示波器探头工作原理,示波器探头工作原理与性能指标

你有没有想过，那个看似简单的示波器探头，其实隐藏着如此多的奥秘？它就像一把钥匙，能帮你打开电子世界的大门，让你亲眼见证那些看不见的信号舞动。今天，就让我们一起揭开示波器探头工作原理的神秘面纱，看看它是如何将那些微弱的电信号，变成我们能在屏幕上清晰看到的波形。

探头的角色：不只是导线那么简单

想象如果你要用一根普通的导线去连接示波器和被测电路，会发生什么？你可能会发现，原本应该清晰的方波，在屏幕上变成了锯齿波，信号失真得厉害。这是因为示波器输入阻抗很高，直接连接会形成滤波器，影响波形。而示波器探头，就是来解决这个问题的。

探头不仅仅是连接示波器和被测电路的一段导线，它更是测量系统的重要组成部分。它内部包含着各种元件，如电阻、电容，甚至有源电子元件，可以根据不同的需求进行信号衰减或放大。无源探头通常对输入信号进行衰减，而有源探头则能提供放大能力，让信号更加强烈。

探头的负载效应：微妙的影响

当你把探头接入被测电路时，它就变成了电路的一部分，这时候，探头的负载效应就显现出来了。这个效应主要分为三种：阻性负载、容性负载和感性负载。

阻性负载就像是在被测电路上并联了一个电阻，对信号有分压作用，影响信号的幅度和直流偏置。为了减少这种影响，一般推荐探头的电阻要大于被测源电阻的10倍，这样可以保持小于10%的幅度误差。

容性负载则相当于在被测电路上并联了一个电容，对信号有滤波作用，影响信号的上升下降时间，甚至影响传输延迟和带宽。为了减小这种影响，一般推荐使用电容负载尽量小的探头，这样可以减小对被测信号边沿的影响。

感性负载主要来源于探头地线的电感效应。当电感值太大时，它会与容性负载和阻性负载形成谐振，导致信号出现振铃。这时候，你需要检查确认振铃是被测信号的真实特征，还是由于接地线引起的。检查的方法是使用尽量短的接地线，一般地线电感1nH/mm。

探头的类型：各有特色

示波器探头主要分为两大类：无源探头和有源探头。

无源探头价格便宜、经济耐用，电压等级高，动态范围大，但是带宽低。它们通常包括低阻分压探头、带补偿的高阻分分压探头和高压探头等。无源探头一般使用通用型BNC接口与示波器相连，大多数厂家的无源探头可以在不同品牌的示波器上通用。

有源探头则需要外供电，前端有放大器。它们高带宽，对被测电路干扰小，但是费用贵，动态范围小，电压低，不耐用。有源探头带宽高，输入阻抗也高，使用时示波器上显示的是导体中的电流而不是其上的电压。在这种探头的头上装有一个电流感应变压器，使用时只要把探头卡到电缆导线上而无需切断电路，探头获得的信号首先变换成电压，再经过比例变换后送到示波器的端。

探头的寄生参数：不容忽视

探头是介于被测信号和示波器之间的中间环节，如果信号在探头处已经失真了，那么示波器做得再好也没有用。500MHz的无源探头本身上升时间约为700ps，通过这个探头测试一个上升时间为530ps的信号，即使不考虑示波器的带宽影响，经过探头后的信号上升时间已经变为860ps。

探头对测试的影响，包括探头对被测电路的影响以及探头本身造成的信号失真。为了考量探头对测量的影响，通常可以把探头输入电路简单等效为R、L、C的模型，进行分析。

探头本身有输入电阻，为了尽可能减少对被测电路的影响，要求探头本身的输入电阻Rprobe要尽可能大。Rprobel不可能无穷大，所以会与被测电路产生分压。为了避免探头电阻负载造成的影响，一般要求探头的输入电阻大于源阻抗以及负载阻抗的10倍以上。大部分探头输入阻抗在几十K到几十M之间。

探头本身还有电容，这个电容是寄生电容，是影响探头带宽的最重要因素，因为这个电容会衰减高频成分，把信号的上升沿变缓慢。一般无源探头的输入电容在10pF到几百pF之间，带宽高的有源探头输入电容在0.2pF到几pF之间。

探头输入的信号还会受到寄生电感的影响。寄生电感主要是探头和被测电路间的导线，和探头的地线形成。当电感值太大，寄生电感和寄生电容组成了谐