對(duì)于示波器來(lái)說(shuō)，其輸入接口一般是BNC或者3.5mm等同軸接口。如果被測(cè)件的輸出使用的是類似的同軸接口連接器，可以通過(guò)電纜直接連接示波器;而如果要測(cè)試的是PCB板上的信號(hào)，或者被測(cè)信號(hào)使用的不是同軸的連接器，就需要用到相應(yīng)的示波器探頭。

任何使用過(guò)示波器的人都會(huì)接觸過(guò)探頭，通常我們說(shuō)的示波器是用來(lái)測(cè)電壓信號(hào)的(也有測(cè)光或電流的，都是先通過(guò)相應(yīng)的傳感器轉(zhuǎn)成電壓量測(cè)量)，探頭的主要作用是把被測(cè)的電壓信號(hào)從測(cè)量點(diǎn)引到示波器進(jìn)行測(cè)量。下圖是各種各樣的示波器探頭。

大部分人會(huì)比較關(guān)注示波器本身的使用，卻忽略了探頭的選擇。實(shí)際上探頭是介于被測(cè)信號(hào)和示波器之間的中間環(huán)節(jié)，如果信號(hào)在探頭處就已經(jīng)失真了，那么示波器做的再好也沒(méi)有用。下圖是一個(gè)例子，通常的500MHz的無(wú)源探頭本身的上升時(shí)間大約為700ps，通過(guò)這個(gè)探頭來(lái)測(cè)試一個(gè)530ps上升時(shí)間的信號(hào)，即使不考慮示波器帶寬的影響，經(jīng)過(guò)探頭后信號(hào)的上升時(shí)間已經(jīng)變成了860ps。因此，探頭對(duì)于測(cè)量的影響是不能忽略不計(jì)的。

對(duì)于高斯頻響的示波器和探頭來(lái)說(shuō)，探頭和示波器組成的測(cè)量系統(tǒng)的帶寬通?？梢杂靡韵鹿接?jì)算：

而對(duì)于平坦響應(yīng)的的示波器和探頭來(lái)說(shuō)，其組成的測(cè)量系統(tǒng)的帶寬取決于帶寬最小的那部分。由此可見(jiàn)，探頭以及連接方式對(duì)于測(cè)試系統(tǒng)的影響是很大的。

實(shí)際上探頭的設(shè)計(jì)要比示波器難得多，因?yàn)槭静ㄆ鲀?nèi)部可以做很好的屏蔽，也不需要頻繁拆卸，而探頭除了要滿足探測(cè)的方便性的要求以外，還要保證至少和示波器一樣的帶寬，難度要大得多。我們回顧一下示波器的發(fā)展歷史，很多當(dāng)時(shí)高帶寬的實(shí)時(shí)示波器剛出現(xiàn)時(shí)是沒(méi)有相應(yīng)帶寬的探頭的，通常要遲一段時(shí)間相應(yīng)帶寬的探頭才會(huì)推出。

要選擇合適的探頭，首要的一點(diǎn)是要了解探頭對(duì)測(cè)試的影響，這其中包括2部分的含義：探頭對(duì)被測(cè)電路的影響以及探頭本身造成的信號(hào)失真。理想的探頭應(yīng)該是對(duì)被測(cè)電路沒(méi)有任何影響，同時(shí)對(duì)信號(hào)沒(méi)有任何失真的。遺憾的是，沒(méi)有真正的探頭能同時(shí)滿足這兩個(gè)條件，通常都需要在這兩個(gè)參數(shù)間做一些折衷。

為了考量探頭對(duì)測(cè)量的影響，我們通?？梢园烟筋^的輸入電路簡(jiǎn)單等效為如下圖所示的R、L、C的模型(實(shí)際上的模型比這個(gè)要負(fù)責(zé)得多)，測(cè)試時(shí)需要把這個(gè)模型和我們的被測(cè)電路放在一起分析。

首先，探頭本身有輸入電阻。和萬(wàn)用表測(cè)電壓的原理一樣，為了盡可能減少對(duì)被測(cè)電路的影響，要求探頭本身的輸入電阻Rprobe要盡可能大。但由于Rprobe不可能做到無(wú)窮大，所以就會(huì)和被測(cè)電路產(chǎn)生分壓，造成實(shí)際測(cè)到的電壓可能不是探頭真實(shí)的電壓，這種情況在一些電源或放大器電路的測(cè)試中會(huì)經(jīng)常遇到。為了避免探頭電阻負(fù)載造成的影響，一般要求探頭的輸入電阻要大于源阻抗以及負(fù)載阻抗至少10倍以上。大部分探頭的輸入阻抗在幾十k歐姆到幾十M歐姆間。

其次，探頭本身有輸入電容。這個(gè)電容不是刻意做進(jìn)去的，而是探頭的寄生電容。這個(gè)寄生電容也是影響探頭帶寬的最重要因素，因?yàn)檫@個(gè)電容會(huì)衰減高頻成分，把信號(hào)的上升沿變緩。通常高帶寬的探頭寄生電容都比較小。理想情況下探頭的寄生電容Cprobe應(yīng)該為0，但是實(shí)際做不到。一般無(wú)源探頭的輸入電容在10pf至幾百pf間，帶寬高些的有源探頭輸入電容一般在0.2pf至幾pf間。由于寄生的電容的存在，探頭的輸入阻抗(注意，不是直流輸入電阻)隨著頻率會(huì)下降，從而影響探頭的帶寬。

下圖是兩種常用探頭的輸入阻抗隨頻率變化的曲線，兩種探頭的輸入阻抗在直流情況下都是高阻的：最普遍使用的500MHz帶寬的高阻無(wú)源探頭在直流情況下可以有10MΩ的輸入阻抗，另一款2GHz帶寬的單端有源探頭的輸入阻抗在直流情況下是1MΩ。但是由于左邊的高阻無(wú)源探頭有更大的寄生電容，因此隨著頻率的增加，其輸入阻抗隨頻率增加下降得更快，當(dāng)頻率到70MHz時(shí)，其輸入阻抗已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于寄生電容更小的有源探頭。因此，輸入寄生電容對(duì)于探頭帶寬的影響是非常大的。

再其次，探頭輸入的信號(hào)還會(huì)受到寄生電感的影響。探頭的輸入電阻和電容都比較好理解，探頭輸入端的電感卻經(jīng)常被忽視，尤其是在高頻測(cè)量的時(shí)候。電感來(lái)自于哪里呢?我們知道有導(dǎo)線就會(huì)有電感，探頭和被測(cè)電路間一定會(huì)有一段導(dǎo)線連接，同時(shí)信號(hào)的回流還要經(jīng)過(guò)探頭的地線。示波器探頭常用的地線通常1mm探頭的長(zhǎng)度會(huì)有大約1nH的電感，信號(hào)和地線越長(zhǎng)，電感值越大。如下圖所示，探頭的寄生電感和寄生電容組成了諧振回路，當(dāng)電感值太大時(shí)，諧振頻率很低，很容易在輸入信號(hào)的激勵(lì)下產(chǎn)生高頻諧振，造成信號(hào)的失真。所以高頻測(cè)試時(shí)需要嚴(yán)格控制信號(hào)和地線的長(zhǎng)度，否則很容易產(chǎn)生振鈴。

在了解探頭的結(jié)構(gòu)之前，我們還需要先了解一下示波器輸入接口的結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@里是連接探頭的地方，示波器的輸入接口電路和探頭共同組成了我們的探測(cè)系統(tǒng)。

大部分的示波器輸入接口采用的是BNC或兼容BNC的形式(有些高帶寬的示波器會(huì)采用一些特殊設(shè)計(jì)的接口，比如2.92mm或1.85mm的同軸接口)。如下圖所示，很多通用的示波器在輸入端有1M歐姆或50歐姆可切換的匹配電阻。示波器的探頭種類很多，但是示波器的的匹配只有1M歐姆或50歐姆兩種選擇，不同種類的探頭需要不同的匹配電阻形式。

從電壓測(cè)量的角度來(lái)說(shuō)，為了對(duì)被測(cè)電路影響小，示波器可以采用1M歐姆的高輸入阻抗，但是由于高阻抗電路的帶寬對(duì)寄生電容的影響很敏感。所以1M歐姆的輸入阻抗廣泛應(yīng)用與500M帶寬以下的測(cè)量。對(duì)于更高頻率的測(cè)量，通常采用50歐姆的傳輸線，所以示波器的50歐姆匹配主要用于高頻測(cè)量。傳統(tǒng)上來(lái)說(shuō)，市面上100MHz帶寬以下的示波器大部分只有1M歐姆輸入，因?yàn)椴粫?huì)用于高頻測(cè)量;100MHz～幾GHz帶寬的示波器大部分有1M歐姆和50歐姆的切換選擇，同時(shí)兼顧高低頻測(cè)量;幾GHz或更高帶寬的示波器由于主要用于高頻測(cè)量，所以大部分只有50歐姆輸入。

廣義的意義上說(shuō)，測(cè)試電纜也屬于一種探頭，比如BNC或SMA電纜，而且這種探頭既便宜性能又高(前提是電纜的質(zhì)量不要太差)，但是使用測(cè)試電纜連接時(shí)需要在被測(cè)電路上也有BNC或SMA的接口，所以應(yīng)用場(chǎng)合有限，主要用于射頻和微波信號(hào)測(cè)試。對(duì)于數(shù)字或通用信號(hào)的測(cè)試，很多時(shí)候還是需要專門的探頭。下圖是示波器里常用的一些探頭的分類。

示波器的探頭按是否需要供電可以分為無(wú)源探頭和有源探頭，按測(cè)量的信號(hào)類型可以分為電壓探頭、電流探頭、光探頭等。所謂的無(wú)源探頭，是指整個(gè)探頭都由無(wú)源器件構(gòu)成，包括電阻、電容、電纜等;而有源探頭內(nèi)部一般有放大器，放大器是需要供電的，所以叫有源探頭。