如何选择示波器的探头？（基础篇）

下面，我们来看看为什么探头使用方法不同观测到的波形会发生不同？

这是探头的基本构造和原理决定的。

探头是用来从被测量对象身上拾取信号传送到示波器的工具，主要由探头头部、电缆、校正盒组成。探头被用来连接被测量电路与示波器，为了实现精确测量，对探头的要求非常之高。

判断探头是否适用，有如下3个基准：

能够满足测量要求，精确复现波形的，就是理想中的探头——

但是，“理想”的探头，在现实中并不是真实存在，我们能做的就是无限接近“理想”。探头或多或少都会对测量对象产生影响，因而也会影响到测量结果。探头影响测量结果是不能绝对避免的，所以在此基础上正确理解测量结果显得尤为重要。

不同的探头适用于不同的环境。选择最合适的探头是测量的第一步。

首先需要了解需要测量的信号。

电信号基本就是测量电压或电流，频率高或低、振幅多少、测量对象的输出电阻高或低、差分是否需要通过绝缘来测量等。

理解了测量对象，就可以从种类丰富的探头中做出选择。

市场上有对应测量高电压、高速信号或用于多种场景的丰富的探头类型。

对于电流探头，因其可以进行非接触式测量，所以不会对测量对象产生过大的影响。

我们着重看看电压探头如何选择——

规格

选择电压探头时需要确认的4种规格：

主要用途

以无源与有源探头为例，我们简要说明差分探头的结构和注意事项。

在示波器用探头里，最为常用的便是无源探头。无源探头坚固耐用，加之可以扩展测量电压的范围，所以用途非常广泛。

等效电路可按照R1、C2、R2、C2'(=Ccable+Cv+C2)表示。

除了Cv，其他均为定值。

在DC里，C的电阻无限大，因此此电路的衰减比由R2/(R1+R2)决定。

为了在高频里获得同样的衰减比，需要将C1与C2’的电阻比与R2、R1的电阻比调成相同的数值。

C1：C2'=R2:R1→R1C1=R2C2'

通过适当调整Cv，可以在DC到高频中获得正确的振幅。反之，未做适当调整时，随着频率的变动，振幅会时小时大，无法获得正确的振幅。

无源探头的作用便是分压电压，使其衰减至示波器的输入范围之内，以及增加输入阻抗，降低输入电容。

可不使用高阻抗时，R1在450Ω时可被称为无C1的电阻探头。

使用10:1无源探头 - 首先需要正确调整！

连接示波器与探头，调整探头上的可变电容器，使不同频率下的增益稳定。相位调整不正确时，振幅看起来会过小或者过大，从而导致错误结果。

下图是利用示波器的CAL输出(1KHz方波)进行调整的示例。

如果校正不正确，就会在错误的波形振幅下进行观测。

如果你测试的信号振幅比预想的大，就尝试用2根探头观测同样的信号，2根探头观测到的信号振幅不同，那么你就需要校正探头。

探头校正，可使用方波来进行调整，但如果调整不当，测量方波时其影响会非常明显。

可是这种影响，在测量更高方波频率的波形时，却不容易被人识别。正弦波亦是如此。

如上图所示，校正不当时，输入小于1kHz的信号后其结果便显而易见。频率更快的信号和正弦波的观测结果如图所示，没有明显异常，但实际上振幅受到了影响，无法精确测量。

10:1无源探头的构成(数10MHz以上的等效电路示意图)

这里展示的探头系统为利用了示波器输入电阻的分压电路。高频下的示波器输入电阻，即使生产商相同，机器规格不同也会有所不同，因此探头会根据机型进行细致的调谐。也就是说，即便是同一个探头，如果连接的示波器机型(输入电阻)发生变化，1/10的分压也会失衡，无法获得正确的波形。

注意，在10MHz以上的频率时，使用非指定的探头无法保证其获得正确的频率特征。实际上根本不能使用！

上面的探头等效电路是低频而阻抗较大的情况。随着频率升高，阻抗也同时减少。在阻抗减少的过程中通过匹配RC的时间常数，把衰减维持在一定水平上。

频率越高阻抗越小，此时显现电感元件造成的影响，在共同的影响作用下阻抗增大，随频率发生变化。不管是窄频还是宽频，示波器因阻抗之间分压的存在，采用了可尽量能控制阻抗变动的设计。

有电线就必有电阻、电感、电容，但是线材性能与部件的电容占主导地位，因此此处略过。

同轴电缆在高频下可视作传输线。示波器的输入端为高阻抗端，因此可被视作开路，探头终端会发生全反射，会发生波长相当于电缆长度1/4的谐振。

C=300000000m/s f=v/λ v=c/ √电容率 电容率=2.2

电缆长1.5m时，以33.3Mhz进行谐振。

电缆长1m时，以50MHz进行谐振。

（未完待续）