噪聲過大引起的信號出現雜波。

圖2 地線不干凈引起的信號雜波

另外在使用示波器測量時，地線不干凈或者有輻射干擾也是一種常見的問題，下圖是一個標準的工頻干擾測試圖。50Hz工頻干擾是由電力系統引起的50Hz的正弦波干擾。工頻干擾可能是是由于探頭的饋線作為天線接受和傳導工頻電磁波中的干擾信號，也有可能是接地環路經過空間輻射耦合回來的干擾信號，也有可能是通過電源線傳導至示波器的干擾。

圖3 工頻干擾

工頻干擾通常會對阻抗很高的設備測量時，工頻干擾就會產生較大的影響；使用示波器一般測試的是高頻低阻的設備，一般不會反映出工頻干擾的影響。那么為了避免出現工頻干擾，首先需要良好的接地，其次是需要減少接地環路，或者關掉其他的用電設備，換一個環境進行測試，以及使用濾波器或者隔離變壓器來解決。

3、浮地測量危害

有些用戶會選擇浮地測量，來應對地線不干凈的情況，但是浮地測量是正確的嗎？為了使示波器浮地，用戶切斷了電源線上的接地線。每個示波器制造商都會在其使用手冊中警告用戶不要這樣做。如果連接到探頭 “接地 ”引線的參考電壓足夠高，那么如果用戶接觸到示波器的任何導電表面，包括其他探頭的接地引線，就會有嚴重的觸電危險。不僅如此，浮地測量還會損壞待測設備，導致測量精度差等影響。

圖4 浮地測量

五、不接地線對測試信號的精度和幅值的影響

下圖是使用一個25MHz的正弦波進行測試，測量到峰峰值為477mV，峰峰值標準差為1mV，此時測到峰峰值相對較為穩定。當我們取下接地夾時，會發現此時測到的信號峰峰值為236mV，峰峰值標準差為1.19mV。相對來講，取下接地夾后，待測信號的峰峰值會下降，信號的穩定度也在下降，信號的形狀和頻率沒有大變化。那么是什么導致了這個情況呢？

圖5 良好接地

圖6 斷開接地線

可以看見下圖的超簡易版示波器測試待測物的電路圖，當接上接地夾時，探頭連接的是待測件兩端電阻的電壓差。但是當我們斷開接地夾時，示波器此時測到的是被測件的正極和地線之間的電壓差。地線上的電阻此時不能被我們忽略，此時我們測到的不是正確的信號電壓值。

圖7 示波器測試被測件的超簡略版電路圖

六、正確的接地方法

通常使用示波器接地，會使用探頭的接地夾，或者接地彈簧來接地。接地夾一般是探頭的配件，夾子形狀，用來接到信號的地線。

圖8 探頭信號的電流回路

接地引線是有感抗分量的，隨著接地引線越長，電感值會越大，會增加諧振效應。探頭的地線越短越好，地線和信號線之間的環路面積越大，輻射帶來的影響越大。圖片上顯示了不同長度的地線對測量帶來的影響，這種影響對于峰峰值的測量動輒帶來10%以上的誤差。 

圖9 接地引線帶來的影響

還有一些工程師們在測試多路信號時，只接了一個信號的地，另外幾路信號的接地夾被懸空了，此時多路信號將會共用這一個電流回流的接地通路。當多個電流流經這個回路時，將會產生較大的接地共模電感，導致測試信號不正確。

為了降低諧振效應的影響，降低寄生電容，我們通常會使用接地彈簧。這個接地彈簧在探頭包配件中，取下探頭的帽子，將接地彈簧接上探頭前端。一般接地彈簧會使用在測試類似PCB板的各種器件非常密集的環境中。同樣也會使用接地彈簧來測試電源的紋波。

圖10 使用接地彈簧

七、在地線不干凈時的應對策略

使用隔離示波器，例如手持示波表就是隔離的，與地線隔離，它不接地。可以使用隔離示波表來測試浮地信號。

對于臺式示波器，通常我們可以使用隔離變壓器將示波器與地線隔離，也就是使信號地和接地線隔離，此時我們就可以使用無源探頭來測試隔離的信號了。例如測試220V的市電，可以將無源探頭的信號端接上火線，接地夾子接上零線進行測量。（普通無隔離的示波器接地夾子必須要接上地線，不能接上零線或者火線哦）

使用差分探頭：差分探頭不需要直接接地，就可以直接測試電路中兩點之間的電壓差。通常使用在建立公共地有困難時使用。差分探頭還可以濾除共模噪聲，有效的降低信號的失真程度。對于差分探頭，也需要盡量將探頭的正、負線纜耦合到一起，使得探頭正、負線纜受到平衡的空間輻射，以利于共模噪聲的消除。