示波器的差分信號(hào)測(cè)量

圖18. 消費(fèi)音頻電子部件中的VCM。這些設(shè)備通常使用雙芯電源線(xiàn)，其機(jī)箱和電路都是浮動(dòng)的。

共模范圍
任何放大器都有可能被過(guò)驅(qū)動(dòng)，并引起輸出的“鉗位”。當(dāng)輸入的差模信號(hào)大到足以強(qiáng)制放大器超出其輸出動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，差分放大器也會(huì)發(fā)生同樣的效應(yīng)。差分放大器還要承受另一種過(guò)載，即超出輸入共模范圍。當(dāng)預(yù)期的信號(hào)所依附的電壓（VCM）超出了放大器的輸入共模范圍時(shí)就會(huì)發(fā)生這種情況。
由于放大器抑制了共模信號(hào)，所以動(dòng)態(tài)范圍受到輸入級(jí)而不是輸出擺幅的限制。帶輸入衰減器的放大器共模范圍比差模范圍大。由于共模成分在測(cè)量中是看不到的（但愿如此），所以共模范圍過(guò)載對(duì)于用戶(hù)可能并不明顯。當(dāng)共模成分為直流時(shí)尤其如此。在超出VCM范圍時(shí)，有些放大器的拓?fù)淙匀唤频亟o出帶有明顯增益誤差的差分信號(hào)。由于波形貌似正確，很多用戶(hù)被這種錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果所愚弄。
有些放大器帶有過(guò)載指示器以警告用戶(hù)發(fā)生了共模過(guò)載的情況。一個(gè)好的方法就是在進(jìn)行重要的測(cè)量之前先檢驗(yàn)共模是否在規(guī)定的范圍之內(nèi)。只要將一個(gè)輸入端接地并且用放大器本身測(cè)量共模成分就可以很容易地進(jìn)行檢驗(yàn)。然后再對(duì)另一個(gè)輸入端重復(fù)此過(guò)程。

測(cè)量完全浮動(dòng)信號(hào)
完全浮動(dòng)（沒(méi)有任何接地）的信號(hào)源在用差分放大器進(jìn)行測(cè)量時(shí)會(huì)造成特殊的問(wèn)題。常見(jiàn)的例子有電池供電的電子設(shè)備、消費(fèi)音頻部件和實(shí)驗(yàn)用生理標(biāo)本。由于沒(méi)有分支阻抗接地，該地區(qū)的任何交流電場(chǎng)都可以通過(guò)電容耦合到被測(cè)設(shè)備中去（參見(jiàn)圖18）。在這種測(cè)量環(huán)境中充斥著從熒光燈和建筑物配線(xiàn)中輻射出來(lái)的線(xiàn)路頻率電場(chǎng)。當(dāng)這種電場(chǎng)耦合到被測(cè)設(shè)備中時(shí)，便產(chǎn)生了共模電壓。若耦合量足夠大而放大器的輸入阻抗又比較高，就可能在不經(jīng)意間超出了放大器的共模范圍。當(dāng)放大器配置成儀器用放大器時(shí)尤其如此，因?yàn)閷?duì)線(xiàn)路頻率的負(fù)載阻抗近乎無(wú)限大。
通過(guò)提供分支阻抗接地、減少電容性耦合或者減少場(chǎng)強(qiáng)等都可以避免出現(xiàn)過(guò)載的情況。增加到地的并聯(lián)支路是最為容易的方法。這種方法不需要直接短路，通常有10 kΩ的電阻就足夠了。如果加入分支阻抗對(duì)被測(cè)設(shè)備或測(cè)量過(guò)程造成了干擾，可以試著將被測(cè)設(shè)備用接地的金屬屏蔽物封裝起來(lái)以減少電容性耦合。這實(shí)際上是加了一個(gè)給交流電場(chǎng)提供接地通路的法拉第屏蔽。最后一個(gè)方法是設(shè)法將場(chǎng)強(qiáng)減至最小。作為一個(gè)好的開(kāi)始，可以用白熾燈替代熒光燈以及使電路配線(xiàn)與被測(cè)設(shè)備之間保持最大距離。

帶寬
差分放大器和單端示波器放大器一樣，常可以對(duì)帶寬限制進(jìn)行控制。高增益放大器可以提供低通頻率的選擇。帶寬限制可減少高頻噪聲成分并使低頻的降低減至最小。帶寬限制濾波器位于輸入信號(hào)被轉(zhuǎn)換為單端之后。所以，使用帶寬限制不會(huì)增加高頻的輸入共模范圍。

術(shù)語(yǔ)
ADC － 模數(shù)轉(zhuǎn)換器。數(shù)字存儲(chǔ)示波器需要將模擬輸入轉(zhuǎn)換到數(shù)字域，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是數(shù)字存儲(chǔ)示波器的“心臟”部件。ADC 的許多特性（如采樣率、分辨率、精度和線(xiàn)性度等）均直接與示波器的性能有關(guān)。
平衡式－ 通過(guò)一對(duì)線(xiàn)進(jìn)行傳輸?shù)男盘?hào)，每條線(xiàn)的源阻抗相同。地線(xiàn)不可用作信號(hào)的返回路徑。
帶寬限制器－ 一種用戶(hù)可選的濾波器，用于衰減有用帶寬之外的噪聲。除非特別說(shuō)明，濾波器均為低通拓?fù)?，單極（-6 dB/octave）滾降。
鉗位電路－ 一種限制放大器輸出電壓的擺幅使之工作于線(xiàn)性范圍的電路。通常采用減少過(guò)載恢復(fù)時(shí)間的方法實(shí)現(xiàn)。
削波－ 放大器再現(xiàn)輸入信號(hào)時(shí)由于輸出電壓范圍不夠而產(chǎn)生的失真的波形。正如其名稱(chēng)所示，輸出波形好象經(jīng)過(guò)了“切削”。
共模－ 輸入信號(hào)中差分放大器的兩個(gè)輸入端公用（振幅與相位均相同）的成分。理想的差分放大器抑制所有的共模信號(hào)。
共模范圍－ 差分放大器可以抑制的共模信號(hào)的最大電壓（相對(duì)于地）。共模范圍通常比差模范圍大。取決于放大器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，共模范圍可能隨增益而變化。
共模抑制－ 差分放大器對(duì)輸入信號(hào)中共模成分的消除功能。
共模抑制比(CMRR) － 對(duì)差分放大器抑制共模信號(hào)的能力的量度。CMRR 的計(jì)算公式為：
CMRR ＝ 差模增益/ 共模增益
由于共模抑制能力一般隨頻率的增加而降低，故通常給出特定頻率下的CMRR 值。
差分放大器－ 一種三端增益電路，可以處理兩個(gè)輸入端之間不相同的信號(hào)成分，同時(shí)忽略?xún)蓚€(gè)輸入端上相同的信號(hào)成分。
差模－ 在差分放大器兩個(gè)輸入端之間不相同的信號(hào)。差模信號(hào)（VDM）可以表示為：
VDM = (V+Input ) - (V-Input )
差模范圍－ 差分放大器可以接受而且不會(huì)使輸出過(guò)載的差分輸入信號(hào)的最大振幅。若超出差模范圍，放大器則將信號(hào)削波或鉗位。差模范圍通常隨放大器增益的增加而減少。

差分偏移－ 高增益差分放大器中使用的一種電路，用于抵銷(xiāo)出現(xiàn)于差分輸入信號(hào)中的直流偏壓。差分偏移電路電氣上相當(dāng)于在一條輸入線(xiàn)上串接一只可調(diào)的電池。
差分探頭－ 為差分應(yīng)用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的探頭。有源差分探頭在其觸點(diǎn)處包含一個(gè)差分放大器。無(wú)源差分探頭用于差分放大器，并可使兩個(gè)信號(hào)通道上的直流和交流衰減校準(zhǔn)到精確地互相匹配。
浮動(dòng)信號(hào)－ 不參照地電位的信號(hào)。浮動(dòng)信號(hào)不能作為單端儀器的輸入而直接測(cè)量。
浮動(dòng)示波器－ 使得示波器的保護(hù)接地系統(tǒng)失效以便進(jìn)行浮動(dòng)測(cè)量的用法。由于整個(gè)示波器的機(jī)箱與探頭的“接地”夾同電位，故這種危險(xiǎn)的做法可能導(dǎo)致用戶(hù)遭受電擊。
接地環(huán)路－ 多個(gè)低阻抗通路接到同一個(gè)地電位而形成的電路。接地環(huán)路起到變壓器短路線(xiàn)匝的作用，可以感應(yīng)出循環(huán)的地電流。這些電流可使電路內(nèi)的地電位發(fā)生輕微的改變。
隔離器，隔離探頭－ 一種利用單端接地儀器進(jìn)行兩點(diǎn)的浮動(dòng)電壓測(cè)量的裝置。其實(shí)現(xiàn)方法是將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為光的形式和/或磁的形式（通過(guò)變壓器）。
最大共模轉(zhuǎn)換速率－ 在差分放大器或隔離器輸入端上的共模成分變化速率（dv/dt）的上限。上升時(shí)間超出最大共模轉(zhuǎn)換速率指標(biāo)的信號(hào)可能會(huì)使輸出信號(hào)產(chǎn)生極度的失真。此指標(biāo)有時(shí)稱(chēng)為儀器的最大非破壞性極限。
準(zhǔn)差分－ 建立差分放大器的一種方法，做法是將兩個(gè)常規(guī)示波器的輸入通道相加（其中的一個(gè)通道設(shè)置為反轉(zhuǎn)方式）。為了產(chǎn)生有意義的結(jié)果，兩個(gè)通道必須設(shè)置在相同的“電壓/ 分度”檔位。與真正的差分放大器相比，準(zhǔn)差分方式的共模范圍有限，而且CMRR 值較低，尤其是在高頻段。
偏壓補(bǔ)償（比較電壓