示波器探頭不僅僅是把測(cè)試信號(hào)判定以示波器輸入端的一段導(dǎo)線，而且是測(cè)量系統(tǒng)的重要組成部分。探頭有很多種類(lèi)型號(hào)各有其沒(méi)的特性，以適應(yīng)各種不同的專(zhuān)門(mén)工作的擊破要，其中一類(lèi)稱(chēng)為有源探頭，探頭內(nèi)包含有源電子元件可以提供放大能力，不含有源元件的探頭稱(chēng)為無(wú)源探頭，其中只包含無(wú)源元件如電阻和電容。這種探頭通常對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減。

      我們將首先集中討論通用無(wú)源探頭，說(shuō)明共主要技術(shù)指標(biāo)以及探頭對(duì)被測(cè)電路和被測(cè)信號(hào)的影響，接著簡(jiǎn)單介紹幾種探頭及其附近。

       屏蔽示波器探頭的一個(gè)重要任務(wù)是確保只有希望觀測(cè)的信號(hào)才在示波器上出現(xiàn)，如果我們僅僅使用一面導(dǎo)線來(lái)代替探頭，那到它的作用就好象是一根天線，可以從無(wú)線電臺(tái)、熒光燈，電機(jī)、50或60Hz的電源的交流聲甚至當(dāng)?shù)貥I(yè)余無(wú)線電愛(ài)好者那里接收到很多不希望的干擾信號(hào)，其些這類(lèi)噪聲甚至還能抽向注入到被測(cè)電路中去所以我們首先需要的是屏蔽的電纜，示波器探頭的屏蔽電纜通過(guò)們于探頭的接地線和被測(cè)電路連接，從而保證了很好的屏蔽。

      示波器探頭帶寬

      和示波器一們，示波器探頭也具有其允許的有限帶寬。如果我們使用一臺(tái)100MHz的示波器和一個(gè)100MHz的探頭，那么它們組合起來(lái)的響應(yīng)就小于100MHz，探頭的電容和示波器的輸入電容相加，這就減小了系統(tǒng)的帶寬，加大了顯示的上升時(shí)間tr見(jiàn)章1.3節(jié)上升時(shí)間。

      使用1.3節(jié)的公式

       tr(ns)=350/BW(MHz)

       如果示波器和探頭各自均為100MHz帶寬，其上升時(shí)間均為tr=3.5ns。則有效系統(tǒng)上升時(shí)間就由下式給出：

    trsystem=sqr(t2rscope+t2rprobe)

    =sqr(3.52+3.52)ns

    =sqr(24.5)2ns

    =4.95ns

    根據(jù)4.95ns的系統(tǒng)上升時(shí)間求得，系統(tǒng)帶寬為350/4.95MHz=70.7MHz。

      Fluke公司給所有示波器配備的探頭都能使示波器保證在探頭獲得規(guī)定的示波器帶寬，從上述的計(jì)算可以看出，視覺(jué)要求探頭本射的帶寬要比示波器的帶寬寬得多。

      示波器探頭負(fù)載效應(yīng)

      當(dāng)我們進(jìn)行測(cè)量時(shí)，我們常常以為測(cè)得的電壓和電路中未連入示波器時(shí)是*一樣的。

       實(shí)際上，每個(gè)示波器探頭都有其輸入阻抗，輸入阻抗包含了電阻、電容和電感分量。由于探頭引入的額外負(fù)載，所以連入探頭后就會(huì)影響被測(cè)電路我以當(dāng)我們分析測(cè)量結(jié)果時(shí)必須考慮探頭的特性以及測(cè)試電路的阻抗。

       有些示波器探頭里沒(méi)有串聯(lián)的電阻，這類(lèi)探頭主要就由一段電纜和一個(gè)測(cè)試頭構(gòu)成，因此，在其工作頻率范圍或有用帶寬之內(nèi)，探頭對(duì)信號(hào)沒(méi)有衰減作用。這類(lèi)探頭稱(chēng)為1：1或X1探頭。由于這類(lèi)探頭在測(cè)試點(diǎn)處將其自身的電容(包括電纜的電容)與示波器的輸入阻抗連在了一起，所以這種探頭具有負(fù)載效應(yīng)。

      示波器探頭的等效電路

       當(dāng)信號(hào)頻率嗇時(shí)，探頭的容性負(fù)載效應(yīng)京戲得更加顯著。由于電纜的類(lèi)型和長(zhǎng)度的不同以及探頭本身構(gòu)造等原因，1：1探頭的輸入電容通常可以從大約35pF到100pF以上，這等于給被測(cè)電路施加了一個(gè)低阻抗菌素負(fù)載，具有47pF輸入電容1：1探頭在20MHz之下的電抗僅為169W，這就使得這個(gè)探頭在此頻率無(wú)法使用。

      衰減式探頭減小了負(fù)載效應(yīng)

      我們可以在探頭中增加一個(gè)和示波器輸入阻抗相串聯(lián)的阻抗，用這種辦法就可以減小探頭的負(fù)載效應(yīng)。然而，這就意味著輸入電壓不能*加到示波器的輸入端，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在已經(jīng)引入了一個(gè)分壓器。

       給出了一處簡(jiǎn)化的探頭等效電路，Rp和Rs構(gòu)成了一個(gè)10：1的分壓器，Rs為示波器的輸入阻抗。調(diào)節(jié)補(bǔ)償電容C補(bǔ)償使得探頭和示波器械相匹配，視覺(jué)保證了在探頭的獲得正確的頻率響應(yīng)曲線，宋一來(lái)就使得這種探頭的頻率響應(yīng)比1：1探頭頻率響應(yīng)要寬得多。

      10：1示波器探頭電路圖

      示波器的標(biāo)準(zhǔn)輸入電阻為1MΩ。這就要求在探頭中串聯(lián)9MΩ的電阻，使得在低頻時(shí)探頭的輸入阻抗為10MΩ。

      探頭補(bǔ)償

      一個(gè)實(shí)際的10：1探頭具有幾個(gè)可調(diào)的電容和電阻以便在很寬的頻率范圍內(nèi)獲得正確的頻率響應(yīng)，這些可調(diào)元件的大多數(shù)都是在制造探頭時(shí)由工廠調(diào)好的。只有一個(gè)微調(diào)電容留給用戶去調(diào)節(jié)。這個(gè)電容稱(chēng)為低頻補(bǔ)償電容，應(yīng)當(dāng)通過(guò)調(diào)節(jié)這個(gè)電容使得探頭和與相配用的示波器匹配，使用示波器前面板上的信號(hào)輸出可以很容易地進(jìn)行這項(xiàng)調(diào)節(jié)工作，示波器的這個(gè)輸出端標(biāo)有"探頭調(diào)節(jié)"、"校準(zhǔn)器""CAL"或者"探頭校準(zhǔn)"等標(biāo)志，并能送出一個(gè)方波輸出電壓。方波中包含很多頻率分量。當(dāng)所有這些分量都以正確的幅度送至示波器時(shí)，就能在示流器屏幕上再現(xiàn)方波信號(hào)。

      在2kHz方波和1MHz正弦波之下觀察不同探頭補(bǔ)償情況的影響。