2.4 探头
2.4.1 示波器探头
探头对于示波器测量及其测量质量是非常重要的。
本质上，探头是在一个测试点（或信号源）和一台示波器之间做的物理电路的连接。根据测量需求，这个连接能像一段导线一样简单或者是非常精密复杂，如有源差分探头就是较复杂的连接。示波器探头是把信号源连接到示波器的输入通道的一种设备或电路网络。
示波器探头的种类很多，如图2.24所示。大多数探头由一个探头尖、一根探头电缆线及一个补偿盒或其他类型的信号调节网络组成，图2.25就是这样的探头。图2.26则是一个高压探头。
图2.24 示波器探头的分类
图2.25 典型的通用电压探头
图2.26 高压示波器探头
示波器的探头按是否需要供电可以分为无源探头和有源探头，按测量的信号类型可以分为电压探头、电流探头、光探头等。所谓的无源探头，是指整个探头都由无源器件构成，包括电阻、电容、电缆等；而有源探头内部一般有放大器，放大器是需要供电的，所以称为有源探头。
大部分示波器输入接口采用的是BNC或兼容BNC的形式，图2.27所示为BNC接口。示波器的输入端有1MΩ或50Ω的匹配电阻。示波器的探头种类很多，但是示波器的匹配永远只有1MΩ或50Ω两种选择，不同种类的探头需要不同的匹配电阻形式。
图2.27 BNC接口
示波器探头实际上也是电路的一部分，会引入阻性、容性或感性负载，这些负载将不可避免地改变测量参数。当需要精确的结果时，选择的探头需要有最小的负载。与示波器配对的理想的探头将最小化这种负载，能充分体现出示波器的能力、特性和容限。
从电压测量的角度来说，为了使被测电路受到的影响较小，示波器可以采用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500MHz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，所以示波器的50Ω匹配主要用于高频测量。
一般来说，市面上100MHz带宽以下的示波器大部分只有1MΩ输入，一般不会用于高频测量；100MHz～1GHz带宽的示波器大部分有1MΩ和50Ω的切换选择，同时兼顾高低频测量；2GHz或更大带宽的示波器由于主要用于高频测量，所以大部分只有50Ω输入。不过随着市场需求的增加，有些2GHz以上带宽的示波器也提供了1MΩ和50Ω的输入切换。
在测量一般的信号和电平时，无源探头使用方便，能够以适宜的价格在大范围内满足测量需求。但是，通用无源探头不能精确测量具有非常短的上升时间的信号，同时还可能将干扰引入敏感电路。信号时钟速率和边缘速度需要稳定的上升沿，这需要更高速度和更少负载影响的探头。在测量高速和/或差分信号时，高速有源和差分探头是理想的解决方法。
大多数无源探头有一些衰减因数，如10 ×等。通常，衰减因数在因数的后面标注×，如10 ×衰减探头。与此对应，放大因数把×放到前面，如× 10。
10 ×（读为“10倍”）衰减探头减小了电路的负载，而1 ×探头则是极好的通用无源探头。对于高频和/或高阻抗信号源，电路负载的影响重大，所以首先要分析信号和探头负载的相互影响，然后再选择探头。10 ×衰减探头可改善测量的精确性，同时把示波器输入的信号幅度减小到原来的
。
由于10 × 衰减探头削弱了信号，因此很难观察峰-峰值小于10mV的信号。1 × 探头与10 × 衰减探头类似，但没有衰减电路。由于1 ×探头没有衰减电路，被测电路会引入更多的干扰。可以把10 × 探头作为通用探头，而把1 × 探头用于测量低速、低幅度信号。一些探头在探头触点处提供方便选择1 ×和10 × 的开关，在测量之前要确认使用了正确的设置。
前面已提到示波器带宽会影响对信号的测量。示波器带宽其实是包括探头的系统带宽。示波器带宽（上升时间）是当使用原配探头时探头尖的上升时间（示波器带宽）。
示波器系统带宽不足，会引起上升时间变长和异常幅度衰减。为了获得正确的振幅测量，示波器的带宽应该比被测量的波形的频率大5倍。为了精确地测量波形的上升或下降时间，示波器必须有足够的上升时间。
在选择示波器探头时，应当听取示波器制造商对探头选择的建议，因为不同的示波器设计，有不同的带宽、上升时间、灵敏度及输入阻抗上的考虑，充分利用示波器的测量能力要求有一个匹配示波器的探头；另外，在探头选择过程中，还应该考虑测量时的需要，你需要测量什么？电压？电流？或是其他信号？通过选择适合于信号的一个探头，你能更快得到直接的测量结果。
2.4.2 补偿探头
大多数示波器探头被设计为匹配特定的示波器的输入电路。不同的示波器之间有细微的变化，甚至在同一示波器的不同的输入通道之间也有细微的差别。
许多探头，特别是衰减探头有内建的补偿网络。如果你的探头有一个补偿网络，应该调整这个网络，为你正在使用的示波器通道做探头补偿。
在对示波器探头进行补偿时，可参照如下内容进行。
（1）把探头接入示波器。
（2）把探头尖接入示波器前面板上的探头补偿测试点（通常倍标注为CAL）。
（3）使用探头自带的调整工具或其他无感调节工具，调节补偿网络，从而获得一个标准波形，这一波形应当具有平直的顶部，不能有过冲及圆弧（见图2.28）。
图2.28 示波器探头补偿
（4）如果示波器有内嵌的校准程序，运行这个程序可提高其精确度。
一根未补偿的探头能产生各种各样的测量错误，特别是测量脉冲上升或下降时间时尤为如此。为避免出现这样的错误，通常在把探头连接到示波器及检查补偿以后才补偿探头。