下面顯示了差分探頭的概念框圖（圖5）。圖中包括一個受測試器件，模型為差分源，具有共模元件。

圖5：差分探頭與受測器件概念圖，其中受測器件模型化為具有共模元件的差分源。

差分探頭的核心元件是差分放大器。差分放大器輸出是+和 – 輸入端之差。在差分放大器前面，電路看起來像是兩個單端有源探頭。如圖所示，差分探頭輸入端連接到通用差分源，包括兩個差分元件Vp和Vn，還有一個共模源Vcom。

理想的差分探頭的工作方式如下：上方(+)探頭輸入端的電壓為Vp + Vcom。下方(-)探頭輸入端的電壓為 –Vn + Vcom。將這些輸入施加到差分放大器上，會產(chǎn)生Vp+Vn的輸出，假定單位增益。共模信號現(xiàn)已消除。

共模信號在差分探頭中衰減的程度取決于共模抑制比(CMRR)。CMRR是差分探頭的差分增益與共模增益的功率比，以分貝(dB)表示。CMRR通常取決于頻率，隨著頻率提高而降低，且通常指定為多個頻率。

Teledyne LeCroy ZD1000探頭就是一例1 GHz帶寬差分探頭，差分輸入范圍為 ±8伏特，在60 Hz頻率下CMRR為60 dB（圖6）。該探頭旨在用于Teledyne LeCroy示波器。其差分輸入電阻為120 kΩ，差分輸入電容小于1 pF。

圖6：使用小型IC適配器的ZD1000差分探頭。這些探頭尖端一側(cè)有絕緣，以防止與相鄰IC引腳短路。它們還具有低電感電阻補(bǔ)償，以減少電感峰值。

ZD1000還包括多個探頭尖端適配器，以滿足很多探測應(yīng)用的需求。要記住，差分探頭的探測配置應(yīng)該是對稱的，兩個輸入端都使用相同的適配器，以達(dá)到盡可能最好的CMRR。

高電壓差分探頭

差分探頭的關(guān)鍵優(yōu)點是輸入不以地面為基準(zhǔn)，具有衰減共模信號的能力。在測試開關(guān)模式電源器件時，這些特性也可能是非常有用的，在這種情況下，線路側(cè)不以地面為基準(zhǔn)。高壓差分探頭，例如Teledyne LeCroy HVD3106，適用于此類應(yīng)用（圖7）。

圖7：Teledyne LeCroy HVD3106探頭和相關(guān)配件的設(shè)計目的是按照IEC/EN 61010-31:2015標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安全的高壓探測。（圖片來源：Teledyne LeCroy）

該探頭的最大差分電壓為1500伏特。實現(xiàn)如此寬的電壓范圍的方法是在差分放大器前面使用500:1衰減。在60 Hz的頻率下，探頭的CMRR為85 dB。此外，探頭及其配件的物理配置的目的是小心探測高電壓，安全等級符合IEC/EN 61010-31:2015標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)論

有源探頭具有增加帶寬和降低探頭負(fù)載的優(yōu)點。差分探頭的價值在于增加地面隔離能力，減少共模信號。而專有接口可將這些探頭完全集成到示波器用戶接口中，使得安裝和操作更加簡單。