关于DC直流或通常低频信号而言，示波器探头仅仅一个由特定阻抗R所构成的一段传输线缆。而跟着待测信号频率的添加和不规矩性，示波器探头在丈量进程中会引进寄生电容C以及电感L，寄生电容会衰减信号的高频成分，使信号的上升沿变缓。寄生电感则会与寄生电容一同构成谐振回路，使信号发作谐振景象。悉数这些都会对咱们丈量信号的准确性带来应战。

图1 探头电气特性暗示图

示波器探头按供电办法分可分为无源探头和有源探头。无源探头又分为无源低压、无源高压及低阻传输线探头号，有源探头又分为有源单端、有源差分、高压差分探头号。此外，在一些分外运用下，还会运用到电流探头（AC、DC）、近场探头、逻辑探头以及各类传感器（光、温度、振荡）探头号。

无源探头是最常用的一类电压探头，也是咱们在收买示波器时标配赠送的探头。如图2所示。

图2 无源探头暗示图

无源探头通常运用通用型BNC接口与示波器相连，所以大大都厂家的无源探头可以在纷歧样品牌的示波器上通用（某些厂家分外接口标准的探头在外），但因为示波器通常无法主动辨认别的品牌的探头类型，所以此刻需要手动在示波器上设置探头衰减比，以确保示波器在丈量时准确抵偿探头带来的信号衰减。

图3所示为往常最为多见的一类无源探头原理暗示图，它由输入阻抗Rprobe、寄生电容Cprobe、传输导线（通常1至1.5米支配）、可调抵偿电容Ccomp构成。此类无源探头通常输入阻抗为十MΩ，衰减比因子为十：1。

图3无源探头原理图

在运用此类探头时，示波器的输入阻抗会主动设置为高阻1MΩ。此刻示波器BNC通道输入点的电压Vscope与探头前端所勘探的电压值Vprobe的联络满意以下对应联络：

Vprobe/Vscope = (9MΩ + 1MΩ) / 1MΩ = 十 : 1

由联络式可知，示波器得到的电压是探头勘探到电压的十分之一，这也是无源探头十：1衰减因子的由来。无源探头具有高阻抗十MΩ，因而它对待测电路的负载效应（将在第二有些胪陈）很小，能掩盖通常低一再段（500MHz以内），耐压才干强（300V-400Vrms），报价廉价，通用性好，所以得到广泛运用。

当无源探头的衰减因子为十0：1、十00：1乃至更高时，此类探头通常归类为无源高压探头。因为其衰减比很大，因而能丈量高压、超高压电信号。

图4 R&S RT-ZH十高压探头

还有一类无源探头，其衰减比为1：1，信号未经衰减直接经过探头传输至示波器，其耐压才干不及其它无源探头，但它具有查验小信号的优势。因为不像十：1衰减比探头那样信号需要示波器再拓宽十倍闪现，所以示波器内部噪声未拓宽，丈量噪声更小，此类更适用于查验小信号或电源纹波噪声。

图5 R&S HZ-154 1:1/十:1可调衰减比无源探头

无源传输线探头是另一类分外的无源探头，其特征是输入阻抗相对较低，通常为几百欧姆，支撑带宽更高，可达数GHz以上。图6为输入阻抗为500Ω的十：1无源传输线探头原理图：

图6传输线探头原理图

传输线探头具有低寄生电容，低输入阻抗的特性，通常用来丈量高频信号。在运用传输线探头时应当留心将示波器输入阻抗设置为50Ω，以与传输线50Ω阻抗相匹配，传输线探头的典型运用为丈量50Ω传输线上的电信号，经过SMA-N等纷歧样的改换接头，传输线探头也可用在频谱剖析仪等其它查验设备上。

图7传输线探头的典型运用

需要留心的是，因为传输线探头的低阻抗，它的负载效应会比照显着。因而，此类探头仅适用于与低输出阻抗（几十至十0欧姆）的电路查验。关于更高输出阻抗的电路，咱们可以挑选运用高阻有源探头的计划，将在后续胪陈。

图8 R&S RT-ZZ80 8.0GHz无源传输线探头

介绍完无源探头，咱们接下来看看有源探头。望文生义，有源探头差异于无源探头最大的特征是“有源”，即它需要供应电源才干作业。如今大大都有源探头都装备有分外托言，经过与示波器联接从示波器取得电源，而不需要额外供应外置电源（某些类型在外）。下图所示为有源单端探头原理图：

图9 有源单端探头原理图

有源单端探头通常具有高阻抗（1MΩ上下），低寄生电容。其前端有一个高带宽的拓宽器，有源探头的供电首要用于此拓宽器。拓宽器驱动信号经过50Ω传输线抵达示波器，示波器的输入阻抗需挑选为50Ω作匹配。因为其较低的寄生电容和50欧姆传输，有源单端探头可以供应比无源探头更高的带宽，因而首要运用在高频信号的丈量范畴。

长处和缺陷通常是并存的，有源单端探头亦是如此。可以丈量更高带宽的信号是其长处，但因为需要集成有源拓宽器，因而其本钱有关于无源探头来说更高，一个几GHz带宽的有源单端探头报价可达数万公民币。除此以外，因为高带宽拓宽器的信号输入计划十分有限，因而其动态计划有限，通常有源单端探头的动态计划仅在几伏计划以内，探头所能接受的最大电压也只需几十伏。

有关于前面所说的无源传输线探头，有源单端探头一样可以运用在低阻抗高频率信号的丈量环境，且因为其输入阻抗有关于无源传输线探头更高，因而它的负载效应更小。不只如此，R&S有源单端探头还可以与RT-ZA9（N型改换接头，USB供电）附件联接，进而用在射频信号源和频谱剖析仪上，用来查验分外环境下的信号，如传统50欧姆同轴线缆无法联接的勘探点处，或许需要运用高阻探头勘探待测点信号频谱时。

图十 R&S RT-ZS系列单端有源探头与RT-ZA9 N型改换头相连

除了有源单端探头以外，有源差分探头是别的一类首要的有源探头。咱们可以从字面上来了解这两种探头的差异，有源单端的前端有两处联接点：信号点和地。有源差分望文生义首要用来查验差分信号，探头前端有三处联接点：信号正、信号负、地。

图11 有源单端探头前端（左）与有源差分探头前端（右）

有源差分探头的原理图如下：

图12有源差分探头原理图
与有源单端探头比照，其最大纷歧样在于运用了差分拓宽器。有源差分探头一样具有低寄生电容和高带宽特性，所纷歧样的是，有源差分探头具有高共模按捺比（CMRR），对共模噪声的按捺才干比照强。有源差分探头首要用来查验差分信号，即查验两路信号（通常为相位相差180度的正反信号）的相对电压差，与地无关。

图13差分信号查验原理暗示图

上图闪现了用有源差分探头查验差分信号的原理，图中赤色波形闪现的为差分信号Vin+，蓝色波形闪现为差分信号Vin-，二者崎岖一样，相位相差180度。Vin+和Vin-经由差分探头正、负勘探点勘探后经过差分拓宽器拓宽，然后传输至示波器，终究得到如图绿色差分波形。

这儿要介绍几个概念，以便咱们可以十分好的了解共模按捺比CMRR。

共模（Common Mode）：差分信号两头具有一样崎岖和相位的信号成分，用表达式标明为Vcm =（Vin+ + Vin-）/2.

因为志向的Vin+、Vin-崎岖一样，相位相反，所以二者相加应当为零。但在实习作业环境下，Vin+、Vin-上会叠加上噪声烦扰Vnoise。因为Vin+、Vin-地址环境一样，因而在二者上叠加的噪声也通常一样，所以由CM表达式可知：CM = Vnoise.

差模（Differential Mode）：差分信号两头纷歧样的信号成分，用表达式标明为Vdm = Vin+ - Vin-.

共模按捺（Common Mode Rejection）：差分拓宽器对共模信号的按捺才干，即差分拓宽器的一项首要才干是对Vnoise进行按捺消除。假定共模电压Vcm经过差分拓宽器的增益为Acm，差模电压Vdm经过差分拓宽器的增益为Adm，则咱们可以用共模按捺比（Common Mode Rejection Ratio）即CMRR来标明共模按捺才干，其表达式为：

CMRR = Adm / Acm

举例如下图：差模信号Vdm崎岖为1V，经过差分拓宽器后崎岖依然为1V，即Adm = 1. 共模信号Vcm崎岖为4.5V，经过差分拓宽器后崎岖按捺为0.45V，即Acm=0.1. 因而，CMRR = 1 / 0.1 = 十：1 = 20dB。

图14 差分信号查验举例

关于志向的差分拓宽器而言，咱们期望其彻底按捺共模信号，然后消除噪声Vnoise对差分信号丈量的影响。关于通常的差分信号丈量而言，20dB的CMRR现已满意，而R&S RT-ZD40的CMRR可达50dB，功用十分优良。

图15 R&S RT-ZD40有源差分探头

值得一提的是，R&S的有源单端探头和有源差分探头上都装备了MicroButton多功用按钮和ProbeMeter探头计功用。其间，MicroButton是坐落有源探头前段的一个微型按钮，用户可以在查验时很便当的按动按钮，然后实行对示波器的特定操控（可自界说），如：主动设置、默许设置、单次作业、接连作业等。

图16 MicroButton多功用按钮

ProbeMeter则是集成在有源探头前端的16位DC电压计，可用来直接在探头点处查验直流电压，这与别的厂家运用探头捕获波形然后运送到示波器，进而对波形进行丈量得到DC数值的计划彻底纷歧样。（版权悉数）很显着，ProbeMeter摒除了探头传输的失真影响，然后具有了0.1%的高精准度。在运用差分探头时，可以凭仗此功用便当便当检查单端、共模、差模电压数值。

图17 ProbeMeter探头电压计
有源差分探头可用于绝大大都较小崎岖差分信号的丈量，但关于崎岖达上百乃至上千幅的高压差分信号而言，有源查分探头就显得无能为力了。此刻咱们只能凭仗于高压差分探头的协助，有关于通常差分探头而言，高压差分探头具有更高的动态计划，可以接受更高的电压。

图18 R&S RT-ZD01 ±1400V 高压差分探头

高压差分探头有关于无源高压探头而言报价贵重，因而有用户在查验高压差分信号时会挑选将示波器的电源接地线剪断，使示波器“浮起来”进行查验，这对错常风险的，必定要根绝此类做法。咱们将在第二有些详细阐明。

电流探头严峻含义上说也归于有源探头的一种，简直悉数的电流探头在运用进程中都需要供电。电流探头首要分为三类：AC（仅能查验沟通电）、DC（仅能查验直流电）、AC+DC。而如今大大都电流探头都具有了AC+DC的丈量功用。

电流探头的原理如下，首要是运用电磁效应（AC丈量）和霍尔效应（DC丈量）。

图19 AC+DC电流探头原理图

当有AC电流转过导线穿过电流探头的前段闭合钳口时，会有相应磁场发作，经过磁场的强弱直接感应到电流探头的线圈。探头就象一个电流变压器，体系直接丈量的是感应电流。

假定是DC或许低频电流，当电流钳闭合后，电流导线邻近会呈现一个磁场。磁场使霍尔传感器内的电子发作偏转，在霍尔传感器的输动身作一个电压。体系依据这个电压发作一个反相（抵偿）电流至电流探头的线圈，使电流钳中的磁场为零，避免磁饱满。体系依据反相电流测得实习得电流值。

电流探头的挑选首要依据其丈量带宽、量程以及钳口直径等。
MSO数字逻辑探头在数字逻辑查验中会常常运用，与通常8bit仿照探头比照，数字逻辑探头依据示波器所设置的判定门线电平，将捕获的电压依照0、1跳变（1bit）的数字信号在屏幕上闪现出来。用户可以依据多路数字信号的逻辑电平及联络来差异逻辑电路的功用。

图20 R&S RTO-B1数字逻辑探头

EMI近场探头是另一类分外的探头类型，它实习运用了天线接纳原理，用来捕获电路板上空间辐射的电磁场烦扰，分外是在体系集成中做EMI电磁烦扰的确诊。

图21 EMI近场探头暗示图

除了以上给咱们介绍的各种探头以外，还有光探头、温度传感探头及别的各类传感探头号。准则上来说，任何一款可以将各物理量改换成电压信号并具有与示波器互连才干的传感器都可以作为示波器探头，用户可以依据详细运用环境和需要挑选适宜的探头类型。

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