常见探头种类

　　常见探头分类如下图所示：

　　其中无源探头常见的有1×、10×、100×三种规格，一般情况下，1×探头多为低带宽探头，适用于测量低频低电压的信号，100×探头耐压值一般较高，适用于一些高压测量情景，而10×探头的带宽一般都比较高，适用于较高速信号的测量。

　　有源探头中，高速差分探头适用于高速信号的测量，其带宽很高，而且探头负载效益很小，但是一般都价格昂贵。高压差分探头一般适用于对高压场合的测试，与无源探头相比，不仅输入电压更高，一般都在1000V以上，而且由于其两根测量线对地阻抗都非常高，使其可以直接进行非接地测量，比如在测量市电时，无源探头的地线必须接到市电的地线上，只能测量L或者N与地线之间的电压，而高压差分探头却可以进行任意两线间的测量。电流探头用于对电流进行测量，有些电流探头只能测量交流，有些也可以进行直流测量。

　　探头的使用注意事项

　　在探头的使用上，还需要考虑一些问题：

　　1、安全

　　使用探头进行测量时，最重要的就是安全问题。比如使用无源探头时，探头的地线与示波器的地是连接在一起的，当示波器安全接地的时候，探头是安全的。但是当示波器没有安全接地时，探头的地线就会存在一定的电压从而给使用者带来危险。具体情况如下图所示：

示波器接地

　　由于Y电容的原因，导致原本的接地点电压就不在是0V，而是L与N之间电压的一半也就是110V电压，这个电压会对人体进行伤害。所以示波器的测量过程中，一定要保证接地良好，或者采用隔离变压器进行完全的安全隔离，否则有可能会导致使用者触电。

　　而且此时如果探头的地线是接到了一个比较高的电压上，比如说市电的火线上时，就会导致整个示波器外壳都带有220V高压，这时人再触碰示波器时就会发生直接触电，这种情况非常危险，相当于直接将手插入市电插排。

　　2、连接顺序

　　探头通过示波器电源线的地线间接接地，而被测系统可能是一个悬浮的系统，为避免危险，地线必须先连接到地上，将示波器与被测系统共地，然后才能将探头探针点在测试点上。而当断开探头时，也要先断开探针，然后再断开地线。

　　3、阻抗

　　使用探头时，需要考虑与示波器的匹配问题。常见的无源探头，一般需要示波器的阻抗档位是1MΩ阻抗。而一些有源探头则是需要50Ω阻抗。使用探头前，要看说明书上对应阻抗的说明，来选择相应的示波器档位与之匹配。

　　4、带宽

　　当使用探头进行测量时，整个系统的带宽就是由探头带宽和示波器带宽两部分组成的，其中任何一个带宽不足，都会导致最终测量结果不能达到要求。比如选用一个100M的探头配套一个500M的示波器，那么带宽最多也就只有100M左右，这样就无法发挥500M示波器的带宽优势。所以合理选择示波器与探头，才能让测试带宽达到要求。

　　5、电压

　　选择探头时，还需要考虑测试信号的电压，一方面要保证测试电压不要高于探头的最大输入电压，另一方面也要保证探头输出的信号在示波器的可测量范围内。这需要测试者根据测试信号的电压来选择探头。比如要测量600Vpp的电压信号，就需要选择耐压值超过600Vpp的探头，而一般示波器最大测量电压是80V，所以需要选择一个衰减比大于8的探头。而如果需要测量的信号是10mVpp的电压信号，则就需要采用无衰减的探头进行测量。

　　6、地线的影响

　　传统的使用习惯上，示波器的接地方式就是那根长长的接地夹线。这种接地方式，确实是一种简单方便的接地方式，但是却并不是一种严谨的、准确的接地方式。

　　接地夹线示意图

　　由于地夹线比较长，其会形成一个寄生电感Lgnd，随着夹线的增长，这个电感也会增大，而这个回路电感会和示波器探头的输入电容Cin产生谐振。这就导致示波器的幅频特性变得不平坦，导致测量不准确。下图为使用接地夹时的等效电路。

　　接地夹线等效电路图

　　下图为用该等效电路仿真出的频谱特性曲线：

　　频谱特性曲线

　　可以看出，在60MHz以上的频率，幅度已经产生了超过3dB的过冲，而到达100M左右时，过冲到最大幅度。所以如果采用地夹，测量超过60MHz的信号就会产生比较大的失真。正确的方式应该是采用接地弹簧。接地弹簧具有非常小的电感，可以大大提升探头的带宽。

　　接地弹簧示意图

　　而且使用弹簧，也会减小接地环路面积，大大较小空间噪声的辐射干扰。

　　7、补偿电容的调节

　　对于10×无源探头，其等效模型如下图所示。

　　探头等效电路

　　其中C1和Cline1是示波器和通讯电缆的寄生电容，是无法去除的。由于R2的原因，势必会产生一个低通滤波器，这就导致探头无法通过高频信号。为了提高探头带宽，探头中会加入C2，来进行补偿。

　　计算可得该系统的零点：

　　系统极点为：

　　只有使得这两个点重合，才能让探头带宽得以平坦。而示波器的输入电容C1和通讯电缆的电容Cline1都有一定的变化范围，所以必须加入一个可调电容Cadj来进行匹配。实际使用时，需要通过这个可调电容来将探头带宽调节平坦。具体方式是将探头链接到示波器的校准片上，然后通过调节探头补偿装置上的调节器，将方波调节平坦。下图为调节图例。当屏幕上的波形变为方波时，表示探头调节成功。

　　探头补偿示意图

　　8、探头的负载效应

　　前文提到过，探头都是具有输入电容和输入电阻的，这就导致其并不能当成一个阻抗无穷大的设备，其测量时的等效模型如下图所示。

　　根据电路知识可知，对于直流信号而言，与未接入探头前相比，Vout会有所下降，因为现在的负载不再是RL，而是RL与Rin并联后的电阻，这势必小于原来的电阻RL。而对于交流信号而言，还需要在并联上一个电容Cin产生的阻抗。而这个阻抗会随着频率的增加而逐渐减小。这就是有些情况下探头点上去，电路无法正常工作的原因。在使用探头测量时，需要评估探头的负载效应对被测试系统产生的影响。比如一般的1×探头，输入电容高达150pF左右，如果接入到一个50Ω系统中，会产生一个40M左右的低通滤波器，如果被测信号接近或者高于这个频率时，就会导致被测系统工作异常。进行高频测量时，探头的输入电容越小，对系统产生的影响也就越小。