示波器探头的电路图和原理图

一、示波器探头电路图

我们可以把探头模型简单等效为一个R、L、C电路，把这个模型与被测电路放在一起，如下图所示：

如上图所示，Rprobe是探头的输入电阻，为了尽可能减少探头对被测电路的影响，要求探头本身的输入电阻Rprobe越大越好，但是Rprobe是不可能做到无穷大的，所以就会和被测电路产生分压，使得实测电压比实际电压小。为了避免探头电阻负载造成的影响，一般要求Rprobe要大于Rsource和Rload的10倍以上。大部分探头的输入阻抗在几十K欧姆到几十兆欧姆之间。

Cprobe是探头本身的输入电容。这个电容不是刻意做进去的，而是探头的寄生电容。这个寄生电容也是影响探头带宽的最重要因素，因为这个电容会衰减高频成分，把信号的上升沿变缓。通常高带宽的探头寄生电容都比较小。理想情况下Cprobe 应该为0，但是实际做不到。一般无源探头的输入电容在10pf 至几百pf 间，带宽高些的有源探头输入电容一般在0.2pf 至几pf 间。

Lprobe是探头导线的寄生电感，通常 1mm 探头的地线会有大约 1nH 的电感，信号和地线越长，电感值越大。探头的寄生电感和寄生电容组成了谐振回路，当电感值太大时，在输入信号的激励下就有可能产生高频谐振，造成信号的失真。所以高频测试时需要严格控制信号和地线的长度，否则很容易产生振铃。

在使用示波器时，需要对示波器测量通道的耦合方式和输入阻抗进行设置，耦合方式有AC和DC两种，输入阻抗有1MΩ和50Ω两种。示波器的探头种类很多，但是示波器的的匹配永远只有1M 欧姆或50欧姆两种选择，不同种类的探头需要不同的电阻与之匹配。示波器输入接口的电路示意图如下图所示：

测量普通信号时一般用DC耦合方式，测试电源的纹波/噪声时需要使用AC耦合方式，示波器接有源探头时，输入阻抗会自动切换到50Ω档位，接无源探头时需要手动切换到1MΩ档位。

从电压测量的角度来说，为了减小对被测电路的影响，示波器应采用1MΩ的高输入阻抗，但是由于高阻抗电路的带宽很容易受到寄生电容的影响。所以 1MΩ的输入阻抗广泛应用于 500M 带宽以下的测量。对于更高频率的测量，通常采用50Ω的传输线，所以示波器50欧姆匹配主要用于高频测量。

为了更好的说明示波器输入阻抗及寄生电容对测量通道带宽的影响，我们将电路图从时域转换到频域，如下图所示：

如上图所示，示波器输入通道寄生电容的等效阻抗为1/（2πfc），在低频情况下，1/（2πfc）的值非常大，无电流通过C，示波器的输入阻抗等于R的值，但是，随着信号频率的提高，寄生电容的等效阻抗1/（2πfc）越来越小，所以，在高频信号下，寄生电容对示波器的输入阻抗影响非常大，此时示波器的输入阻抗为R//［1/（2πfc）］。为了降低寄生电容在高频信号下对示波器的输入阻抗的影响，所以在测试高频信号时，示波器的输入阻抗都设置为50Ω。

二、示波器探头原理

在绝大多数示波器测量环境下，我们都需要使用探头。示波器探头有很多种，内部原理构造迥异，使用方法也各不相同。本文主要给大家介绍示波器探头的工作原理。

对于DC直流或一般低频信号而言，示波器探头只是一个由特定阻抗R所形成的一段传输线缆。而随着待测信号频率的增加和不规则性，示波器探头在测量过程中会引入寄生电容C以及电感L，寄生电容会衰减信号的高频成分，使信号的上升沿变缓。寄生电感则会与寄生电容一起构成谐振回路，使信号产生谐振现象。所有这些都会对我们测量信号的准确性带来挑战。

探头电气特性示意图

示波器探头按供电方式分可分为无源探头和有源探头。无源探头又分为无源低压、无源高压及低阻传输线探头等，有源探头又分为有源单端、有源差分、高压差分探头等。此外，在一些特殊应用下，还会使用到电流探头（AC、DC）、近场探头、逻辑探头以及各类传感器（光、温度、振动）探头等。

原则上来说，任何一款能够将各物理量转换成电压信号并具备与示波器互连能力的传感器都可以作为示波器探头，用户可以根据具体使用环境和需求选择适合的探头类型。

以上示波器探头的电路图和原理图由普科科技/PRBTEK整理分享， 西安普科电子科技有限公司致力于示波器测试附件配件研发、生产、销售，涵盖产品包含电流探头、差分探头、高压探头、无源探头、电源纹波探头、柔性电流探头、近场探头、逻辑探头、功率探头和光探头等。旨在为用户提供高品质的探头附件，打造探头附件国产化知名品牌。更多信息，欢迎登录普科科技网站进行咨询。

审核编辑 黄宇