在电子测量中会广泛应用示波器探头，例如调试复杂的电子电路、测量高速串行总线信号的信号完整性，以及测量高压功率电子设备的特性。所用探头和附件在很大程度上决定了测量精度以及操作人员的安全。

总的来说，探头产品组合包括高品质的有源和无源示波器探头、电源完整性探头、多通道功率探头、高压探头、电流探头和 EMC 近场探头。除了规格多样之外，示波器探头还须兼具可靠性和易用性。

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一，什么是示波器探头？

示波器探头是用于将信号源（通常是电路上的测试点）连接到示波器的设备，即，通过物理连接实现电气连接。探头种类多样，根据信号源和测量类型，探头既可以是简单的电线（如无源探头），也囊括精密的有源差分探头——这种探头采用放大器以将探头输入电容保持在极低水平，进而最大限度地降低探头对待测信号的影响。

二，如何选择自己需要的探头？

选择合适的探头时，首先需要分析测量任务。待测电路是否接地（需要使用单端探头还是差分探头）？信号的最大频率可能是多少（需要多大的带宽）？最大输入电压可能是多少？

差分或单端测量

差分探头 适用于以下情况：待测电路不接地、开关电源的电压测量或差分信号之间的低噪声测量。虽然没有原因表明差分探头不可用于接地电路，但对于此类应用，单端探头的性能更为卓越：输入阻抗更高，输入电容更低，动态范围也更大。

带宽和上升时间

选择探头时，带宽是最重要的参数之一。带宽决定探头可以精确测量的实际最大频率；在指定的最大频率下，所显示信号的强度将比实际强度降低 3 dB 以上（大约降低 30%）。为确保准确显示信号，示波器和探头的最大频率必须远高于最大待测频率。测量数字信号时，测量带宽应为时钟频率的 3 到 5 倍；调试数字设计时，使用 3 倍带宽已足够。对于数字接口的一致性测试，带宽必须是时钟频率的 5 倍。

测量快速上升的信号（例如测量开关电源的特性）时，示波器显示屏上会出现陡峭斜坡，此时示波器和探头的上升时间非常重要。为确保精确测量，示波器和探头的上升时间应比待测脉冲的上升时间少五分之一至三分之一。

动态范围

探头的动态范围决定最大可测输入电压。动态范围针对直流电压进行规定，通常会随着信号频率增加而降低。差分探头的共模和差模动态范围也存在区别。共模动态范围规定单个差分输入的有效输入电压范围，并根据接地参考进行测量。差模动态范围规定最大可测输入差分电压。

为准确测量具有快速上升/下降时间的大振幅信号，必须在高测量频率下提供充足的大动态范围。测量直流开关电源的残余纹波时，还必须测量具有大直流分量的极微弱信号。为获得完整的模数转换器分辨率，现代探头提供选件以馈入直流偏移。

使用高压探头时，操作人员的人身安全是重点考虑因素。因此，高压探头具有特殊绝缘和其他保护机制，以防止意外接触。这些探头的特性包括最大接地电压和测量分类。测量分类定义操作人员受到保护的测量环境。探头仅用于其定义的测量类别环境下。

被测设备负载

测量系统不得使被测电路过载，以防止削弱信号，并确保不会损坏被测设备的功能。使用具有高输入阻抗和低输入电容的探头是关键。产生的输入阻抗在很大程度上取决于频率，在探头的截止频率下通常低于 500 Ω。

无源探头 输入阻抗通常为 10 MΩ，输入电容一般超过 10 pF。有源探头的输入电容一般约为 1 pF。连接被测设备时，需要选择合适的探头附件。长引脚和引线会增加电容和电感，降低最大测量带宽，并导致脉冲边沿出现过度过冲和振荡效应。

广泛的功能和探头附件

除了性能参数之外，还应该考虑可简化日常任务的补充性探头功能。罗德与施瓦茨的许多有源探头均包含集成式数字电压表或微控按钮。电压表可用于查看电压，无需更改任何连接。微控按钮可进行配置，以直接通过探头控制示波器。

各种附件便于灵活连接测试点，让操作人员的日常工作更加简单，并有助于防止出现测量错误。可用附件包括刚性和弹簧探头尖端、点测式套件、适配器和延长引线。罗德与施瓦茨为所有探头提供全面附件。

三，什么是电源完整性探头？

电源完整性探头 专用于测量直流电源路径上的较小交流电成分。电源完整性探头的衰减因子通常为 1:1，因此产生的测量噪声极低。部分电源完整性探头提供最高 ±60 V 的内置偏置，便于充分利用示波器的垂直灵敏度（利用示波器模数转换器的更多位数），进而实现更准确、噪声更低的测量。此外，使用偏置测量不同于交流耦合或隔直器件，能够直观显示直流成分和漂移。电源完整性探头提供最高 2 GHz 带宽，具备缓慢的滚降特性，有助于捕获高频瞬态信号和耦合信号。高输入阻抗（通常为 50 KΩ）可最大程度地降低对所测电源路径信号的干扰。

四，差分探头的工作原理是什么？

差分探头可测量任意两个测量点之间的信号电平之差。单端探头可测量单个测量点与地电位之间的信号电平之差。差分探头尤其常用于测量高频信号或振幅极低的信号（接近噪声基底）。差分探头需要使用差分放大器，以将两个信号之差转换为可发送至（单端）示波器输入端的电压。

五，如何选择功率测试探头？

评估功率电子时，通常会涉及多种测量场景：

• 测量大共模电压中的小电压
• 测量不同电位在同一时间的不同电压电平
• 测量快速上升/下降时间，尤其是测量氮化镓和碳化硅等宽禁带材料 (WBG)
• 多个信号通道的浮地测量
• 电流测量

原则上，差分高压探头非常适用于这些测量。R&S®RT-ZHD 高压差分探头在宽频率范围内提供最高 200 MHz 带宽和一流的共模抑制比 (CMRR)，非常适用于测量快速开关的半导体。极低的加性噪声实现高质量测量。R&S®RT-ZHD 探头的信号路径增益精度高达 0.5%，并集成精度为 0.1% 的直流电压表 (R&S®ProbeMeter)，实现优于同类产品的出色测量精度。漂移极低，无需在测量时执行定期校准。为测量直流链路的纹波电压，大偏移电压必须得到补偿，确保以高垂直灵敏度进行测量。R&S®RT-ZHD 探头集成偏移电路，可提供不受示波器垂直设置和探头衰减因子影响的偏移电压范围。测量大直流链路电压上的极小纹波电压，同时不降低灵敏度

用于评估功率电子的典型测量参数包括：

• 功耗/效率/待机功耗
• 电能质量/功率因子
• 电压和电流波形分析
• 纹波
• 浪涌电流/瞬态
• 启动/关闭特性
• 负载调节
• 脉冲宽度调制 (PWM) 分析
• EMC/谐波分析