探头做为示波器的“眼睛“,在信号测量中有着至关重要的作用;那么如何选择合适的探头就成为了一个工程师的必修课。
首先,探头的种类有很多,常用的探头有两大分类,分别是电压和电流;其中电压探头又分有源探头和无源探头;按电压等级分类可分为高压和低压探头,高压和低压中又分单端和差分探头……

理想的探头

绝对的信号保真度,没有信号源负载效应,高抗噪性。
理想的探头将不影响信号的测量
带宽无限
零输入电容
无穷大输入电阻
无限动态范围
衰减为1
零延时
零相移
机械尺寸与待测点十分吻合
但是实际上不存在这样的探头,可能一个带有S参数信息的低损耗的高频SMA线缆,经过在示波器里面的去嵌操作之后,可以差不多认为是一个理想的探头。
各类探头的特点

无源探头
优点:
1x(无衰减)
价格便宜
缺点:
端接:输入阻抗很低
非端接:非常高的反射;非常高的输入电容;低的带宽

高阻无源探头
优点:
高输入电阻
宽动态范围
价格便宜
坚固耐用
输入电容小于Cvs1XProbe
缺点:
高输入电容C
与50欧姆系统不兼容
必须经过补偿
应用:
低功率设备
维修
生产工程测试研发

优点:
低输入电容
高带宽
高输入电阻R
适合50W或1MW
无须补偿
缺点:
造价较高
动态范围比较小
较易损
需要供电

用于浮地信号测量
用于差分信号测量
电压量程与带宽成反比
属于有源探头的一种,需要供电
应用:
浮动测量
开关电源设计
电机驱动设计
电子镇流器设计
CRT显示设计
电源转换器的设计
服务动力装置评估

一般用于低压高速信号的测量
带宽较高,量程较低
更高要求的连接方式
属于有源探头的一种,需要供电
应用:
高速数字系统设计
组件设计/描述
信号完整性,抖动和时序分析
机械工程与测试
测量3.0V逻辑,InfiniBand,PCIExpress,DDR,Rambus数据线,千兆以太网

电流探头
示波器测试电流最普遍,最常用的探头
测量量程与带宽成反比
AC/DC电流探头量程一般在2000A以内
AC电流探头量程或可达10000A以上
属于有源探头的一种,需要供电
应用:
电源
半导体设备
功率逆变器/转换器
电子镇流器
工业/消费电子产品
移动通信
马达驱动器
交通运输系统

极高的输入阻抗,通常在几十,上百MΩ
针对对地的高压单端信号1000V,2500V,20000V
带宽相对较高,价格便宜
应用:
电源设计
设计电机拖动
电子镇流器
功率半导体
开关模式控制
UPS系统
功率整流器

低压单端探头
通常用于测量低于12V以地参考的高速信号。
通常具备很低的输入电容(0-1pF),对电路负载影响很小
带宽通常较高
应用:
检验、调试和表征高速设计
信号完整性、抖动和定时分析
制造工程和测试
信号电压摆幅最高8Vp-p

低噪声电源纹波探头
专门用于纹波测量的探头
低衰减倍数,低负载效应
高带宽,低动态范围
低噪声,高直流偏移
价格昂贵
应用:
探测汽车、工业和消费市场中芯片组的电源轨电压供电和控制功能
探测数字功率管理、内存和以太网连接能力
探测高频电源轨上的噪声源

光隔离探头
针对于三代半导体器件测试
同时具备高差分电压,高共模电压
高带宽,高共模抑制比等优点
应用:
使用SiC或GaN、FET或IGBT的半/全桥设计
浮动测量
功率转换器设计
电源设备评估
开关电源设计
逆变器设计
电机驱动设计
电子镇流器设计
EMI和ESD故障排除
电流并联测量

提供多个通道的输入
只具备分辨高,低电平的能力
一般用于信号的协议解码分析

近场探头
精确定位磁场干扰源
电磁场强度检测
可以用于EMI
以上介绍的种种探头,均用于常规的电压,电流测量;但是当今的示波器趋向高度集成化,许多厂家将信号发生器,频谱仪,逻辑分析仪等功能模块集成到示波器内部,为了配合这些功能的使用,更多的探头将应用到示波器上;例如配合逻辑分析仪使用的逻辑探头,配合频谱仪使用的近场探头。
