在工程師使用示波器進(jìn)行測(cè)試工作的時(shí)候，他們大部分都只留意探頭的電壓范圍和頻率范圍，對(duì)探頭其他特性如等效電容、阻抗等特性沒(méi)有更深刻的理解，這會(huì)導(dǎo)致在某些場(chǎng)景下沒(méi)能選擇正確的探頭。事實(shí)上，探頭作為一個(gè)連接待測(cè)點(diǎn)到示波器的中間環(huán)節(jié)， 它與待測(cè)設(shè)備、示波器共同組成了一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，任意一個(gè)環(huán)節(jié)變化都會(huì)引起整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的變化。

探頭按照是否需要供電可分為有源探頭(內(nèi)置放大器，需要外部供電)和無(wú)源探頭(內(nèi)部都是無(wú)源器件，無(wú)需供電)，按照測(cè)量信號(hào)類(lèi)型可分為電壓探頭、電流探頭、光探頭等。下文主要介紹日常測(cè)試中經(jīng)常使用的幾種探頭以及在不同的場(chǎng)景下對(duì)應(yīng)探頭的選擇。

10:1無(wú)源探頭

我們經(jīng)常使用的是10:1高阻無(wú)源探頭，它的優(yōu)點(diǎn)是高輸入阻抗，動(dòng)態(tài)范圍寬(一般最大可測(cè)幾百伏)以及價(jià)格便宜，缺點(diǎn)是輸入電容大且需要補(bǔ)償。下圖為10:1高阻無(wú)源探頭原理圖：

圖1 10:1高阻無(wú)源探頭原理

其中，C可調(diào)可以認(rèn)為是線纜的電容、示波器的電容和可調(diào)電容的并聯(lián)等效值。我們需要調(diào)節(jié)這個(gè)電容令R探頭*C探頭=R示波器*C可調(diào)，對(duì)探頭進(jìn)行補(bǔ)償。此外，示波器內(nèi)也存在寄生電容，同一個(gè)示波器的不同通道或者不同示波器的寄生電容都不一樣，所以同一個(gè)探頭接到另外一個(gè)通道或者另外一個(gè)示波器可能需要再次補(bǔ)償。

需要注意的是：

1) 由于負(fù)載電容效應(yīng)的存在，高阻無(wú)源探頭的高頻特性表現(xiàn)不是很好。因此這種探頭一般適用于低頻的情況，根據(jù)圖1，示波器也應(yīng)該選擇1MΩ的輸入阻抗。(部分示波器可選1MΩ和50Ω的輸入阻抗。需要測(cè)高頻時(shí)示波器一般選擇50Ω的輸入阻抗。)

2) 在10:1探頭中經(jīng)過(guò)分壓之后示波器收到的信號(hào)只有原信號(hào)的1/10，所以示波器需要經(jīng)過(guò)放大之后再顯示，這種情況會(huì)把示波器本底噪聲也放大。探頭的1X則不同，在這個(gè)檔位信號(hào)不經(jīng)衰減直接進(jìn)入示波器，所以示波器本底噪聲也不會(huì)放大，故1X檔位適用于測(cè)小信號(hào)或者電源紋波。

有源探頭

有源探頭有輸入電容低、帶寬高、輸入電阻高和無(wú)需補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是成本較高、需要供電和動(dòng)態(tài)范圍低。

有源探頭可以分為單端有源探頭、差分探頭(有高帶寬和高壓之分)和電流探頭等類(lèi)型。單端有源探頭和差分探頭的區(qū)別是單端有源探頭測(cè)試的是測(cè)試點(diǎn)對(duì)地的參考電平，但是差分探頭可以直接測(cè)兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)的相對(duì)電位差，不需要和“地“有聯(lián)系。單端有源探頭屬于一種特殊的差分探頭，但是它不能代替差分探頭的工作，例如在進(jìn)行浮地測(cè)量或者要求共模抑制能力的測(cè)試時(shí)就需要使用差分探頭。

單端有源探頭

單端有源探頭內(nèi)部有一個(gè)阻抗比較高的高帶寬的放大器，需要外部供電，所以成為有源探頭。它適用于需要高輸入阻抗、高帶寬的場(chǎng)景，一般能夠提供1MΩ的輸入阻抗和1G以上的帶寬(此時(shí)需要示波器選擇50Ω的輸入阻抗進(jìn)行匹配，但探頭本身的輸入阻抗還是高阻，工作原理如下圖2所示)。有源探頭的放大器比較接近待測(cè)電路，因此環(huán)路較小，可以減小一系列的寄生參數(shù)，帶寬可以做的更高，并且可以驅(qū)動(dòng)較長(zhǎng)的線纜。但是由于動(dòng)態(tài)范圍不高，很容易被高壓破壞，所以使用時(shí)應(yīng)該注意待測(cè)電路的電壓范圍防止破壞價(jià)格比較高的有源探頭。
 

圖2 有源探頭工作原理