示波器探头基础入门指南(上)

图7传输线探头的典型应用

需要注意的是，由于传输线探头的低阻抗，它的负载效应会比较明显。因此，此类探头仅适用于与低输出阻抗（几十至100欧姆）的电路测试。对于更高输出阻抗的电路，我们可以选择使用高阻有源探头的方案，将在后续详述。

图8 R&S RT-ZZ80 8.0GHz无源传输线探头

介绍完无源探头，我们接下来看看有源探头。顾名思义，有源探头区别于无源探头最大的特点是“有源”，即它需要提供电源才能工作。如今大多数有源探头都配备有特殊借口，通过与示波器连接从示波器获得电源，而不需要额外提供外置电源（某些型号除外）。下图所示为有源单端探头原理图：

图9 有源单端探头原理图

有源单端探头一般具备高阻抗（1MΩ上下），低寄生电容。其前端有一个高带宽的放大器，有源探头的供电主要用于此放大器。放大器驱动信号经过50Ω传输线到达示波器，示波器的输入阻抗需选择为50Ω作匹配。由于其较低的寄生电容和50欧姆传输，有源单端探头可以提供比无源探头更高的带宽，因此主要应用在高频信号的测量领域。

优点和缺点往往是并存的，有源单端探头亦是如此。能够测量更高带宽的信号是其优点，但由于需要集成有源放大器，因而其成本相对于无源探头来说更高，一个几GHz带宽的有源单端探头价格可达数万人民币。除此之外，由于高带宽放大器的信号输入范围十分有限，因而其动态范围有限，一般有源单端探头的动态范围仅在几伏范围之内，探头所能承受的最大电压也只有几十伏。

相对于前面所说的无源传输线探头，有源单端探头同样可以应用在低阻抗高频率信号的测量环境，且由于其输入阻抗相对于无源传输线探头更高，因此它的负载效应更小。不仅如此，R&S有源单端探头还可以与RT-ZA9（N型转换接头，USB供电）附件连接，进而用在射频信号源和频谱分析仪上，用来测试特殊环境下的信号，如传统50欧姆同轴线缆无法连接的探测点处，或者需要使用高阻探头探测待测点信号频谱时。

图10 R&S RT-ZS系列单端有源探头与RT-ZA9 N型转换头相连

除了有源单端探头之外，有源差分探头是另外一类重要的有源探头。我们可以从字面上来理解这两种探头的区别，有源单端的前端有两处连接点：信号点和地。有源差分顾名思义主要用来测试差分信号，探头前端有三处连接点：信号正、信号负、地。

图11 有源单端探头前端（左）与有源差分探头前端（右）

有源差分探头的原理图如下：

图12有源差分探头原理图

与有源单端探头相比，其最大不同在于使用了差分放大器。有源差分探头同样具备低寄生电容和高带宽特性，所不同的是，有源差分探头具有高共模抑制比（CMRR），对共模噪声的抑制能力比较强。有源差分探头主要用来测试差分信号，即测试两路信号（一般为相位相差180度的正反信号）的相对电压差，与地无关。

图13差分信号测试原理示意图

上图显示了用有源差分探头测试差分信号的原理，图中红色波形显示的为差分信号Vin+，蓝色波形显示为差分信号Vin-，二者幅度相同，相位相差180度。Vin+和Vin-经由差分探头正、负探测点探测后经过差分放大器放大，然后传输至示波器，最后得到如图绿色差分波形。