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06-06
对于示波器来说，其输入接口一般为BNC或3.5mm同轴接口。
如果被测设备的输出采用类似的同轴接口连接器，可以直接通过电缆连接到示波器；如果要测试PCB板上的信号，或者被测信号使用同轴连接器以外的连接器，则需要相应的示波器探头。
使用过示波器的人都会接触过探头。
通常我们所说的示波器是用来测量电压信号的（也有测量光或电流的，首先通过相应的传感器转换成电压测量值）。
探头的主要作用是将被测电压信号从测量点引至示波器进行测量。
下图显示了各种示波器探头。
大多数人更注重示波器本身的使用，却忽略了探头的选择。
事实上，探头是被测信号与示波器之间的中间环节。
如果信号在探头处已经失真，那么再好的示波器也没用。
下图是一个例子。
典型 MHz 无源探头本身的上升时间约为 ps。
用此探头测试上升时间为ps的信号，即使不考虑示波器带宽的影响，信号通过探头后的上升时间也发生了变化。
变成了PS。
因此，探头对测量的影响不容忽视。
对于高斯频率响应的示波器和探头，由探头和示波器组成的测量系统的带宽通常可以用以下公式计算： 对于平坦响应的示波器和探头，由它们组成的测量系统的带宽带宽取决于带宽最小的部分。
可见探头和连接方式对测试系统影响很大。
其实探头的设计比示波器的设计难度要大得多，因为示波器内部可以很好的屏蔽，不需要经常拆卸。
探头除了满足检测的便利性要求外，还必须保证至少与示波器一样好。
带宽要困难得多。
让我们回顾一下示波器的发展历史。
很多高带宽实时示波器刚出现时并没有相应带宽的探头。
通常需要一段时间才能启动相应带宽的探测器。
选择合适的探头，首先要了解探头对测试的影响，它包括两部分：探头对被测电路的影响和探头本身造成的信号失真。
理想的探头应该对被测电路没有影响，并且信号不会失真。
不幸的是，没有真正的探针能够同时满足这两个条件，并且通常需要在这两个参数之间进行某种折衷。
为了考虑探头对测量的影响，我们通常可以简单地将探头的输入电路等同于如下图所示的R、L、C模型（实际模型要多得多）负责比这），在测试过程中这个模型需要与我们的被测电路一起进行分析。
首先，探头本身具有输入电阻。
就像用万用表测量电压的原理一样，为了尽量减少对被测电路的影响，要求探头本身的输入电阻Rprobe尽可能大。
但由于Rprobe不可能无穷大，它会与被测电路产生分压，导致实际测量的电压与探头的真实电压不同。
这种情况在一些电源或者放大电路的测试中经常遇到。
为了避免探头阻性负载的影响，一般要求探头的输入电阻至少比源阻抗和负载阻抗大10倍。
大多数探头的输入阻抗范围从几十千欧到几十兆欧。
其次，探头本身具有输入电容。
这个电容不是故意内置的，而是探头的寄生电容。
这种寄生电容也是影响探头带宽的最重要因素，因为这种电容会衰减高频分量并减慢信号的上升沿。
一般来说，高带宽探头的寄生电容相对较小。
理想情况下，探头的寄生电容 Cprobe 应为 0，但实际上这是不可能的。
一般无源探头的输入电容在10pf到几百pf之间，带宽较高的有源探头的输入电容一般在0.2pf到几个pf之间。
由于寄生电容的存在，探头的输入阻抗（注意，不是直流输入电阻）会随着频率的增加而减小，从而影响探头的带宽。
下图是两种常用探头的输入阻抗随频率变化的曲线。
两种探头的输入阻抗在直流条件下均为高阻抗：最常用的 MHz 带宽的高阻抗无源探头在直流条件下。
它可以具有10MΩ的输入阻抗，而另一种2GHz带宽的单端有源探头在直流时的输入阻抗为1MΩ。
然而，由于左侧的高阻抗无源探头具有较大的寄生电容，因此其输入阻抗随着频率的增加而下降得更快。
当频率达到70MHz时，其输入阻抗远小于寄生电容。
小型有源探头。
因此，输入寄生电容对探头带宽有非常大的影响。
其次，探头输入的信号也会受到寄生电感的影响。
探头的输入电阻和电容相对容易理解，但探头输入端的电感常常被忽视，尤其是在进行高频测量时。
电感从何而来？我们知道，有电线就会有电感。
探头和被测电路之间必须有电线连接。
同时，信号的回流也必须经过探头的地线。
示波器探头常用的接地线对于 1mm 探头长度通常具有约 1nH 的电感。
信号线和地线越长，电感值越大。
如下图所示，探头的寄生电感和寄生电容形成谐振电路。
当电感值太大时，谐振频率很低，在输入信号的激励下容易产生高频谐振，造成信号失真。
因此，高频测试时需要严格控制信号线和地线的长度，否则很容易出现振铃。
在了解探头的结构之前，我们还需要首先了解示波器输入接口的结构，因为这是连接探头的地方。
示波器的输入接口电路和探头共同构成了我们的检测系统。
大多数示波器输入接口都是BNC或BNC兼容的形式（一些高带宽示波器会使用一些特殊设计的接口，例如2.92mm或1.85mm同轴接口）。
如下图所示，很多通用示波器在输入端都有1M欧姆或50欧姆的可切换匹配电阻。
示波器探头的类型有很多种，但示波器的匹配只有两种选择：1M欧姆或50欧姆。
不同类型的探头需要不同的匹配电阻形式。
从电压测量的角度来说，为了对被测电路影响不大，示波器可以采用1M欧姆的高输入阻抗，但高阻抗电路的带宽对被测电路的影响非常敏感寄生电容。
因此，1M欧姆的输入阻抗广泛用于M带宽以下的测量。
对于较高频率的测量，通常使用50欧姆传输线，因此示波器的50欧姆匹配主要用于高频测量。
传统上，市场上大多数带宽低于MHz的示波器只有1M欧姆输入，因为它们不用于高频测量；大多数带宽为 MHz 至几 GHz 的示波器都具有 1M 欧姆和 50 欧姆的开关选项，同时考虑到高频和低频。
测量;大多数带宽为几 GHz 或更高的示波器只有 50 欧姆输入，因为它们主要用于高频测量。
从广义上讲，测试电缆也是探针的一种，比如BNC或SMA电缆，而且这种探针价格便宜，性能高（前提是电缆的质量不是太差），但是使用测试电缆时需要连接。
被测电路上也有BNC或SMA接口，因此应用受到限制，主要用于射频和微波信号测试。
为了测试数字或通用信号，通常需要专用探头。
下图显示了示波器常用的一些探头的分类。
示波器探头根据是否需要供电可分为无源探头和有源探头。
根据被测信号类型可分为电压探头、电流探头、光探头等。
所谓无源探头是指整个探头由无源元件组成，包括电阻、电容、电缆等.;有源探头一般内部有放大器，放大器需要供电，所以称为有源探头。
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