示波器是我們電子工程師的左膀右臂，把示波器玩好玩精是我們的必備技能之一。對(duì)于探頭，我們常用它來(lái)測(cè)量時(shí)間、頻率和電壓值等物理量。而古人早就教育我們不僅要知其然，更要知其所以然。因此僅僅會(huì)玩是不夠的，弄清楚探頭的工作原理對(duì)于更好地使用示波器來(lái)說(shuō)更是尤為重要。

示波器因?yàn)橛刑筋^的存在而擴(kuò)展了示波器的應(yīng)用范圍，使得示波器可以在線測(cè)試和分析被測(cè)電子電路，如下圖：

圖1 示波器探頭的作用

探頭的選擇和使用需要考慮如下兩個(gè)方面：

其一：因?yàn)樘筋^有負(fù)載效應(yīng)，探頭會(huì)直接影響被測(cè)信號(hào)和被測(cè)電路;

其二：探頭是整個(gè)示波器測(cè)量系統(tǒng)的一部分，會(huì)直接影響儀器的信號(hào)保真度和測(cè)試結(jié)果

一、探頭的負(fù)載效應(yīng)

當(dāng)探頭探測(cè)到被測(cè)電路后，探頭成為了被測(cè)電路的一部分。探頭的負(fù)載效應(yīng)包括下面3部分：

1. 阻性負(fù)載效應(yīng);

2. 容性負(fù)載效應(yīng);

3. 感性負(fù)載效應(yīng)。

圖2 探頭的負(fù)載效應(yīng)

阻性負(fù)載相當(dāng)于在被測(cè)電路上并聯(lián)了一個(gè)電阻，對(duì)被測(cè)信號(hào)有分壓的作用，影響被測(cè)信號(hào)的幅度和直流偏置。有時(shí)，加上探頭時(shí)，有故障的電路可能變得正常了。一般推薦探頭的電阻R》10倍被測(cè)源電阻，以維持小于10%的幅度誤差。

圖3 探頭的阻性負(fù)載

容性負(fù)載相當(dāng)于在被測(cè)電路上并聯(lián)了一個(gè)電容，對(duì)被測(cè)信號(hào)有濾波的作用，影響被測(cè)信號(hào)的上升下降時(shí)間，影響傳輸延遲，影響傳輸互連通道的帶寬。有時(shí)，加上探頭時(shí)，有故障的電路變得正常了，這個(gè)電容效應(yīng)起到了關(guān)鍵的作用。一般推薦使用電容負(fù)載盡量小的探頭，以減小對(duì)被測(cè)信號(hào)邊沿的影響。

圖4 探頭的容性負(fù)載

感性負(fù)載于探頭地線的電感效應(yīng)，這地線電感會(huì)與容性負(fù)載和阻性負(fù)載形成諧振，從而使顯示的信號(hào)上出現(xiàn)振鈴。如果顯示的信號(hào)上出現(xiàn)明顯的振鈴，需要檢查確認(rèn)是被測(cè)信號(hào)的真實(shí)特征還是由于接地線引起的振鈴，檢查確認(rèn)的方法是使用盡量短的接地線。一般推薦使用盡量短的地線，一般地線電感=1nH/mm。

圖5 探頭的感性負(fù)載

要想弄明白這個(gè)問(wèn)題，首先我們先看看示波器的設(shè)計(jì)原理：

波形首先要通過(guò)探頭，經(jīng)由前端的放大器進(jìn)行放大，之后由模數(shù)轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行轉(zhuǎn)換，進(jìn)而存儲(chǔ)到采集內(nèi)存中，然后顯示到顯示器上。

然后我們將示波器的探頭拆開(kāi)，來(lái)看一看里面的構(gòu)造。在連接示波器的一端有一個(gè)BNC接口，如果你不使用BNC接頭而是直接用兩根線將信號(hào)引入示波器的話，你會(huì)看到到信號(hào)發(fā)生了失真，一個(gè)方波進(jìn)去，顯示出的卻是鋸齒波！這究竟是什么原因呢？

示波器一般輸入阻抗都比較高，為了降低對(duì)被測(cè)電路的影響。因此你會(huì)在探頭BNC接口的后面看到一個(gè)1M歐姆的電阻或類似的電路。這樣外部較小的電容值也會(huì)使得輸入處形成一個(gè)濾波器，從而使得被測(cè)波形失真。如何解決這個(gè)問(wèn)題就要看探頭的處理方式了！

一般來(lái)說(shuō)，示波器的探頭都會(huì)用一個(gè)并聯(lián)的可調(diào)電容器來(lái)抵消掉這部分線纜的影響。有些補(bǔ)償電容器可以讓我們自己調(diào)節(jié)，并選擇最好的效果。示波器上都會(huì)有一個(gè)方波源，我們將探頭鉤在信號(hào)源上，并調(diào)節(jié)電容器以使得屏幕上顯示出來(lái)的方波成為最標(biāo)準(zhǔn)的“方波”。電容量過(guò)大會(huì)使得探頭形成低通濾波器，而相反則變成高通濾波器。因此要仔細(xì)調(diào)節(jié)才行。

而探頭上一般還會(huì)有一個(gè)衰減器，對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行衰減。其倍數(shù)一般為10倍。1V的信號(hào)進(jìn)去，顯示出100mV。部分示波器可以自動(dòng)識(shí)別探頭的狀態(tài)并顯示正確的數(shù)值。

探頭利用高阻抗的特性來(lái)保證電路不受到測(cè)量部分的干擾，但有些時(shí)候我們需要以低阻抗的測(cè)試方式來(lái)對(duì)某些電路進(jìn)行測(cè)量。比如50歐姆阻抗的射頻輸出電路，對(duì)于有50歐姆阻抗測(cè)量功能的機(jī)器來(lái)說(shuō)，這就是按一下按鍵的問(wèn)題；但是對(duì)于普通的示波器來(lái)說(shuō)，這時(shí)候探頭就不適合測(cè)量了。你需要用BNC三通和50歐的末端電阻來(lái)進(jìn)行匹配，并在另一端直接連接到50歐姆的輸出端。