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如何实现示波器探头的最佳匹配？

摘要：探头是观察信号的第一环节。 它的主要作用是承载信号传输链路，将待测信号完整可靠地传输到示波器进行测量和分析。 但是你知道如何实现探头的最佳匹配吗？

一、探头分类

探头通常根据测量对象进行分类，如图1所示。其中高阻抗无源探头、高压差分探头和电流探头是我们最为熟悉的，接下来会做简单介绍。

1.1 高阻抗无源探头

从实际需求来看，带补偿的高阻抗无源电压探头使用比例最大数字示波器使用方法，可以满足大多数低速数字信号、电源等典型示波器。

这类探头具有较高的输入电阻（一般在1MΩ以上）和可调补偿电容。 初次连接示波器时，一般需要用调节杆调节电容值，以匹配示波器的输入电容，消除低频或高频增益。 图2左边是欠补偿波形，中间是正常波形，右边是过补偿波形。

图 2 无源探头补偿

例如ZDS2024PLUS标配ZP1025S高阻抗无源电压探头，具体参数如下：

表1 ZP1025S规格型号

1.2 高压差分探头

首先介绍一下差分的概念：差分信号是相互参考，不接地的信号。 高压差分探头本质上是由两个对称的电压探头组成，它们分别具有良好的绝缘性和对地高阻抗，可以在更宽的频率范围内提供高共模抑制比。 浮地信号转换成对地信号，主要用于开关电源等行业测试。 原理图如图3所示。

图3 高压差分探头原理

下表为常用高压差分探头的具体参数：

表2 常用高压差分探头规格参数

1.3 电流探头

电流探头使用霍尔传感器和感应线圈来测量直流和交流电流。 其工作原理是将电流信号转换成电压信号，示波器采集电压信号显示为电流信号。

电流探头的优点是可以在不断开电源线的情况下测量电流。 典型应用包括系统功率测量、功率因数测量和接通冲击电流波形测量。 主要缺点是其小电流测量能力受限于示波器本底噪声，因此小电流测量能力有限。

2、如何选择合适的探头？

以上简单介绍了一些常见的探头，那么如何选择合适的探头呢？ 探头的哪些参数需要注意？

2.1 阻抗匹配：探头的输入阻抗应与所用示波器的输入阻抗相匹配数字示波器使用方法，以减轻被测电路的负载。 对于低输入阻抗的示波器，应选择有源探头或50Ω输入阻抗的探头； 对于高输入阻抗的示波器，应选用×10探头。 例如示波器的输入阻抗为1MΩ/10pF，探头的输入阻抗最好为10MΩ/1pF。 这样的探头不仅具有10倍的信号衰减，对被测信号的负载小，而且可以匹配示波器的输入阻抗。

2.2 带宽：探头的带宽应等于或大于示波器的带宽。 如果观察的是纯正弦信号，探头带宽应等于被测信号频率的最高值； 如果观察到非正弦信号，探头带宽应容纳被测信号的基波和最重要的谐波分量。

2.3 上升时间：为了准确测量脉冲的上升时间和下降时间，系统的上升时间（即示波器和探头的上升时间之和）应比系统快3-5倍被测信号的上升时间。

三、总结

为了保证测试结果的准确性，要求探头对被测电路的影响最小，并保持最大的信号保真度传输到示波器。 如果探头以任何方式改变信号或被测电路的运行方式，示波器将看到实际信号的失真结果，这可能导致错误或误导性测量。 只有与示波器和被测电路都匹配良好的探头才是您的最佳选择！

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