在理想情况下，所有探针都应该是一根导线，不会对被测设备造成任何干扰。 连接到电路时，它具有无限的输入电阻。 电容和电感为零。 这将准确复制被测信号。 但现实情况是，探头将给电路带来负载影响。 探头上的电阻，电容和电感成分可能会改变被测电路的响应。
每个电路都不同，它们具有各自的电气特性。 因此，每次探测设备时，都需要考虑探头的特性，并选择对测量影响最小的探头。 考虑的范围包括通过电缆从示波器输入到被测设备上的特定连接点的完整连接，以及用于连接到测试点的任何附件或额外的导线和焊接。
了解测试中可能遇到的错误以及如何 通过更好的操作可以改善测量。 探头的电气特性会影响测量结果和电路的运行。 采取措施确保这些影响在可接受的范围内是成功进行测量的关键步骤。 使用示波器时，存在七个常见错误：
示波器探头的电气特性会影响测量结果和电路的工作。
采取措施确保这些影响在可接受的范围内，是成功测量的关键步骤。
错误 1 - 没有校准探头
在将探头交付给您之前已对其进行了校准，但并未针对示波器的前端进行过校准。 如果未在示波器输入上对它们进行校准，则无法获得测量结果。
有源探头
如果未将有源探头校准到示波器，则将看到垂直电压测量值与上升沿时序之间的差异（可能会有些失真）。 大多数示波器具有参考或辅助输出功能，以及指导您进行探头校准的指南。
图 1 显示了通道 1（黄色迹线）上的 SMA 电缆和适配器输入到示波器的 50 MHz信号。绿色迹线是通过通道 2 上的有源探头输入到示波器的同一信号。请注意，通道 1 上的发生器输出为 1.04 Vpp（伏特峰峰值），通道 2 上探测到的信号为 965 mV （毫伏）。另外，通道 1 与通道 2 的偏移高达 3 ms（毫秒），所以上升时间根本不能排成一行。
图 1：发生器输出和探测到的信号
如果我们校准此探头，结果将大大改善。 经过适当的幅度和偏移校准后，您可以在图2中看到结果。现在幅度被提高到972 mVpp，纠正了偏移，并且两个上升时间保持不变。
图 2：经过幅度和偏移校准后
无源探头可以调节探头的可变电容，以使补偿与所使用示波器的输入完全匹配。 大多数示波器都有方波输出，可用于校准或参考。 探测此连接并检查波形是否为方波。 根据需要调整可变电容器，以消除任何下冲或过冲。
技巧：示波器可能有调节探头补偿的功能，您也可以手动更改。
将探头校准到与示波器保持一致，以获得被测信号最准确的表示。
错误 2 - 增加探头负载效应
只需将探头连接到示波器并用您的设备触摸它，探头就会成为电路的一部分。 探头施加在设备上的电阻，电容和电感负载效应会影响示波器屏幕上显示的信号。 这些负载效应可能会改变被测电路的工作状态。 了解这些负载效应可以帮助您避免为特定电路或系统选择错误的探头。 该探头具有电阻，电容和电感特性，如图3所示。
图 3：探头的基本电路
为了到达周围环境太小的检测点，您可能需要找到增加长引线或电线的方法。 但是，在探头上添加附件或探头会减小带宽并增加负载效果，这将导致频率响应不再平坦。
通常，探头的输入线或导线越长，带宽的减小越大。 窄带宽测量可能不会受到太大影响，但是当进行更宽的带宽测量时，尤其是在1 GHz以上时，您需要仔细选择所使用的探头和附件。 随着探头带宽的减小，您将无法测量快速上升时间。 图4显示了随着附件长度的增加，示波器显示的上升时间如何降低。 为了获得最精确的测量，最好使用最短的探头。
图 4：不同的探头引线长度对应的探头负载效应
使用尽量短的引线来保持探头的带宽和精度。
另外，最好要使用较短的接地引线，因为它们越长，引入的电感就越多。保持接地线尽量短并尽量靠近系统接地点，以便确保可重复和准确的测量。
技巧：如果必须在探针上添加导线才能接触到难以到达的探测点，那么最好为探针添加一个电阻，以减弱所添加的导线引起的谐振。添加长引线时，您可能无法解决带宽限制问题，但可以将频率响应变平坦。为了确定将要使用的电阻大小，可以探测一个已知方波，例如示波器上提供的参考方波。如果电阻设置正确，您将会看到一个干净的方波（除了其带宽可能受限之外）。如果信号发生振铃，请增加电阻的大小。单端探头只需要在探针处增加一个电阻。如果您使用的是差分探头，请为每根引线添加一个电阻。
图 5：在探针上增加一个电阻，可以克服长探头连接所引起的谐振，减少振铃和过冲。但是，它不能解决由于添加引线导致的带宽限制
使用电阻抑制因长探头引线导致的峰值。
错误 3 - 没有充分利用您的差分探头
许多人认为差分探头仅在探测差分信号时使用。 您是否知道在探测单端信号时还可以使用差分探头？ 这将为您节省大量时间和金钱，并提高测量精度。 最大限度地使用差分探头以获得最佳的信号保真度。
差分探头可以执行与单端探头相同的测量，并且由于差分探头在两个输入端子上具有共模抑制，因此可以大大降低差分测量结果的噪声。 这使您可以更好地表示被测设备的信号，而不会被检测所添加的随机噪声所误导。
请在下一页上看到图6中的蓝色单端测量信号和图7中的红色差分测量信号。 由于单端探头缺少共模校正功能，因此蓝色单端测量结果比红色差分测量结果噪声更大。
图 6：单端测量
图 7：差分测量
差分探头可以执行与单端探头相同类型的测量，但共模抑制功能使其噪声明显降低。
错误 4 - 选择了错误的电流探头
大电流和小电流测量需要捕获的细节并不相同。您需要知道为应用选择哪种电流探头更合适，以及使用错误的探头可能会遇到哪些麻烦。
大电流测量：
如果使用钳式探头测量大电流（10A-3000A），则设备必须足够小，以使钳式探头能够钳住它。 如果设备太大而无法夹紧探针，工程师可能会找到一种方法，将更多的导线添加到探针夹中，但这会改变被测设备的特性。 更好的方法是使用正确的工具。
最好的解决方案是使用带有柔性环形探头前端的高电流探头。 您可以将此柔性电路缠绕到任何设备上。 这种探头称为Rogowski线圈。 它使您无需添加具有未知特性的组件即可探测设备，从而使测量结果保持高度的信号完整性。 它们还使您能够测量从mA电平到数百kA的大电流。 请注意，它们仅测量交流电流，因此直流分量将被隔离。 它们的灵敏度也低于某些当前的探头。 对于大电流测量，这通常不是问题。 但是，在测量小电流时，灵敏度和查看直流分量的能力变得非常重要。 请记住，对一种测量有效的方法不一定适用于另一种测量。
图 8：缠绕到元器件上的 Rogowski 探针
使用适合被测设备的大电流探头。
小电流测量
如果测量电池供电设备的电流，则动态范围会有很大变化。 如果由电池供电的设备处于空闲状态或仅在处理一些后台任务，则其当前峰值将很小。 当设备切换到更活跃的状态时，峰值电流将大大增加。 使用垂直刻度更大的示波器设置，您可以测量大信号，但是小电流信号将被测量噪声掩盖。 另一方面，如果您使用较小的垂直刻度设置，则会截断大信号，并且测量结果将失真且无效。
所选的电流探头不仅应该能够测量从µA到A的宽范围，而且还能够使用多个放大器同时查看电流偏差。 探头中的两个可变增益放大器使您可以设置缩放视图以查看较小的电流波动，还可以缩小以同时查看高电流尖峰（请参见图9）。
图 9：配有两个可变增益放大器的电流探头让您可以一次同时查看大小电流偏差。本例中展示的是 Keysight N2820A/21A 高灵敏度电流探头
使用具有足够灵敏度和动态范围的小电流探头来捕捉信号的所有方面内容和细节。
错误 5 - 在纹波和噪声测量期间会错误地处理直流偏置
直流电源上的纹波和噪声是由较大直流信号上的小交流信号形成的。当直流偏置较大时，您可能需要在示波器上使用较大的每格电压设置才能在屏幕上显示信号。与小交流信号相比，这样做会降低测量的灵敏度并增加噪声。这意味着您无法获得信号交流部分的准确表示。如果使用隔直流电容器来解决这个问题，那么将不可避免地阻隔部分低频交流内容，使您无法观察到信号在经过设备上的元器件时发生的变化。
使用具有较大偏置功能的电源探头，可以将波形置于屏幕中间，而无需移除直流偏置。这样可以让整个波形都显示在屏幕上，同时保持垂直标度较小且处于放大状态。通过这些设置，您可以查看瞬态、纹波和噪声的细节。
使用具有较大偏置功能的电源探头，可以不用消除信号的直流部分，便能查看瞬态、纹波和噪声的细节。
错误 6 - 未知的带宽限制
在进行重要测量时，务必选择具有足够带宽的探头。带宽不足会使信号失真，使您很难做出明智的工程测试或设计决定。
普遍接受的带宽计算公式为：评测从 10％ 到 90％ 的上升沿时，带宽乘以上升时间等于 0.35。
值得注意的是，您的整个系统带宽也是需要考虑的重要因素。探头和示波器的带宽都要考虑，从而确定系统带宽。计算系统带宽的公式如下所示。
例如，假设您的示波器和探头带宽均为 500 MHz。使用上面的公式可知，系统带宽将为 353 MHz。您可以看到，与探头和示波器的两个单独带宽相比，系统带宽大大降低。
现在，如果探头带宽仅为300 MHz，示波器带宽仍为 500 MHz，那么应用上述公式，系统带宽进一步降至 257 MHz。
探头和示波器组成了一个“系统”，对带宽的整体影响比它们单独的影响都要大。
错误 7 - 被掩盖的噪声影响
探头和示波器的噪声可能会导致被测设备的噪声显得更大。为您的应用选择具有合适衰减比的探头，将会减小探头和示波器所添加的噪声。因此，您就能够获得更准确的信号，更清晰地查看被测设备的情况。
许多探头制造商将探头噪声描述为等效输入噪声（EIN），并以 Vrms 为单位表示。较高的衰减比使您可以测量较大的信号，但缺点是示波器将检测到这些比率并同时放大信号及其噪声。为了了解这一效应的实际结果，图 10 中的绿色迹线显示了使用 10:1 探头放大后的噪声。
图 10：使用 1:1 和 10:1 探头测得的 50 mVp-p 正弦波
有一种方法可以简单地估算探头噪声大小，这就是从探头的技术资料或手册中检索该探头的衰减比和探头噪声电平。
每个电路和测试环境都各不相同。在一个环境中有效的探头，在另一个环境中不一定仍有效。在有些使用场景中，使用附件是可以接受的。但在其他场景中，只有采用与被测设备最简单、最短的连接，才能实现成功测量。有些变通的测量方法对测试结果的影响相对较小。因此，您必须了解在每个测试场景中，使用何种工具和技术可以得到准确的测试结果。
了解这些常见的探测错误可以帮助您为应用选择更合适的探测方法。
