【實作實驗室】修個電風扇驚見火花！原來和示波器探棒接地有關

Posted By StrongPiLab on 2 月 15, 2022 in 實作派StrongPiLab, 教學文 | 0 comments

作者：實作派

使用示波器前須將探棒接地，但沒想到這一接竟然冒出火花來，真是嚇人！

前幾天修電風扇，原本只是要更換按鈕，結果突然冒出火花，因此我認為有需要說明一下示波器探棒接地該怎麼接，否則應該很多人會和我一樣中招。

如下圖今天的主題是中間那顆 IC，因為我要告訴各位如何用示波器測量中間那顆 IC 的電源。

電風扇的控制電路（圖片來源：實作派提供）

無變壓器電源

測量電源很難嗎？對於一般的 DC 電路並不難，只要將探棒的 GND 與探針點上去就好，但這次的問題是，這個 IC 的直流線路是採用無變壓器電源 Transformerless Power Supply。

Transformerless Power Supply Circuit（圖片來源：實作派提供）

我認為它是個很聰明的省錢線路，至少對廠商來說是如此，不需要笨重的變壓器，只需要一個阻抗線路，裡面的電容在交流電經過時會產生阻抗，不至於讓電流太大，於是齊納二極體 Zenar Diode 就能順利工作發揮穩壓效用，讓 IC 負載工作在小電壓範圍，以此例來說是 5 V。

所以你可以說這個 5 V 的線路是內嵌在 AC 110 V 內的 DC 線路，如果要接示波器對 IC 做 Debug，那麼探棒的 GND 要接哪裡？IC 的 GND 腳位嗎？當然不是！

探棒接地的 GND 該怎麼接？

因為 IC 本身只有 5 V，依電路圖來看從 110 V 減掉 5 V 下來，IC 的 GND 相對於中性線可是足足有 105 V 啊！如果把示波器的 GND 放在 IC 的 GND 上，就等同於 105 V 與 GND 短路，接上去那一瞬間可是會冒火花的！（我接上去就冒火花了，嚇死哥了）。

基本上探棒的 GND 直接 PCB 是不可行的，因此我們需要在 PCB 上找個參考點讓 Probe 的 GND 能接上，方法如下圖，在 IC 的VCC、GND 之間串接 2 個 12 K 甚至更大的電阻，以兩個電阻之間的接點做為示波器的 GND 接點，接著我們用兩根探棒接入示波器，再利用示波器的 Math 功能，將兩個波形相減，就能得到 IC 的 VCC 對自身 GND 的電壓。

探棒接地在輔助電阻上（圖片來源：實作派提供）

如此一來示波器的 GND 是透過電阻接入 PCB，不會有大電流串入示波器的 GND，外加兩個波形的相減運算，我們就能在示波器上觀察到穩定的 5 V，也就是下圖中的粉紅色波形，是條穩定的橫線。

無變壓器電源的測量波形（圖片來源：實作派提供）

相信各位一定無法忽視那看起來像雜訊的 CH1 與 CH2，這是怎麼一回事？由於外部電源是 60 Hz 震盪，因此兩根 Probe 對地也會是這個頻率，雖然波形不是很好看，但我們可以忽略這兩個很醜的波形，因為我們的重點是它們的差值，也就是 IC 的直流電源值。

加個隔離變壓器測量

其實還有一種測量的方式，就是在待測物與電源中間安置一個隔離變壓器，它是一種 1:1 的線圈，所以電壓會與電源相同，但是它的中性線沒有接地，因此可以與示波器的 GND 相接，接了之後待測物的 N 就是示波器的 GND，剩下的問題就是示波器的輸入耐壓能否到 110 V？一般示波器都有到 300 Vrms，但你還是要確認一下，畢竟示波器還是很貴的，修個電風扇而弄壞示波器實在划不來。

（本文經同意轉載自實作派電子實驗室、原文連結；責任編輯：賴佩萱）