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示波器探头的介绍
  各种示波器最重要的指标是频率带宽,这通常是指示波器面板输入端在与输入阻抗匹配的情况下测得的性能.被测电路与示波器输入端之间需要通过探头连接,因此探头的频率特性对整体性能有着决定性的影响.如果把示波器比喻为人的躯干,则探头就是四肢。四肢不灵,做事不成。
  探头分有源探头和无源探头两类,有源的输入阻抗高,但带宽达不到 1GHz;无源的阻抗低,但带宽可超过 1GHz.无源探头最通用,约占总数的 90%,通常提供 10:1 衰减和 10MΩ输入电阻,以便与示波器的 1MΩ输入电阻匹配从图 1 中可见,性能良好的探头有多个 RC 元件,其衰减比用下面公式计算:
Vout/Vin=R2/(R1+R2)
  正确的补偿条件为:R1C1=R2(C2+C3).在此条件下频率特性最佳,校正用输入方波显示没有失真。
  带探头的电缆有一根高电阻芯线，用以在高频段衰减瞬时振荡.芯线与电缆屏蔽层以及绝缘层构成分布的 RC 网络，需要微调电容 C1 调谐。还要有一个电位器调整衰减比例，把探头校正好可以减小测量误差。在测量快速脉冲时，应按供应商给的说明调整微调电容以改善探头性能。要记住，用户不能补偿 1:1 探头的大电容(100pF 左右)，它是被测电路的负载,限制探头带宽。因此，没有 1:1 的有源探头。
  10:1、50Ω探头比使用 10:1、1MΩ探头有更大的带宽，前者可达 9GHz，而后者只能到 500MHz。
  探头之前必须知道被测电路能否驱动足够的电流给探头，也必须知道高压无源探头能否耐受很大的 dV/dt 变化率。图 2 中表示出三种信号，它们的 dV/dt 变化率都是 1000V/μs，尽管波形和幅度不同。如果使用衰减为 1：1、带宽是 10MHz 的探头，会把 1μs 上升沿的谐波滤掉，也限制了变化率。若要避免限制信号的变化率，被测电路在上升时间内要能供给10mA 的电流对探头的 100pF 输入电容充电。若把探头衰减放在 10：1 位置上，能把电流减小到 2mA，若用 100：1 探头，其输入电容可小到 1.5pF。
  探头的带宽是固定的，而有源探头的带宽可以扩展覆盖，这是有源探头的优势。有源探头的不利条件是成本高、尺寸大，输入电压和功率有一定的限制，在其前端处有放大电路。现在有的新型示波器，装设有独立的前端放大器。随着探头衰减比较不同，输入电压有所变化。典型的是在 1：1 和 10：1 上输入电压为 10V 或更低。尽管如此，最大的无破坏输入电压可达 150V-200V。
  严格审查有源探头的准确度、温漂、长期稳定度、噪声和线性度等指标，保证探头能承受所加信号，又不致于使示波器指标有所降低，即使示波器有过载发生也能很恢复过来，这是很重要的。
  在高频段正确使用探头也是很重要的。许多信号源都有一个接地参考点（OV），用无源的或有源的单端探头都能很好地工作。如果信号源的参考点不是 OV，就应使用差分测量法，否则会发生短路现象，损坏仪器。
  要记住，不要把示波器与地隔离开而浮置起来。用单端探头做差分测量是很危险的。通常示波器的输入端与地之间接有 10pF 或 15pF 电容.也有少数大型示波器在输入端与地之间接有 100pF 的电容,若用它做差分测量,由于存在不平衡的容性负载,使信号扭曲。量无零点参考信号时,用差分探头能解决这些问题.用两个探头分别接在示波器的两个通道上,设置示波器显示出两者相减的结果.此两探头应选用匹配好的一对,所谓匹配好实际上是指两探头的电缆要一样长,即对信号的延迟要一样,其输入电容、电阻和衰减也一样。
  用微调电容可以减小两者的差别。
  试之前，将两个探头都接到同一个有代表性的信号上，根据示波器上两波形的差别对两探头进行细致地调整，以改善共模抑制。如果观察的是大差分信号的小共模电平，匹配好的探头用起来是很满意的。若是观察小差分信号大共模电平则看不到信号的细致部分。用一个差分探头比用两个单端探头进行测量更能取得最高的准确度，而且只用示波器的一个通道即可，有源差分探头的共模抑制比不需很高。在差分信号较大时，探头的缺点如热影响、长期漂移以及本身产生的噪声就显得不重要了。有源差分探头不允许输入信号有较大的变化率，否则显示的波形模糊不清。好的示波器配上质量好的探头能清楚地显示出波形切换沿的谐波频率如同显示幅度那样，这有赖于示波器和探头的变化率更大。
  想要获得尽可能高的准备度和信号的逼真度，且能接受 100MHz 的带宽，应当考虑使用独立的差分放大器和一对匹配好的探头，这样的搭配能从根本上改善示波器的灵敏度、过载恢复、热漂移和噪声等指标。
  在有很大共模电压的情况下进行测量，应当使用一个隔离入大器，它有用电池供电的输入部分和从结构上可以分开的输出单元。用这种隔离器能很安全地测量有大共模电压中的快速差分信号。
  在什么情况下使用探头都需要配上一套附件，才能做出满意的测量。
示波器探头的使用
  别看一个示波器探头很简单，其实还是很有讲究的。以下是使用示波器探头的一点小经验，供大家使用时参考一下。
  首先是带宽，这个通常会在探头上写明，多少 MHz。如果探头的带宽不够，示波器的带宽再高也是无用，瓶颈效应。
  另外就是探头的阻抗匹配。探头在使用之前应该先对其阻抗匹配部分进行调节。通常在探头的靠近示波器一端有一个可调电容，有一些探头在靠近探针一端也具有可调电容。它们是用来调节示波器探头的阻抗匹配的。如果阻抗不匹配的话，测量到的波形将会变形。调节示波器探头阻抗匹配的方法如下：首先将示波器的输入选择打在 GND 上，然后调节 Y 轴位移旋钮使扫描线出现在示波器的中间。检查这时的扫描线是否水平（即是否跟示波器的水平中线重合），如果不是，则需要调节水平平衡旋钮（通常模拟示波器有这个调节端子，在小孔中，需要用螺丝刀伸进去调节。数字示波器不用调节）。然后，再将示波器的输入选择打到直流耦合上，并将示波器探头接在示波器的测试信号输出端上（一般示波器都带有这输出端子，通常是 1KHz 的方波信号），然后调节扫描时间旋钮，使波形能够显示 2 个周期左右。调节 Y 轴增益旋钮，使波形的峰-峰值在 1/2 屏幕宽度左右。然后观察方波的上、下两边，看是否水平。如果出现过冲、倾斜等现象，则说明需要调节探头上的匹配
电容。用小螺丝刀调节之，直到上下两边的波形都水平，没有过冲为止。当然，可能由于示波器探头质量的问题，可能调不到完全无失真的效果，这时只能调到最佳效果了。
  另外就是示波器上还有一个选择量程的小开关：X10 和 X1。当选择 X1 档时，信号是没经衰减进入示波器的。而选择 X10 档时，信号是经过衰减到 1/10 再到示波器的。因此，当使用示波器的 X10 档时，应该将示波器上的读数扩大 10 倍（有些示波器，在示波器端可选择 X10 档，以配合探头使用，这样在示波器端也设置为 X10 档后，直接读数即可）。当我们要测量较高电压时，就可以利用探头的 X10 档功能，将较高电压衰减后进入示波器。另外，X10 档的输入阻抗比 X1 档要高得多，所以在测试驱动能力较弱的信号波形时，把探头打到 X10 档可更好的测量。但要注意，在不甚明确信号电压高低时，也应当先用 X10 档测一下，确认电压不是过高后再选用正确有量程档测量，养成这样的习惯是很有必要的，不然，哪天万一因为这样损坏了示波器，要后悔就来不及了。经常有人提问，为什么用示波器看不到晶振引脚上的波形？一个可能的原因就是因为使用的是探头的 X1 档，这时相当于一个很重的负载（一个示波器探头使用×1 档具有上百 pF 的电容）并联在晶振电路中，导致电路停振了。正确的方法应该是使用探头的 X10 档。这是使用中应当注意的，即或不停振，也有可能因过度改变振荡条件而看不到真实的波形了。
  示波器探头在使用时，要保证地线夹子可靠的接了地（被测系统的地，非真正的大地），不然测量时，就会看到一个很大的 50Hz 的信号，这是因为示波器的地线没连好，而感应到空间中的 50Hz 工频市电而产生的。如果你发现示波器上出现了
一个幅度很强的 50Hz 信号（我国市电频率为 50Hz，国外有 60Hz 的），这时你就要注意下看是否是探头的地线没连好。由于示波器探头经常使用，可能会导致地线断路。检测方法是：将示波器调节到合适的扫描频率和 Y 轴增益，然后用手触摸
探头中间的探针，这时应该能看到波形，通常是一个 50Hz 的信号。如果这时没有波形，可以检查是否是探头中间的信号线是否已经损坏。然后，将示波器探头的地线夹子夹到探头的探针（或者是钩子）上，再去用手触摸探头的探针，这时应该看不到刚刚的信号（或者幅度很微弱），这就说明探头的地线是好的，否则地线已经损坏。通常是连接夹子那条线断路，通常重新焊上即可，必要时可更换，注意连接夹子的地线不要太长，否则容易引入干扰，尤其是在高频小信号环境下。
  示波器探头的地线夹子应该要靠近测量点，尤其是测量频率较高、幅度较小的信号时。
  因为长长的地线，会形成一个环，它就像一个线圈，会感应到空间的电磁场。另外系统中的地线中电流较大时，也会在地线上产生压降，所以示波器探头的地线应该连接到靠近被测试点附近的地上。

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