示波器探頭基礎(chǔ)知識(shí)

ScopeArt先生"團(tuán)隊(duì)成員示波器探頭是示波器使用過(guò)程中不可或缺的一部分，它主要是作為承載信號(hào)傳輸?shù)逆溌?，將待測(cè)信號(hào)完整可靠的傳輸至示波器，以進(jìn)一步進(jìn)行測(cè)量分析。很多工程師很看重示波器的選擇，卻容易忽略對(duì)示波器探頭的甄別。試想如果信號(hào)經(jīng)過(guò)前端探頭就已經(jīng)失真，那再完美的示波器所測(cè)得的數(shù)據(jù)也會(huì)有誤。所以正確了解探頭性能，有效規(guī)避探頭使用誤區(qū)對(duì)我們?nèi)粘Ｊ褂檬静ㄆ鱽?lái)說(shuō)至關(guān)重要！在絕大多數(shù)示波器測(cè)量環(huán)境下，我們都需要使用探頭。示波器探頭有很多種，內(nèi)部原理構(gòu)造迥異,使用方法也各不相同。本文主要給大家介紹示波器探頭的種類及工作原理，探頭使用過(guò)程注意事項(xiàng)以及如何選擇示波器探頭。1示波器探頭種類及工作原理對(duì)于DC直流或一般低頻信號(hào)而言，示波器探頭只是一個(gè)由特定阻抗R所形成的一段傳輸線纜。而隨著待測(cè)信號(hào)頻率的增加和不規(guī)則性，示波器探頭在測(cè)量過(guò)程中會(huì)引入寄生電容C以及電感L,寄生電容會(huì)衰減信號(hào)的高頻成分，使信號(hào)的上升沿變緩。寄生電感則會(huì)與寄生電容一起構(gòu)成諧振回路，使信號(hào)產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。所有這些都會(huì)對(duì)我們測(cè)量信號(hào)的準(zhǔn)確性帶來(lái)挑戰(zhàn)。圖1探頭電氣特性示意圖示波器探頭按供電方式分可分為無(wú)源探頭和有源探頭。無(wú)源探頭又分為無(wú)源低壓、無(wú)源高壓及低阻傳輸線探頭等，有源探頭又分為有源單端、有源差分、高壓差分探頭等。此外，在一些特殊應(yīng)用下，還會(huì)使用到電流探頭（AC、DC）、近場(chǎng)探頭、邏輯探頭以及各類傳感器（光、溫度、振動(dòng)）探頭等。無(wú)源探頭是最常用的一類電壓探頭，也是我們?cè)谫?gòu)買示波器時(shí)標(biāo)配贈(zèng)送的探頭。如圖2所示。圖2無(wú)源探頭示意圖

無(wú)源探頭一般使用通用型BNC接口與示波器相連，所以大多數(shù)廠家的無(wú)源探頭可以在不同品牌的示波器上通用（某些廠家特殊接口標(biāo)準(zhǔn)的探頭除外），但由于示波器一般無(wú)法自動(dòng)識(shí)別其他品牌的探頭類型，所以此時(shí)需要手動(dòng)在示波器上設(shè)置探頭衰減比，以保證示波器在測(cè)量時(shí)正確補(bǔ)償探頭帶來(lái)的信號(hào)衰減。圖3所示為日常最為常見(jiàn)的一類無(wú)源探頭原理示意圖，它由輸入阻抗Rprobe、寄生電容Cprobe、傳輸導(dǎo)線（一般1至1?5米左右）、可調(diào)補(bǔ)償電容Ccomp組成。此類無(wú)源探頭一般輸入阻抗為10M?,衰減比因子為10：1。圖3無(wú)源探頭原理圖在使用此類探頭時(shí)，示波器的輸入阻抗會(huì)自動(dòng)設(shè)置為高阻1M?。此時(shí)示波器BNC通道輸入點(diǎn)的電壓Vscope與探頭前端所探測(cè)的電壓值Vprobe的關(guān)系滿足以下對(duì)應(yīng)關(guān)系：Vprobe/Vscope=（9M?+1M?）/1M?=10:1由關(guān)系式可知，示波器得到的電壓是探頭探測(cè)到電壓的十分之一，這也是無(wú)源探頭10：1衰減因子的由來(lái)。無(wú)源探頭具備高阻抗10M?,因此它對(duì)待測(cè)電路的負(fù)載效應(yīng)（將在第二部分詳述）很小,能覆蓋一般低頻頻段（500MHz以內(nèi)），耐壓能力強(qiáng)（300V-400Vrms），價(jià)格便宜，通用性好，所以得到廣泛使用。當(dāng)無(wú)源探頭的衰減因子為100：1、1000：1甚至更高時(shí)，此類探頭一般歸類為無(wú)源高壓探頭。由于其衰減比很大，因此能測(cè)量高壓、超高壓電信號(hào)。圖4R&SRT-ZH10圖4R&SRT-ZH10高壓探頭還有一類無(wú)源探頭，其衰減比為1:1,信號(hào)未經(jīng)衰減直接經(jīng)過(guò)探頭傳輸至示波器，其耐壓能力不及其它無(wú)源探頭，但它具備測(cè)試小信號(hào)的優(yōu)勢(shì)。由于不像10：1衰減比探頭那樣信號(hào)需要示波器再放大10倍顯示，所以示波器內(nèi)部噪聲未放大，測(cè)量噪聲更小，此類更適用于測(cè)試小信號(hào)或電源紋波噪聲圖5R&SHZ-1541:1/10:1可調(diào)衰減比無(wú)源探頭無(wú)源傳輸線探頭是另一類特殊的無(wú)源探頭，其特點(diǎn)是輸入阻抗相對(duì)較低，一般為幾百歐姆，支持帶寬更高，可達(dá)數(shù)GHz以上。圖6為輸入阻抗為500?的10：1無(wú)源傳輸線探頭原理圖：圖6傳輸線探頭原理圖傳輸線探頭具備低寄生電容，低輸入阻抗的特性，一般用來(lái)測(cè)量高頻信號(hào)。在使用傳輸線探頭時(shí)應(yīng)該注意將示波器輸入阻抗設(shè)置為50?,以與傳輸線50?阻抗相匹配，傳輸線探頭的典型應(yīng)用為測(cè)量50?傳輸線上的電信號(hào)，通過(guò)SMA-N等不同的轉(zhuǎn)換接頭，傳輸線探頭也可用在頻譜分析儀等其它測(cè)試設(shè)備上。130a圖7傳輸線探頭的典型應(yīng)用130a圖7傳輸線探頭的典型應(yīng)用2叫需要注意的是，由于傳輸線探頭的低阻抗，它的負(fù)載效應(yīng)會(huì)比較明顯。因此，此類探頭僅適用于與低輸出阻抗（幾十至100歐姆）的電路測(cè)試。對(duì)于更高輸出阻抗的電路，我們可以選擇使用高阻有源探頭的方案，將在后續(xù)詳述。圖8R&SRT-ZZ808.0GHz無(wú)源傳輸線探頭介紹完無(wú)源探頭，我們接下來(lái)看看有源探頭。顧名思義，有源探頭區(qū)別于無(wú)源探頭最大的特點(diǎn)是“有源”，即它需要提供電源才能工作。如今大多數(shù)有源探頭都配備有特殊接口，通過(guò)與示波器連接從示波器獲得電源，而不需要額外提供外置電源（某些型號(hào)除外）。下圖所示為有源單端探頭原理圖：圖9有源單端探頭原理圖有源單端探頭一般具備高阻抗（1M?上下），低寄生電容。其前端有一個(gè)高帶寬的放大器，有源探頭的供電主要用于此放大器。放大器驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)50?傳輸線到達(dá)示波器，示波器的輸入阻抗需選擇為50?作匹配。由于其較低的寄生電容和50歐姆傳輸，有源單端探頭可以提供比無(wú)源探頭更高的帶寬，因此主要應(yīng)用在高頻信號(hào)的測(cè)量領(lǐng)域。優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)往往是并存的，有源單端探頭亦是如此。能夠測(cè)量更高帶寬的信號(hào)是其優(yōu)點(diǎn)，但由于需要集成有源放大器，因而其成本相對(duì)于無(wú)源探頭來(lái)說(shuō)更高，一個(gè)幾GHz帶寬的有源單端探頭價(jià)格可達(dá)數(shù)萬(wàn)人民幣。除此之外，由于高帶寬放大器的信號(hào)輸入范圍十分有限，因而其動(dòng)態(tài)范圍有限，一般有源單端探頭的動(dòng)態(tài)范圍僅在幾伏范圍之內(nèi)，探頭所能承受的最大電壓也只有幾十伏。相對(duì)于前面所說(shuō)的無(wú)源傳輸線探頭，有源單端探頭同樣可以應(yīng)用在低阻抗高頻率信號(hào)的測(cè)量環(huán)境,且由于其輸入阻抗相對(duì)于無(wú)源傳輸線探頭更高，因此它的負(fù)載效應(yīng)更小。不僅如此，R&S有源單端探頭還可以與RT-ZA9（N型轉(zhuǎn)換接頭，USB供電）附件連接，進(jìn)而用在射頻信號(hào)源和頻譜分析儀上,用來(lái)測(cè)試特殊環(huán)境下的信號(hào)，如傳統(tǒng)50歐姆同軸線纜無(wú)法連接的探測(cè)點(diǎn)處，或者需要使用高阻探頭探測(cè)待測(cè)點(diǎn)信號(hào)頻譜時(shí)。圖10R&SRT-ZS系列單端有源探頭與RT-ZA9N型轉(zhuǎn)換頭相連除了有源單端探頭之外，有源差分探頭是另外一類重要的有源探頭。我們可以從字面上來(lái)理解這兩種探頭的區(qū)別，有源單端的前端有兩處連接點(diǎn)：信號(hào)點(diǎn)和地。有源差分顧名思義主要用來(lái)測(cè)試差分信號(hào)，探頭前端有三處連接點(diǎn)：信號(hào)正、信號(hào)負(fù)、地。圖11有源單端探頭前端（左）與有源差分探頭前端（右）有源差分探頭的原理圖如下：圖12有源差分探頭原理圖與有源單端探頭相比，其最大不同在于使用了差分放大器。有源差分探頭同樣具備低寄生電容和高帶寬特性，所不同的是，有源差分探頭具有高共模抑制比(CMRR),對(duì)共模噪聲的抑制能力比較強(qiáng)。有源差分探頭主要用來(lái)測(cè)試差分信號(hào)，即測(cè)試兩路信號(hào)(一般為相位相差180度的正反信號(hào))的相對(duì)電壓差，與地?zé)o關(guān)。圖13差分信號(hào)測(cè)試原理示意圖上圖顯示了用有源差分探頭測(cè)試差分信號(hào)的原理，圖中紅色波形顯示的為差分信號(hào)Vin+,藍(lán)色波形顯示為差分信號(hào)Vin-,二者幅度相同，相位相差180度。Vin+和Vin-經(jīng)由差分探頭正、負(fù)探測(cè)點(diǎn)探測(cè)后經(jīng)過(guò)差分放大器放大，然后傳輸至示波器，最后得到如圖綠色差分波形。這里要介紹幾個(gè)概念，以便大家能夠更好的理解共模抑制比CMRR。共模(CommonMode):差分信號(hào)兩端具有相同幅度和相位的信號(hào)成分，用表達(dá)式表示為Vcm=(Vin++Vin—)/2?由于理想的Vin+、Vin-幅度相同，相位相反，所以二者相加應(yīng)該為零。但在實(shí)際工作環(huán)境下，Vin+、Vin-上會(huì)疊加上噪聲干擾Vnoise。由于Vin+、Vin-所處環(huán)境相同，因而在二者上疊加的噪聲也往往相同，所以由CM表達(dá)式可知：CM=Vnoise?差模(DifferentialMode):差分信號(hào)兩端不同的信號(hào)成分，用表達(dá)式表示為Vdm=Vin+-Vin-.共模抑制(CommonModeRejection):差分放大器對(duì)共模信號(hào)的抑制能力，即差分放大器的一項(xiàng)主要能力是對(duì)Vnoise進(jìn)行抑制消除。如果共模電壓Vcm經(jīng)過(guò)差分放大器的增益為Acm,差模電壓Vdm經(jīng)過(guò)差分放大器的增益為Adm，則我們可以用共模抑制比(CommonModeRejectionRatio)即CMRR來(lái)表示共模抑制能力，其表達(dá)式為：精心整理CMRR=Adm/Acm舉例如下圖：差模信號(hào)Vdm幅度為1V,經(jīng)過(guò)差分放大器后幅度為2V,即Adm=2?共模信號(hào)Vcm幅度為4.5V,經(jīng)過(guò)差分放大器后幅度抑制為0.45V,即Acm=O?1?因此，CMRR=?2/0.1=20：1=26dB。圖14差分信號(hào)測(cè)試舉例對(duì)于理想的差分放大器而言，我們希望其完全抑制共模信號(hào)，從而消除噪聲Vnoise對(duì)差分信號(hào)測(cè)量的影響。對(duì)于一般的差分信號(hào)測(cè)量而言，20dB的CMRR已經(jīng)足夠，而R&SRT-ZD40的CMRR可達(dá)50dB，性能非常優(yōu)異。圖15R&SRT-ZD40有源差分探頭值得一提的是，R&S的有源單端探頭和有源差分探頭上都配備了MicroButton多功能按鈕和ProbeMeter探頭計(jì)功能。其中，MicroButton是位于有源探頭前段的一個(gè)微型按鈕，用戶可以在測(cè)試時(shí)很方便的按動(dòng)按鈕，從而執(zhí)行對(duì)示波器的特定控制（可自定義），如：自動(dòng)設(shè)置、默認(rèn)設(shè)置、單次運(yùn)行、連續(xù)運(yùn)行等。圖16MicroButton多功能按鈕ProbeMeter則是集成在有源探頭前端的16位DC電壓計(jì)，可用來(lái)直接在探頭點(diǎn)處測(cè)試直流電壓，這與其他廠家使用探頭捕獲波形然后輸送到示波器，進(jìn)而對(duì)波形進(jìn)行測(cè)量得到DC數(shù)值的方案完全不同。很顯然，ProbeMeter摒除了探頭傳輸?shù)氖д嬗绊?，從而具備?.1%的高精準(zhǔn)度。在使用差分探頭時(shí)，可以借助此功能方便快捷查看單端、共模、差模電壓數(shù)值。圖17ProbeMeter探頭電壓計(jì)有源差分探頭可用于絕大多數(shù)較小幅度差分信號(hào)的測(cè)量，但對(duì)于幅度達(dá)上百甚至上千幅的高壓差分信號(hào)而言，有源查分探頭就顯得力不從心了。此時(shí)我們只能借助于高壓差分探頭的幫忙，相對(duì)于一般差分探頭而言，高壓差分探頭具有更高的動(dòng)態(tài)范圍，能夠承受更高的電壓。圖18R&SRT-ZD01±1400V高壓差分探頭高壓差分探頭相對(duì)于無(wú)源高壓探頭而言價(jià)格昂貴，因此有用戶在測(cè)試高壓差分信號(hào)時(shí)會(huì)選擇將示波器的電源接地線剪斷，使示波器“浮起來(lái)”進(jìn)行測(cè)試，這是非常危險(xiǎn)的，一定要杜絕此類行為。我們將在第二部分詳細(xì)說(shuō)明。電流探頭嚴(yán)格意義上說(shuō)也屬于有源探頭的一種，幾乎所有的電流探頭在使用過(guò)程中都需要供電。電流探頭主要分為三類：AC（僅能測(cè)試交流電）、DC（僅能測(cè)試直流電）、AC+DC。而目前大多數(shù)電流探頭都具備了AC+DC的測(cè)量功能。？電流探頭的原理如下，主要是利用電磁效應(yīng)（AC測(cè)量）和霍爾效應(yīng)（DC測(cè)量）圖19AC+DC電流探頭原理圖當(dāng)有AC電流經(jīng)過(guò)導(dǎo)線穿過(guò)電流探頭的前段閉合鉗口時(shí)，會(huì)有相應(yīng)磁場(chǎng)產(chǎn)生，通過(guò)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱直接感應(yīng)到電流探頭的線圈。探頭就象一個(gè)電流變壓器，系統(tǒng)直接測(cè)量的是感應(yīng)電流。如果是DC或者低頻電流，當(dāng)電流鉗閉合后，電流導(dǎo)線附近會(huì)出現(xiàn)一個(gè)磁場(chǎng)。磁場(chǎng)使霍爾傳感器內(nèi)的電子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在霍爾傳感器的輸出產(chǎn)生一個(gè)電壓。系統(tǒng)根據(jù)這個(gè)電壓產(chǎn)生一個(gè)反相（補(bǔ)償）電流至電流探頭的線圈，使電流鉗中的磁場(chǎng)為零，防止磁飽和。系統(tǒng)根據(jù)反相電流測(cè)得實(shí)際得電流值。電流探頭的選擇主要依據(jù)其測(cè)量帶寬、量程以及鉗口直徑等。MSO數(shù)字邏輯探頭在數(shù)字邏輯測(cè)試中會(huì)經(jīng)常使用，與一般8bit模擬探頭相比，數(shù)字邏輯探頭根據(jù)示波器所設(shè)置的判決門線電平，將捕獲的電壓按照0、1跳變（1bit）的數(shù)字信號(hào)在屏幕上顯示出來(lái)。用戶可以根據(jù)多路數(shù)字信號(hào)的邏輯電平及關(guān)系來(lái)判斷邏輯電路的性能。圖20R&SRTO-B1數(shù)字邏輯探頭EMI近場(chǎng)探頭是另一類特殊的探頭類型，它實(shí)際使用了天線接收原理，用來(lái)捕獲電路板上空間輻射的電磁場(chǎng)干擾，特別是在系統(tǒng)集成中做EMI電磁干擾的診斷。圖21EMI近場(chǎng)探頭示意圖除了以上給大家介紹的各種探頭之外，還有光探頭、溫度傳感探頭及其他各類傳感探頭等。原則上來(lái)說(shuō)，任何一款能夠?qū)⒏魑锢砹哭D(zhuǎn)換成電壓信號(hào)并具備與示波器互連能力的傳感器都可以作為示波器探頭，用戶可以根據(jù)具體使用環(huán)境和需求選擇適合的探頭類型。 未完待續(xù) 作者介紹：聶文偉先生于2008年畢業(yè)于北京交通大學(xué)電信學(xué)院，電磁場(chǎng)與微波技術(shù)專業(yè)，獲工學(xué)碩士學(xué)位。畢業(yè)后供職于ZTE中興通訊股份有限公司，先后從事無(wú)線產(chǎn)品測(cè)試與海外營(yíng)銷方面的工作。2012年加入羅德與施瓦茨公司，現(xiàn)任羅德與施瓦茨公司西安示波器業(yè)務(wù)發(fā)展工程師，主要負(fù)責(zé)西北地區(qū)的示波器產(chǎn)品市場(chǎng)推廣工作。在《示波器探頭基礎(chǔ)入門指南（上）》一文中，我們主要介紹了示波器探頭的種類及其工作原理,接下來(lái)我們將介紹示波器探頭的主要指標(biāo)，如何選擇示波器探頭，以及在示波器探頭的使用過(guò)程中應(yīng)該注意哪些問(wèn)題。2示波器探頭的主要指標(biāo)2.1帶寬與示波器一樣，示波器探頭的頻響類似一個(gè)低通響應(yīng)。探頭的帶寬是指探頭響應(yīng)輸出幅度下降到70.7%（-3dB）時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)頻率。圖1探頭頻響及帶寬定義當(dāng)示波器配合探頭使用時(shí)，示波器+探頭就構(gòu)成了一套測(cè)量系統(tǒng)，此測(cè)量系統(tǒng)的帶寬滿足以下公式：可見(jiàn)，探頭帶寬越高，對(duì)示波器帶寬的影響也就越小。一般我們推薦示波器探頭的帶寬為示波器帶寬的1.5倍，即探頭帶寬略高于示波器帶寬。2.2上升時(shí)間探頭的上升時(shí)間是指探頭對(duì)階躍函數(shù)10%-90%的響應(yīng)時(shí)間。一般而言，探頭帶寬越高，上升時(shí)間越短。與示波器一樣，大多數(shù)探頭的帶寬與上升時(shí)間滿足0?35公式，即：T=0.35/BWrise probe示波器+探頭測(cè)量系統(tǒng)的上升時(shí)間則滿足以下公式：2.3輸入阻抗探頭一般都標(biāo)注了輸入阻抗值，從50?至10M?甚至更高。探頭的輸入阻抗會(huì)嚴(yán)重影響探頭的負(fù)載效應(yīng)（將在第三節(jié)中詳述）。輸入阻抗越大，探頭的負(fù)載效應(yīng)越小，對(duì)待測(cè)電路正常工作影響也就越小。輸入阻抗越小，探頭的負(fù)載效應(yīng)越大，對(duì)待測(cè)電路正常工作的影響就越大。2.4輸入電容輸入電容是有源探頭的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。有源探頭的輸入電容一般很小，小至pF甚至零點(diǎn)幾pF。小的電容會(huì)在高的頻帶上提供較大的輸入阻抗，從而減小負(fù)載效應(yīng)。由輸入電容導(dǎo)致的輸入阻抗公式如下：R=1/2nfCin in由以上公式可知，Cin越小，探頭可以支持更高的帶寬f,這也是為什么有源探頭相對(duì)于無(wú)源探頭而言可以提供更大的帶寬的原因。精心整理2.5衰減比一般探頭都會(huì)對(duì)探測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行衰減，然后輸送至示波器。最常見(jiàn)的衰減比為10：1，即信號(hào)衰減為原始的十分之一，此時(shí)衰減比標(biāo)注為10X。此外，常見(jiàn)的還有1X、100X、1000X探頭等。2.6最大輸入范圍探頭都有最大輸入范圍，超過(guò)一定輸入范圍則可能損壞探頭。3示波器探頭使用注意事項(xiàng)3.1負(fù)載效應(yīng)探頭的負(fù)載效應(yīng)是指被測(cè)電路接上探頭后，探頭與示波器一起組成了待測(cè)電路的并聯(lián)負(fù)載，從而吸引一部分電流流入示波器，對(duì)原始待測(cè)電路上的信號(hào)產(chǎn)品影響。如果負(fù)載效應(yīng)很大，則測(cè)到的波形與原始波形變化很大，示波器就不能準(zhǔn)確測(cè)量波形。圖2示波器探頭接入引起負(fù)載效應(yīng)那么如何評(píng)判探頭的負(fù)載效應(yīng)呢？一般來(lái)說(shuō)，探頭接入的輸入阻抗應(yīng)為待測(cè)電路待測(cè)點(diǎn)處輸出阻抗的10倍以上，此時(shí)負(fù)載效應(yīng)較小，測(cè)量誤差在允許范圍以內(nèi)。如下圖所示：圖3負(fù)載效應(yīng)示例在探頭探測(cè)前，探測(cè)點(diǎn)的電壓為5VX100K?/(100?+100K?)=4.995V。探頭探測(cè)后，并聯(lián)了一個(gè)1M?的阻抗，此時(shí)探測(cè)點(diǎn)的電壓為：5VX(90.9k)/[100+(90?9k)]=4.994V此時(shí)，探頭引入的負(fù)載效應(yīng)僅為0?001V，可以忽略不計(jì)。如果待測(cè)點(diǎn)的輸出阻抗更高，則需要使用更高輸入阻抗的探頭。值得一提的是，當(dāng)我們測(cè)試由信號(hào)源輸出的射頻信號(hào)時(shí)，一般使用的是50?傳輸線纜。50?的傳輸線纜與信號(hào)源輸出阻抗（50?）相匹配，使功率最大的傳輸至示波器，從而保證了測(cè)量精度。而在某些時(shí)候，工程師希望測(cè)試電路板上某個(gè)探測(cè)點(diǎn)處的頻譜，往往使用剪斷的50?傳輸線纜，在剪斷處剝離地和傳輸芯，用以接觸探測(cè)點(diǎn)。線纜另一端則連接至頻譜儀。圖4前段剝離的50?傳輸線纜這種做法則是不可取的，電路板上的探測(cè)點(diǎn)與射頻源的輸出不同，由于傳輸線的50?低阻抗，會(huì)對(duì)測(cè)試點(diǎn)處引入較大的負(fù)載效應(yīng)。正確的做法是，使用高輸入阻抗的探頭取代50?傳輸線纜，與頻譜儀連接。R&S提供了RT-ZA9的BNC-N轉(zhuǎn)接頭方案，它可以將高輸入阻抗的R&S有源探頭（1M?）與頻譜儀或接收機(jī)相連接，對(duì)需要高阻抗測(cè)試的DUT進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量。圖5RT-ZA9轉(zhuǎn)接頭示意圖前面介紹過(guò)，探頭一般含有電阻、容性阻抗和感性阻抗。電阻的負(fù)載效應(yīng)會(huì)對(duì)信號(hào)DC分量測(cè)量造成影響，對(duì)波形的幅度測(cè)量造成誤差。容性阻抗對(duì)AC分量的測(cè)量造成影響，比如會(huì)影響（延緩）信號(hào)的上升時(shí)間。感性阻抗則會(huì)對(duì)波形測(cè)量引入振鈴現(xiàn)象。圖6探頭負(fù)載效應(yīng)分類3.2探頭補(bǔ)償我們?cè)谂c電子測(cè)量工程師的交流中，經(jīng)常提到探頭補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。當(dāng)我們購(gòu)買示波器后第一次使用時(shí)，或者因探頭資源緊張而臨時(shí)拿其他品牌探頭使用時(shí)，都會(huì)涉及到探頭補(bǔ)償問(wèn)題。所謂探頭補(bǔ)償是指示波器與探頭連接使用時(shí)，調(diào)整探頭的可變電容，在探頭與示波器之間進(jìn)行頻率補(bǔ)償，使頻率達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)補(bǔ)償完成后，具備如下關(guān)系式:RXC=RXCscopescopeprobeprobe即：為了最大限度地傳送信號(hào)，示波器的輸入電阻和電容必須與探頭輸出的電阻和電容相匹配，此時(shí)探頭具有最優(yōu)信號(hào)傳送能力。那么如何進(jìn)行探頭補(bǔ)償呢？探頭補(bǔ)償一般針對(duì)無(wú)源探頭而言（有源探頭也存在補(bǔ)償），使用過(guò)無(wú)源探頭的工程師可能會(huì)發(fā)現(xiàn)在無(wú)源探頭與示波器接觸的一端上有一個(gè)小孔，這個(gè)小孔內(nèi)有一個(gè)十字旋鈕。通過(guò)探頭自帶的螺絲刀小工具即可深入小孔內(nèi)調(diào)節(jié)探頭的可調(diào)電容值。圖7調(diào)節(jié)無(wú)源探頭的可調(diào)電容值具體原理如下圖所示：圖8通過(guò)調(diào)節(jié)探頭可調(diào)電容C來(lái)實(shí)現(xiàn)探頭匹配comp探頭補(bǔ)償?shù)牟襟E如下：連接探頭與示波器通道；將探頭前端連接至示波器上的探頭補(bǔ)償n方波信號(hào)（一般為1KHz、1V的信號(hào)）；使用自帶小工具調(diào)節(jié)探頭可調(diào)電容，使得示波器上顯示的方波信號(hào)的高低電平部分保持平穩(wěn)，即實(shí)現(xiàn)探頭與示波器的匹配。在調(diào)節(jié)探頭時(shí)，示波器上顯示的方波信號(hào)可能存在以下三種狀態(tài)：圖9探頭欠補(bǔ)償、過(guò)補(bǔ)償、匹配狀態(tài)的波形3.3諧振效應(yīng)在使用探頭測(cè)量信號(hào)上升沿時(shí)，把示波器的時(shí)基范圍調(diào)小，一般能看到在上升沿的過(guò)沖部分存在振鈴現(xiàn)象，即探頭帶來(lái)的諧振效應(yīng)。精心整理圖10探頭帶來(lái)的振鈴效應(yīng)探頭不僅存在阻抗以及寄生電容，還存在寄生電感（特別是在測(cè)試高頻信號(hào)時(shí)）。探頭是由導(dǎo)線和地線組成的，通常導(dǎo)線及地線越長(zhǎng)，電感值就越大。探頭上的寄生電感和寄生電容容易形成諧振回路，在輸入信號(hào)的激勵(lì)下，在某些頻率上產(chǎn)生高頻減幅諧振，從而出現(xiàn)振鈴現(xiàn)象。圖11振鈴現(xiàn)象的產(chǎn)生如下圖所示，探頭的輸入阻抗會(huì)在特定頻率fx處達(dá)到最小值。圖12探頭輸入阻抗此時(shí)探頭的寄生電感、寄生電容以及待測(cè)信號(hào)源構(gòu)成諧振回路，出現(xiàn)諧振效應(yīng)，諧振頻率為：其中，Leon為探頭寄生電感，Cin為輸入電容。如果諧振頻率剛好落在探頭帶寬范圍之內(nèi)，則在測(cè)試此頻率的信號(hào)時(shí)會(huì)出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。為了降低這種效應(yīng),使用者往往使用最短的地線，從而減小探頭的Leon寄生電感,使得fresonance諧振頻率最大化，從而超出示波器探頭的帶寬范圍，也就進(jìn)一步有效避免了諧振效應(yīng)。探頭地線的長(zhǎng)度嚴(yán)重影響諧振效應(yīng)，以下圖片充分說(shuō)明了地線長(zhǎng)短對(duì)波形上升沿測(cè)量的影響。圖13不同長(zhǎng)短的底線的諧振效應(yīng)由圖示可知，地線越短，諧振效應(yīng)越小，上升沿引起的振鈴現(xiàn)象越不明顯，此時(shí)的測(cè)量精度也就越高。所以，在測(cè)試環(huán)境允許的情況下，盡可能地使用更短的地線。3.4浮地測(cè)量問(wèn)題測(cè)量差分信號(hào)時(shí)，我們往往面臨以下3種選擇：精心整理使用兩個(gè)通道CH1、CH2,分別測(cè)試差分信號(hào)兩端，然后相減;圖14使用兩個(gè)單端探頭測(cè)量差分電壓使用差分探頭測(cè)試；圖15使用差分探頭測(cè)量差分電壓直接使用單端探頭浮地測(cè)量;圖16使用浮地的方法測(cè)量差分信號(hào)第1種方法需要兩個(gè)通道及探頭之間的完全一致性。即便如此，兩個(gè)通道上產(chǎn)生的不同噪聲也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響，此種方法測(cè)試的CMR