示波器是電子工程師最常用的測量儀器，而示波器探頭毫無疑問是示波器最常用的配件。示波器探頭是連接被測電路與示波器輸入端的電子部件。沒有探頭，示波器就成了個擺件，只能作為裝飾品。

在選擇示波器探頭之前，我們最好看看示波器的說明書，了解我們使用的示波器適合怎么樣的探頭。下面2點我們認為應該是在選探頭時比較重要的：

1、確保探頭的接口和我們示波器的接口相匹配。大多數(shù)示波器的探頭接口都是BNC接口。有的示波器可能是SMA接口。

2、觀察選擇的探頭的輸入阻抗和電容是否和示波器的輸入阻抗和電容相匹配。因為我們都希望探針對被測電路的影響降到最小。探頭阻抗和電容同示波器的匹配程度會大大影響測量信號的精確度。

無源探頭——無源探頭是最常見的探頭，常見的無源探頭由探頭頭部、探頭電纜、補償設備或其他信號調(diào)節(jié)網(wǎng)絡和探頭連接頭組成。在這些類型的探針中沒有使用有源元件，如晶體管或放大器，所以不需要為探頭供電?？偟膩碚f，無源探頭更常見，更容易使用，也更便宜。

有源探頭——有源探頭里包含了類似晶體管和放大器的有源部件，需要供電支持，因此稱作有源探頭。最常見的情況下，有源設備是一種場效應晶體管（PET），它提供了非常低的輸入電容，低電容會在更寬的頻段上導致高輸入阻抗。有源FET探頭的規(guī)定帶寬一般在500MHz ～4GHz之間。除帶寬更高外，有源FET探頭的高輸入阻抗允許在阻抗未知的測試點上進行測量，而產(chǎn)生負荷效應的風險要低得多。

差分探頭——差分探頭測量的是差分信號。差分信號是互相參考，而不是參考接地的信號。差分探頭可測量浮置器件的信號，實質(zhì)上它是兩個對稱的電壓探頭組成，分別對地段有良好絕緣和較高阻抗。差分探頭可以在更寬的頻率范圍內(nèi)提供很高的共模抑制比（CMRR）。 

電流探頭——電流探頭可以精確測得電流波形，方法是采用電流互感器輸入，信號電流磁通經(jīng)互感變壓器變換成電壓，再由探頭內(nèi)的放大器放大后送到示波器。電流探頭基本上又分成兩類，交流電流探頭和交直流電流探頭，交流電流探頭通常是無源探頭，無需外接供電，而交直流電流探頭通常是有源探頭。傳統(tǒng)電流探頭只能測量交流交流信號，因為穩(wěn)定的直流電流不能在互感器中感應電流。交流電流在互感器中，隨著電流方向的變化，產(chǎn)生電場的變化，并感應出電壓。然而，利用霍爾效應，電流偏流的半導體設備將產(chǎn)生與直流電場對應的電壓。所以，直流電流探頭是一種有源設備，需要外接供電。

介紹完幾種常見探頭后，我們研究研究信號的測量方法。

對于接地信號的測量，通常使用橫河示波器配套的無源探頭701937，就可以應對大部分的測量情況。使用時應注意探頭的接地情況。

首先不能隨意更換探頭自帶的接地線，避免接地不良而引起工頻噪聲問題，同時探頭自帶較短接地線也避免了接地線過長而產(chǎn)生寄生電感，從而影響高頻測量時導致波形失真。

其次被測信號的參考地和示波器地必須是共地的，而且盡可能和示波器是單點接地的，避免過長的地環(huán)路引入的寄生電感，對高頻信號測量的影響。

對于差分信號的測量，我們首先想到的是使用差分探頭進行測試測量。差分探頭是測量差分信號的最優(yōu)選擇，但在實際測量差分信號時，有部分工程師會去掉示波器的接地端，通過浮地測量差分信號，這種方法是絕對禁止，而且非常危險的!

首先這種測量對準確性可靠性是有影響的（在測量較高頻的信號時,可能會存在較大的寄生電容,從而導致測量波形失真），而且這種測試方法它本身就不符合儀器的安規(guī)要求！不僅可能對示波器造成不可逆的損壞，更會對測試工程師產(chǎn)生潛在危險，實際上我們遇到不少由于示波器未接地或是接地不良而導致示波器基板燒壞的問題。

示波器USB通信接口燒壞

所以差分信號的測量最好的選擇還是差分探頭，例如如橫河701977系列的差分探頭或是橫河701925差分探頭。除了使用差分探頭測量差分信號，還可以使用兩個無源探頭測量差分信號，這種測量方法可行但也不推薦使用，測量方法詳見下文。

我們可以調(diào)用橫河示波器的函數(shù)功能，參數(shù)選擇S1(CH1)-S2(CH2)，將兩個同型號的無源探頭接至被測的兩個測試點和示波器的CH1、CH2——使用這種測量方法的兩個測試點必須是參考地電平的，因此無源探頭的接地要參照前文提到的接地方法。

這種測量方法可以得到一個經(jīng)過函數(shù)運算的波形，該波形就是測得的差分信號波形。但是這種測量方法需要占用示波器的兩個通道，而且會受到較大的共模噪聲的影響。

采用上述的測量方法，將兩個全新的橫河701937無源探頭的輸入端均接至同一個標準信號源的輸出端，標準信號源輸出0V，我們可以看到示波器上經(jīng)過運算顯示的是一個1.90V基準噪聲的信號。

標準源輸出0V時經(jīng)示波器運算的波形（紅色）

對于雙無源探頭測量標準信號源輸出一個220V 60Hz的正弦波，我們可以看到示波器上顯示的波形除了基準噪聲還疊加了一個60Hz的正弦波，使噪聲上升至2.73V。

標準源輸出220V60Hz時經(jīng)示波器運算的波形（紅色）

這個正弦波噪聲的源頭正是由兩個無源探頭之間的差異以及示波器通道之間的差異，而這就是通過上述方式測得的共模噪聲：

令該方法測得的差分信號：

那么這種方法產(chǎn)生的共模噪聲抑制比：

這還是在較為理想的狀態(tài)下，使用兩個全新的同型號無源探頭測量低頻的信號，若是使用老舊的同型號無源探頭或是測量高頻信號，則共模噪聲往往會遠高于上述值，因此共模噪聲抑制比也會遠低于上述值。

差分探頭和其他探頭相比，有一個獨有的參數(shù)，那就是共模噪聲抑制比(CMRR)。

共模噪聲抑制比即差模信號與共模噪聲的比值，它反應了差分探頭對共模信號的抑制能力，這個數(shù)值越大，就說明探頭對共模信號的抑制能力越好。

在差分信號測量中我們需要得到的是被測信號的差分成分，需要抑制的是被測信號的共模成分，所以在測量差分信號時測得的共模成分是我們不需要的，那么它自然而然的就成為了噪聲成分。

差分探頭的設計使差分信號的兩個測量回路盡可能地成為鏡像，雖然鏡像的電路不可避免仍存在差異，因此共模噪聲的存在也不可避免，但是差分探頭的共模噪聲要遠遠小于前文中使用兩個無源探頭測量差分信號的共模噪聲。

以701977和701978為例，它們在60Hz時的共模噪聲抑制比可達到80dB（注：許多廠家標注產(chǎn)品該參數(shù)時習慣于定義為共模噪聲與差模信號的比值，與通常的定義不同，因此會有負號，本質(zhì)上沒有區(qū)別），換算成比值的形式為10000，即測得的差模信號為共模噪聲的一萬倍，而實測值往往要比這個標定的數(shù)值還要高，基本上可以忽略共模噪聲對差分信號的影響。

正是由于良好的共模噪聲抑制比，因此像701977和701978這樣的差分探頭是測量差分信號的最佳選擇，同樣也可用于接地信號的測量，使用差分探頭測量接地信號還會避免地環(huán)路對測量結(jié)果的影響。

701977、701978規(guī)格參數(shù)

總結(jié)：測量接地信號時需注意探頭的良好接地，且盡可能縮短地環(huán)路來避免對高頻信號測量的影響；測量差分信號時，差分探頭無疑是最佳選擇，在測量低頻信號或是對測量波形的質(zhì)量要求不高時，也可以使用兩個同型號的無源探頭的測量方法，但無論何時都必須確保示波器的接地良好。