示波器探头的选择和作用及原理

示波器因为有探头的存在而扩展了示波器的应用范围，使得示波器可以在线测试和分析被测电子电路，如下图：

示波器探头的作用

探头的选择和使用需要考虑如下两个方面：

其一：因为探头有负载效应，探头会直接影响被测信号和被测电路；

其二：探头是整个示波器测量系统的一部分，会直接影响仪器的信号保真度和测试结果。

01、探头的负载效应

当探头探测到被测电路后，探头成为了被测电路的一部分。探头的负载效应包括下面3部分：

阻性负载效应；

容性负载效应；

感性负载效应。

探头的负载效应

阻性负载相当于在被测电路上并联了一个电阻，对被测信号有分压的作用，影响被测信号的幅度和直流偏置。有时，加上探头时，有故障的电路可能变得正常了。一般推荐探头的电阻R>10倍被测源电阻，以维持小于10%的幅度误差。

探头的阻性负载

容性负载相当于在被测电路上并联了一个电容，对被测信号有滤波的作用，影响被测信号的上升下降时间，影响传输延迟，影响传输互连通道的带宽。有时，加上探头时，有故障的电路变得正常了，这个电容效应起到了关键的作用。一般推荐使用电容负载尽量小的探头，以减小对被测信号边沿的影响。

探头的容性负载

感性负载来源于探头地线的电感效应，这地线电感会与容性负载和阻性负载形成谐振，从而使显示的信号上出现振铃。如果显示的信号上出现明显的振铃，需要检查确认是被测信号的真实特征还是由于接地线引起的振铃，检查确认的方法是使用尽量短的接地线。一般推荐使用尽量短的地线，一般地线电感=1nH/mm。

探头的感性负载

02、探头的类型

示波器探头大的方面可以分为：无源探头和有源探头两大类。无源有源顾名思义就是需不需要给探头供电。

无源探头细分如下：

低阻电阻分压探头；

带补偿的高阻无源探头（常用的无源探头）；

有源探头细分如下：

单端有源探头；

差分探头；

电流探头

常用的高阻无源探头和有源探头简单对比如下：

有源探头和无源探头对比

低阻电阻分压探头具备较低的电容负载（<1pf)，较高的带宽（>1.5GHz），较低的价格，但是电阻负载非常大，一般只有500ohm或1Kohm，所以只适合测试低源阻抗的电路，或只关注时间参数测试的电路。

低输入电阻探头结构

带补偿的高阻无源探头是常用的无源探头，一般示波器标配的探头都是此类探头。带补偿的高阻无源探头具备较高的输入电阻（一般1Mohm以上），可调的补偿电容，以匹配示波器的输入，具备较高的动态范围，可以测试较大幅度的信号（几十幅以上），价格也较低。但是不知之处是输入电容过大（一般10pf以上），带宽较低（一般500MHz以内）。

常用的无源探头结构

带补偿的高阻无源探头有一个补偿电容，当接上示波器时，一般需要调整电容值（需要使用探头自带的小螺丝刀来调整，调整时把探头连接到示波器补偿输出测试位置），以与示波器输入电容匹配，以消除低频或高频增益。下图的左边是存在高频或低频增益，调整后的补偿信号显示波形如下图的右边所示。

无源探头的补偿

高压探头是带补偿的无源探头的基础上，增大输入电阻，使得衰减加大（如：100:1或1000:1等)。因为需要使用耐高压的元器件，所以高压探头一般物理尺寸较大。

高压探头的结构

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