示波器作为一种关键的测试仪器，广泛应用于电路信号的观测与分析。然而，在使用示波器测量电路波形时，接地环节至关重要却常被忽视。若接地操作不当，如将示波器探头接地夹子误接至错误位置，极有可能引发接地电流过大，导致跳闸事故，甚至造成示波器的损坏。

一、示波器接地的作用

1、提供电压参考

接地是所有电压测量的参考点，它确保电路中有一个已知的0V电压点，这对于精确测量电压至关重要，因为在测量信号电压时，实际测量的是信号端至接地参考点之间的电位差。

2、保障人员与设备安全

以台式示波器为例，其电源线为三角插座。众所周知，电源线的第三个角就是与地线相连，那么台式示波器的地也是与市电的地相连的，台式示波器是接地的，同时示波器的外壳也是接地的，因此能够防止因为漏电流导致外壳带电对使用者带来触电的风险。

3、减少噪声干扰

良好的接地能够减少环境噪声对测量信号的影响。电磁辐射、其他电路元件噪声等可能会叠加在信号上，造成波形抖动、失真或杂波过多，而良好的接地能够为这些噪声提供低阻抗的泄放路径，使其能够顺利地流入大地，从而有效减少噪声对测量信号的干扰。

二、接地的概念

接地是指与大地的物理连接，通常我们使用接入地线来实现，良好的接地可以提供安全的电流流经路径。

信号地是指待测电路中所有信号电平电压的参考点，所有的信号测量都会基于信号地来测量。信号地可以与大地相连，也可以不连接到大地，在某些应用中，信号地就会与大地隔离。稳定的信号接地可以确保采集的信号不会受到参考电平波形而影响。

机壳接地通常是指连接到示波器的外壳，这种外壳通常会通过底座接地，保护示波器不受外界的电磁影响，也能接地提供良好的安全措施。

三、接地的原理图

对于示波器而言，接地是指将待测设备的负极、探头的接地夹，以及示波器的接地端，连接到地线。当探头的接地夹子接上待测电路的地时，这样示波器内部的接地端和待测设备的地形成了一个系统。

在任何的电气测量中，都需要一个参考点来了解电压水平。当测量一个信号的电压时，其实测量的是信号端至接地参考点之间的电位差，良好的接地，可以保证准确测量电压。

图1 示波器探头待测信号接地示意图

四、接地不当的问题

1、电流过大引发跳闸或设备损坏

如果示波器的探头接地夹子接上了非真实的接地点将会带来严重的影响。例如探头的夹子接上了带有电位差的信号，接在了零线或者火线，那么就会引入电流到示波器，导致电流过大跳闸或者烧坏示波器。这种情况是新手工程师们测试市电最容易犯的错误。

2、信号杂波与失真影响测量结果

良好的接地可以减少环境噪声。例如电磁辐射，其他电路元件噪声，会叠加在信号上，造成波形抖动、失真或杂波过多影响。下图就是一张典型的地线噪声过大引起的信号出现杂波。

图2 地线不干净引起的信号杂波

另外在使用示波器测量时，地线不干净或者有辐射干扰也是一种常见的问题，下图是一个标准的工频干扰测试图。50Hz工频干扰是由电力系统引起的50Hz的正弦波干扰。工频干扰可能是是由于探头的馈线作为天线接受和传导工频电磁波中的干扰信号，也有可能是接地环路经过空间辐射耦合回来的干扰信号，也有可能是通过电源线传导至示波器的干扰。

图3 工频干扰

工频干扰通常会对阻抗很高的设备测量时，工频干扰就会产生较大的影响；使用示波器一般测试的是高频低阻的设备，一般不会反映出工频干扰的影响。那么为了避免出现工频干扰，首先需要良好的接地，其次是需要减少接地环路，或者关掉其他的用电设备，换一个环境进行测试，以及使用滤波器或者隔离变压器来解决。

3、浮地测量危害

有些用户会选择浮地测量，来应对地线不干净的情况，但是浮地测量是正确的吗？为了使示波器浮地，用户切断了电源线上的接地线。每个示波器制造商都会在其使用手册中警告用户不要这样做。如果连接到探头 “接地 ”引线的参考电压足够高，那么如果用户接触到示波器的任何导电表面，包括其他探头的接地引线，就会有严重的触电危险。不仅如此，浮地测量还会损坏待测设备，导致测量精度差等影响。

图4 浮地测量

五、不接地线对测试信号的精度和幅值的影响

下图是使用一个25MHz的正弦波进行测试，测量到峰峰值为477mV，峰峰值标准差为1mV，此时测到峰峰值相对较为稳定。当我们取下接地夹时，会发现此时测到的信号峰峰值为236mV，峰峰值标准差为1.19mV。相对来讲，取下接地夹后，待测信号的峰峰值会下降，信号的稳定度也在下降，信号的形状和频率没有大变化。那么是什么导致了这个情况呢？

图5 良好接地

图6 断开接地线

可以看见下图的超简易版示波器测试待测物的电路图，当接上接地夹时，探头连接的是待测件两端电阻的电压差。但是当我们断开接地夹时，示波器此时测到的是被测件的正极和地线之间的电压差。地线上的电阻此时不能被我们忽略，此时我们测到的不是正确的信号电压值。

图7 示波器测试被测件的超简略版电路图

六、正确的接地方法

通常使用示波器接地，会使用探头的接地夹，或者接地弹簧来接地。接地夹一般是探头的配件，夹子形状，用来接到信号的地线。

图8 探头信号的电流回路

接地引线是有感抗分量的，随着接地引线越长，电感值会越大，会增加谐振效应。探头的地线越短越好，地线和信号线之间的环路面积越大，辐射带来的影响越大。图片上显示了不同长度的地线对测量带来的影响，这种影响对于峰峰值的测量动辄带来10%以上的误差。 

图9 接地引线带来的影响

还有一些工程师们在测试多路信号时，只接了一个信号的地，另外几路信号的接地夹被悬空了，此时多路信号将会共用这一个电流回流的接地通路。当多个电流流经这个回路时，将会产生较大的接地共模电感，导致测试信号不正确。

为了降低谐振效应的影响，降低寄生电容，我们通常会使用接地弹簧。这个接地弹簧在探头包配件中，取下探头的帽子，将接地弹簧接上探头前端。一般接地弹簧会使用在测试类似PCB板的各种器件非常密集的环境中。同样也会使用接地弹簧来测试电源的纹波。

图10 使用接地弹簧

七、在地线不干净时的应对策略

使用隔离示波器，例如手持示波表就是隔离的，与地线隔离，它不接地。可以使用隔离示波表来测试浮地信号。

对于台式示波器，通常我们可以使用隔离变压器将示波器与地线隔离，也就是使信号地和接地线隔离，此时我们就可以使用无源探头来测试隔离的信号了。例如测试220V的市电，可以将无源探头的信号端接上火线，接地夹子接上零线进行测量。（普通无隔离的示波器接地夹子必须要接上地线，不能接上零线或者火线哦）

使用差分探头：差分探头不需要直接接地，就可以直接测试电路中两点之间的电压差。通常使用在建立公共地有困难时使用。差分探头还可以滤除共模噪声，有效的降低信号的失真程度。对于差分探头，也需要尽量将探头的正、负线缆耦合到一起，使得探头正、负线缆受到平衡的空间辐射，以利于共模噪声的消除。