電子產(chǎn)品日益復(fù)雜，市場對示波器的帶寬和準(zhǔn)確性提出更高要求。這不是購買一臺高檔示波器就能解決的問題，還需搭配適合的探頭和正確的測試方法。本文從探頭的原理出發(fā)，講述如何正確選擇和使用探頭。

認(rèn)識示波器探頭

被測信號不可能直接接入到示波器中，這就需要一個設(shè)備為測試點(diǎn)與示波器之間建立電氣連接。根據(jù)需求不同，這個設(shè)備可以是一個導(dǎo)線，也可能是較為復(fù)雜的電路。這個負(fù)責(zé)勾連測試點(diǎn)與示波器的設(shè)備就是示波器探頭。所以示波器探頭至關(guān)重要，沒有探頭示波器將無法進(jìn)行測量。

圖1

上圖為示波器探頭測量時的示意圖，從上圖可知，示波器一般具有三個典型的部分，探頭頭部、探頭電纜和探頭補(bǔ)償設(shè)備。其中探頭頭部的作用是與測試點(diǎn)直接接觸，從而與被測系統(tǒng)產(chǎn)生電氣連接，最終獲取到需要測量的信號。探頭電纜的作用則是使示波器和探頭頭部彼此不互相干涉，可以做到在不移動示波器的前提下，隨意移動探頭頭部，使之可以方便的與測試點(diǎn)接觸。最后的探頭補(bǔ)償設(shè)備，主要是為了盡量消除探頭電纜帶來的負(fù)面影響，從一定程度上保持探頭的測量準(zhǔn)確性。

由探頭的基本結(jié)構(gòu)可知，探頭是不可能被看為一個透明的設(shè)備，一定會有很多性能上的限制，比如探頭電纜和補(bǔ)償設(shè)備決定了探頭的帶寬，又比如探頭中的器件尺寸也決定了探頭的輸入電壓。所以探頭會有一些基本的參數(shù)。在此歸納一下：

1、衰減系數(shù)

衰減系數(shù)，是所有探頭都會有的一個參數(shù)，指的是探頭使信號幅度下降的程度。某些探頭可能會有可選擇的衰減系數(shù)。典型的衰減系數(shù)有1×、10×和100×。1×探頭表示不會對信號進(jìn)行衰減。10×則表示信號會被衰減10倍再輸入示波器。1×、10×這些名稱的由來，是因?yàn)橹暗氖静ㄆ鳑]有自動識別探頭衰減系數(shù)和自動調(diào)節(jié)的能力，所以需要通過1×、10×這些名稱來提醒測試者記得要把測量出來的結(jié)果乘以相應(yīng)的倍數(shù)。

2、帶寬

帶寬也同樣是一個探頭必備的參數(shù)，指的是探頭導(dǎo)致信號衰減-3dB情況下的頻率點(diǎn)。如下圖所示：

圖2

如100MHz探頭就有100MHz帶寬，500MHz探頭就有500MHz帶寬。一些探頭，還會有一個低頻的帶寬頻率，比如一些AC探頭，不能傳遞DC信號，它在低頻段會有一個帶寬參數(shù)。值得一提的是，帶寬指的是-3dB的頻譜，此時信號被測量出的幅度只有真實(shí)信號的70.7%，所以測量者需要考慮對這個結(jié)果是否可以被接受，否則就需要使用更高帶寬的探頭。

3、上升時間

帶寬指的是對單一正弦波的測量，如果需要測量的是方波，則需要考慮探頭的上升時間，該參數(shù)是探頭在階躍信號激勵的輸入下，輸出信號從10%上升至90%所需的時間。這個參數(shù)實(shí)際上是用來進(jìn)行評估誤差范圍的。比如被測試方波信號的上升沿的上升時間為10ns，則經(jīng)過一個上升時間為3.5ns的探頭，最終輸出的上升時間就大致為：

上升時間退化了5.9%。

如果此時改用0.7ns的探頭，則輸出的上升時間為：

上升時間僅僅退化了0.24%。所以測量時，就需要盡量選擇上升時間遠(yuǎn)小于被測信號上升時間的探頭，一般需要3~5倍。

4、最大輸入電壓

最大輸入電壓是指探頭可以輸入的最大額定值的電壓。最大輸入電壓取決于探頭機(jī)身和探頭內(nèi)部器件的額定擊穿電壓。一般該項(xiàng)會通過一些安規(guī)規(guī)范來給出，而不是給出單一的電壓，比如一般10×的無源探頭的最大輸入電壓為300VRMS CAT Ⅱ。其中CAT Ⅱ 指的是一類測試場景，300VRMS CAT Ⅱ指的是在這類測試場景下可以測量的最大電壓。而且這個電壓并不是一個恒定值。而是會隨著頻率的變化而變化。一般探頭會給出自己的電壓額定曲線，如下圖所示：

圖3

5、輸入電容

輸入電容就是從探頭的探頭頭部端測量出的電容。對于有源探頭，該電容包括探頭探針的寄生電容和探頭內(nèi)部電路中的電容。對于一些無源探頭，還要包括探頭電纜的寄生電容和示波器本身的電容。該電容值越小，一般說明探頭可測量的頻率越高。

6、輸入電阻