在工程師使用示波器進行測試工作的時候，他們大部分都只留意探頭的電壓范圍和頻率范圍，對探頭其他特性如等效電容、阻抗等特性沒有更深刻的理解，這會導致在某些場景下沒能選擇正確的探頭。事實上，探頭作為一個連接待測點到示波器的中間環(huán)節(jié)， 它與待測設備、示波器共同組成了一個測試系統(tǒng)，任意一個環(huán)節(jié)變化都會引起整個測試系統(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)和無源探頭(內(nèi)部都是無源器件，無需供電)，按照測量信號類型可分為電壓探頭、電流探頭、光探頭等。下文主要介紹日常測試中經(jīng)常使用的幾種探頭以及在不同的場景下對應探頭的選擇。

10:1無源探頭

我們經(jīng)常使用的是10:1高阻無源探頭，它的優(yōu)點是高輸入阻抗，動態(tài)范圍寬(一般最大可測幾百伏)以及價格便宜，缺點是輸入電容大且需要補償。下圖為10:1高阻無源探頭原理圖：

圖1 10:1高阻無源探頭原理

其中，C可調可以認為是線纜的電容、示波器的電容和可調電容的并聯(lián)等效值。我們需要調節(jié)這個電容令R探頭*C探頭=R示波器*C可調，對探頭進行補償。此外，示波器內(nèi)也存在寄生電容，同一個示波器的不同通道或者不同示波器的寄生電容都不一樣，所以同一個探頭接到另外一個通道或者另外一個示波器可能需要再次補償。

需要注意的是：

1) 由于負載電容效應的存在，高阻無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。需要測高頻時示波器一般選擇50Ω的輸入阻抗。)

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

有源探頭

有源探頭有輸入電容低、帶寬高、輸入電阻高和無需補償?shù)葍?yōu)點，缺點是成本較高、需要供電和動態(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)和電流探頭等類型。單端有源探頭和差分探頭的區(qū)別是單端有源探頭測試的是測試點對地的參考電平，但是差分探頭可以直接測兩個測試點的相對電位差，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，例如在進行浮地測量或者要求共模抑制能力的測試時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、高帶寬的場景，一般能夠提供1MΩ的輸入阻抗和1G以上的帶寬(此時需要示波器選擇50Ω的輸入阻抗進行匹配，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，并且可以驅動較長的線纜。但是由于動態(tài)范圍不高，很容易被高壓破壞，所以使用時應該注意待測電路的電壓范圍防止破壞價格比較高的有源探頭。
 

圖2 有源探頭工作原理