理想探头和探头的实际特征讨论（上篇）

理想的探头

在理想情况下,理想的探头将提供下述主要特点:

① 连接容易、方便

② 绝对的信号保真度

③ 零信号源负荷

④ 能够全面抗击噪声

1.连接容易、方便

建立到测试点的物理连接是探测的关键要求之一。在理想的探头中，还应能够容易、方便地进行物理连接。

图1.探测 SMT 设备

对微型电路，如高密度表面封装技术(SMT)，通过微型探头头部及为SMT 设备设计的各种探头尖端适配器，可以提高连接的容易性和方便性。这种探测系统如图1所示。但是，这些探头在工业电力电路等应用中实际使用时太小了，在这些应用中，通常使用高压线和大号线。在电力应用中，要求使用具有更高安全余量、在物理上更大的探头。图2和3说明了这种探头实例，其中图2是高压探头，图3是夹子式电流探头。

图2.高压探头

从这些物理连接实例中，可以明显看出，并没有一种理想的探头规格或配置可以适用于所有应用。正因如此，业内已经设计出各种探头规格和配置，以满足各种应用的物理连接要求。

图3.夹子式电流探头

2.绝对的信号保真度

理想的探头应以绝对的信号保真度，把任何信号从探头尖端传送到示波器输入上。换句话说，探头尖端上发生的信号应逼真地复现在示波器输入上。

为实现绝对保真度，从探头尖端到示波器输入的探头电路必须拥有零衰减、无穷大的带宽及在所有频率中实现线性相位。这些理想要求在实践中不仅是不可能实现的，也是不可行的。例如，在处理音频频率信号时，没有人会需要带宽无穷大的探头或示波器。在500 MHz 就能涵盖大多数高速数字、电视和其它典型示波器应用时，也不需要无穷大的带宽。

但是，在给定工作带宽范围内，绝对信号保真度仍是广大用户一直寻求的梦想。

3.零信号源负荷

测试点后面的电路可以视作一种信号源模型。连接到测试点的任何外部设备，如探头，都会在测试点后面信号源上表现为额外的负荷。

在从电路(信号源)吸收信号电流时，外部设备作为负荷操作。这一负荷或吸收的信号电流会改变测试点后面的电路，进而改变测试点上看到的信号。

理想的探头导致的信号源负荷为零。换句话说，它不会从信号源吸收任何信号电流。这意味着为使吸收的电流为零，探头必须具有无穷大的阻抗，从而在本质上对测试点表示为开路。

在实践中，零信号源负荷的探头是不能实现的。这是因为探头必须吸收少量的信号电流，以在示波器输入上形成信号电压。结果，在使用探头时预计将产生一定的信号源负荷。但是，我们的目标应一直是通过正确选择探头，最大限度地降低负荷数量。

4.全面抗噪声能力

荧光灯和风扇马达是我们的周围环境中存在的众多电子噪声源的两种来源。这些噪声源会在附近的电气电缆和电路上引起噪声，进而导致在信号中增加噪声。由于容易受到感应的噪声影响，一段简单的导线是示波器探头的次优选择。

理想的示波器探头要能够全面抗击所有噪声源。结果，与测试点上的信号出现的噪声相比，传送到示波器上的信号不会产生更多的噪声。

在实践中，使用屏蔽可以使探头对大多数常用信号电平实现高级抗噪声能力。但是，对某些低电平信号，噪声仍可能是一个问题。在实践中，共模噪声会给差分测量带来问题，我们将在下期对此进行讨论。

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