示波器探頭的選擇和作用及原理

示波器因為有探頭的存在而擴展了示波器的應用范圍，使得示波器可以在線測試和分析被測電子電路，如下圖：

示波器探頭的作用

探頭的選擇和使用需要考慮如下兩個方面：

其一：因為探頭有負載效應，探頭會直接影響被測信號和被測電路；

其二：探頭是整個示波器測量系統的一部分，會直接影響儀器的信號保真度和測試結果。

01、探頭的負載效應

當探頭探測到被測電路后，探頭成為了被測電路的一部分。探頭的負載效應包括下面3部分：

阻性負載效應；

容性負載效應；

感性負載效應。

探頭的負載效應

阻性負載相當于在被測電路上并聯了一個電阻，對被測信號有分壓的作用，影響被測信號的幅度和直流偏置。有時，加上探頭時，有故障的電路可能變得正常了。一般推薦探頭的電阻R>10倍被測源電阻，以維持小于10%的幅度誤差。

探頭的阻性負載

容性負載相當于在被測電路上并聯了一個電容，對被測信號有濾波的作用，影響被測信號的上升下降時間，影響傳輸延遲，影響傳輸互連通道的帶寬。有時，加上探頭時，有故障的電路變得正常了，這個電容效應起到了關鍵的作用。一般推薦使用電容負載盡量小的探頭，以減小對被測信號邊沿的影響。

探頭的容性負載

感性負載來源于探頭地線的電感效應，這地線電感會與容性負載和阻性負載形成諧振，從而使顯示的信號上出現振鈴。如果顯示的信號上出現明顯的振鈴，需要檢查確認是被測信號的真實特征還是由于接地線引起的振鈴，檢查確認的方法是使用盡量短的接地線。一般推薦使用盡量短的地線，一般地線電感=1nH/mm。

探頭的感性負載

02、探頭的類型

示波器探頭大的方面可以分為：無源探頭和有源探頭兩大類。無源有源顧名思義就是需不需要給探頭供電。

無源探頭細分如下：

低阻電阻分壓探頭；

帶補償的高阻無源探頭（常用的無源探頭）；

有源探頭細分如下：

單端有源探頭；

差分探頭；

電流探頭

常用的高阻無源探頭和有源探頭簡單對比如下：

有源探頭和無源探頭對比

低阻電阻分壓探頭具備較低的電容負載（<1pf)，較高的帶寬（>1.5GHz），較低的價格，但是電阻負載非常大，一般只有500ohm或1Kohm，所以只適合測試低源阻抗的電路，或只關注時間參數測試的電路。

低輸入電阻探頭結構

帶補償的高阻無源探頭是常用的無源探頭，一般示波器標配的探頭都是此類探頭。帶補償的高阻無源探頭具備較高的輸入電阻（一般1Mohm以上），可調的補償電容，以匹配示波器的輸入，具備較高的動態范圍，可以測試較大幅度的信號（幾十幅以上），價格也較低。但是不知之處是輸入電容過大（一般10pf以上），帶寬較低（一般500MHz以內）。

常用的無源探頭結構

帶補償的高阻無源探頭有一個補償電容，當接上示波器時，一般需要調整電容值（需要使用探頭自帶的小螺絲刀來調整，調整時把探頭連接到示波器補償輸出測試位置），以與示波器輸入電容匹配，以消除低頻或高頻增益。下圖的左邊是存在高頻或低頻增益，調整后的補償信號顯示波形如下圖的右邊所示。

無源探頭的補償

高壓探頭是帶補償的無源探頭的基礎上，增大輸入電阻，使得衰減加大（如：100:1或1000:1等)。因為需要使用耐高壓的元器件，所以高壓探頭一般物理尺寸較大。

高壓探頭的結構

以上就是示波器探頭的選擇和作用及原理的相關介紹，如您使用中還有其他問題，歡迎登陸西安普科電子科技。

審核編輯：湯梓紅