电压便是电位差
不论您知不知道，运用示波器进行任何电压丈量的人实践上都是在进行差分电压丈量。依据界说，电压是衡量两点之间电位差的目标。运用电压表的人很简略了解电压是两点之间电位差的概念。只运用一条电压表引线是不能丈量电压的，而必需衔接另一条引线，以供给参阅点。在运用示波器时，咱们有时会忘了示波器上显现的信号并不是简略的“该点上的信号”，而实践上是该点上的电压，由于它与别的某个点不同。
参阅“接地”丈量
这别的一个点一般是电路的接地，一般假定其电压为零。例如，咱们假定想运用示波器丈量图1中晶体管发射极上的电压(参阅接地)。这看上去或许是一条简略的电路，但从图2中咱们能够看出，在咱们包含了示波器探头及示波器与电路之间的衔接时，实践信号丈量环境会变得多么杂乱。vA-B标明咱们期望在示波器上显现的晶体管发射极电压波形。Zcircuit是与晶体管发射极阻抗并联的衔接发射极的电阻器的电阻。咱们将把一个点指配为电路中的抱负接地，以便具有安定的参阅点。ZSCOPE GND是示波器电源线地线的阻抗。ZCOMMON是电路公共点和抱负接地址之间的阻抗。iCOMMON标明其它来历(如衔接被测电路的其它仪器)流经ZCOMMON的电流(接地环路)，得到vCOMMON。
图1：被测电路
示波器在屏幕上实践显现的内容是作为输入衔接器中心导线电压与衔接器接地电压或vC-G之差的电压波形。在大多数状况下。显现的波形vC-G在很大程度上代表着探头触针vA-B上的信号。经过调查图2中电路的各个单元，咱们能够了解vC-G与vA-B不同的方法和原因。
首要，假如iCOMMON、ZCOMMON和ZSCOPE GND的值为零，那么咱们不需求运用探头的地线，由于在公共电路和示波器接地之间没有电压差。可是，这些值并不是零，因而咱们有必要在探头上添加一个接地衔接，以并联其效应。在探头地线并联iCOMMON、ZCOMMON和ZSCOPE GND的效应时，它会有自己的部分电阻和电感。咱们把这一阻抗称为ZGND LEAD，其取决于地线的长度。部分电流有必要流出被测电路，流入示波器输入，以在履行丈量的示波器上树立一个电压波形。流经探头地线阻抗的信号电流ZGND LEAD导致电压跌落，使vC-G不同于vA-B。为阐明这种效应，图3显现了运用示波器及补偿的规范示波器探头丈量的方波。第一个波形是运用探头触针适配器丈量的，它最大极限地下降了接地衔接的长度。第二个波形和第三个波形是运用同一设备丈量的，但在探头上运用了36cm (14)和58cm (23)的地线。在许多丈量中，地线阻抗引起的信号损坏或许是能够承受的，但十分重要的一点是知道存在这种信号损坏。再看一下图2，在iCOMMON流经ZCOMMON时，它会构成咱们称为vCOMMON的电压。假如没有衔接示波器探头，vCOMMON会标明为A点和B点“公共的”电压。任一点上相关于抱负接地的电压波形都将包含vCOMMON。B点等于vCOMMON，A点等于vA-B + vCOMMON。经过对B点运用示波器探头地线，咱们能够下降、但不能从丈量中消除vCOMMON。咱们不能消除vCOMMON的原因是ZGNDLEAD的值是有限的。
ZGNDLEAD、ZCOMMON和ZSCOPEGND构成一个环路，iCOMMON会流经这个环路。iCOMMON流经这个环路导致的电压会进一步损坏波形vC-G。
图2：运用示波器衔接的被测电路
“非接地”参阅丈量
经过翻开示波器上的安全接地，一般能够下降iCOMMON的影响。依据vCOMMON的起伏，这种技能或许会十分风险，在任何状况下都不主张选用这种技能。翻开示波器的安全地线不能消除流经ZGND LEAD的iCOMMON，由于ZSCOPE GND与示波器变压器构成杂乱的阻抗并联，而示波器变压器的互卷电容则与电源体系的阻抗Z POWER TO GND串联。咱们运用的vCOMMON模型也能够解说咱们在进行“起浮”丈量时一般会考虑的丈量约束。咱们假定vCOMMON是要流经的iCOMMON低阻抗电压电源的输出，如企图丈量vCOMMON是电源线电压的“起浮”电源控制电路中的电压时。即便翻开安全地线起浮示波器的作法没有风险，vCOMMON是电源线电压的iCOMMON流经示波器变压器彼此环绕的%&&&&&%和电源线阻抗效应，仍会危害丈量成果。此外，与前面参阅接地丈量实例中一样，流经ZGNDLEAD的信号电流相同也会危害信号。别的，还有一个不太相关的问题：把示波器机箱起浮到线路级电压或许会在规划处理的示波器变压器一级线圈和二次线圈之间发生更多的电压，或许会损坏示波器。
图3：探头地线的影响
差分电压丈量
经过运用带有差分丈量功用的示波器或前置扩大器，能够大大下降这些损坏性的丈量效应。图4显现了等效电路及相同的参阅接地示波器和差分扩大器。抱负的差分扩大器只会扩大其在+输入和-输入上看到的差。这和电压表十分相似，咱们会勘探两个点，找到两点之间的电压差。在差分扩大器扩大两点之间的差时，它会按捺两点共用的任何电压。由于vCOMMON一起出现在咱们电路的A点和B点上，差分扩大器会按捺这个电压，对示波器标明A点和B点之差，即vA-B。
(v A-B + vCOMMON) – (vCOMMON) = v A-B
由于探头的高阻抗能够避免vCOMMON在示波器接地中生成感触得到的电流，它还大大下降了vCOMMON的环路电流影响。由于探头接地夹没有衔接到B点，因而消除了ZGND LEAD的影响。因而，vC-G代表VA-B的程度要远远高于运用示波器探头地线供给负参阅的状况。由于配有正确规划探头的差分扩大器能够按捺相对较高起伏的公共电压，因而不需求把示波器起浮到不安全的水平，就能够进行高质量的丈量。
图4：运用差分扩大器的被测电路
共模按捺比或CMRR
咱们现已评论了运用抱负的差分扩大器进行电压波形丈量的优点。惋惜的是，抱负的差分扩大器是不存在的，咱们必需了解其部分特色和约束。咱们再看一下图4，能够看到差分扩大器处理两个电压波形：一个是咱们想看到的，一个是咱们不想看到的。咱们能够把它们称为差模波形(A点和B点之差)和共模波形(A点和B点共用)。咱们期望看到的波形是差模信号vA-B。单端扩大器的一切特色，如增益和带宽，都适用于差分扩大器的差模信号。假如您需求50MHz带宽和满足增益的示波器，来充分地丈量参阅接地信号，如vA-B，那么您需求一个差分扩大器，在差模下具有相同的功用。如前所述，经过运用低阻抗并联(ZGNDLEAD)或经过放置一个与共模信号串联的阻抗(起浮示波器)，能够运用单端示波器处理共模信号vCOMMON。经过从测得的差分信号中减去共模信号，差分扩大器处理共模信号。相似的，能够运用差分带宽和增益指明衡量差分扩大器消除或按捺共模信号的才能，仅仅咱们现在想要的是衰减、而不是增益。经过对差分扩大器的两个输入一起运用完全相同的信号(频率、起伏和相位)，能够丈量共模带宽。对这些输入信号，抱负的差分扩大器在输出上没有任何信号。由于实践环境约束也适用于实践扩大器，因而将有一个输出，其与输入信号的起伏和频率相关。假如咱们把一个1 V、10 MHz信号一起放到两个输入中，差分扩大器或许会以1,000的系数按捺1MHz信号。差分扩大器按捺共模信号的才能一般用输入信号的起伏除以差分输入信号的起伏之比或共模按捺比(CMRR)标明。在本例中，10MHz时的CMRR是1,000:1。它还一般用衰减(dB)标明，但一直是输出起伏与输入起伏之比。应相关于衰减比随频率改变值指定这个目标，由于它随频率改变。CMRR在DC上最高，跟着频率进步而下降。
共模规模
咱们需求知道的差分扩大器第二重要的特色是共模规模，它标明扩大器能够忍受的最大vCOMMON起伏。这个值一般至少要比差分输入规模大几倍，指定为一个DC值，但它也适用于AC信号的峰值起伏。差分扩大器应该有多大的共模规模取决于丈量要求。假如共模电压是接地环路电流引起的小信号，那么一两伏特的规模就满足了。可是，假如要丈量的差分信号坐落大的共模电压的顶部，那么这一规模有必要很大。例如，咱们假定vA-B是开关电源一级电路电流监测电阻器中的电压波形，在本例中，vCOMMON为400 V (DC+峰值AC)，v A-B波形是一个电压斜波，峰值为1 V。经过运用10归纳衰减系数的探头和衰减器，vCOMMON将衰减到4 V，vA-B将衰减到10mV信号。差分扩大器有必要具有至少4 V的共模规模。
假如扩大器的CMRR是10,000:1，那么差分扩大器将在输出上把4 V vCOMMON衰减到400 μV水平。在这种状况下，扩大器的CMRR与探头和扩大器内部衰减器的衰减结合在一起，共模信号衰减1,000,000:1，差分信号则衰减100倍。在规范接地参阅示波器上，能够简洁安全地显现这一输出。
取得杰出的CMRR
经过仔细匹配流入和流经差分扩大器的+和-信号途径的一切特点，能够完成杰出的共模按捺比功能。这种匹配对探头及对扩大器都十分重要。
某些示波器经过从一个输入中减去另一个输入，来取得CMRR (一般称为A-B)。在模仿示波器中，这经过倒置一条通道，然后把它与示波器输入段中的另一条通道相加完成。数字示波器(DSO)供给了多种数字函数，能够从一个收集的波形中减去另一个波形。
DSO一般不会为这类运算指定CMMR，但经过考虑每条通道的精度目标，能够导出DC系数。假如每条通道的DC增益精度是±1%，那么CMRR或许会低达50:1，很少会好于100:1。在考虑AC信号时，CMRR会进一步恶化。在咱们前面坐落400 V共模信号顶部的1 V信号实例中，会输出10mV的差分信号和40mV的共模信号。别的输入不或许忍受4 V的偏置水平。
为取得最优CMRR，差分扩大器运用的探头应规划成使CMRR到达最大。用户需求确保以最优方法补偿探头。
