市場上提供了數百種、甚至上千種不同的示波器探頭。示波器探頭的一個技術指標是頻率特性,按頻率劃分探頭的種類有其方便之處,但是示波器探頭的頻率覆蓋范圍有限很難按無線電頻率的LF、HF、VHF、UHF、RF等波段來劃分。示波器探頭是所有探頭中的一種,較常使用的探頭是電壓電流探頭,而探頭通常是按測量對象進行分類的。
1.1 無源電壓探頭
1.1.1 無源探頭
無源探頭由導線和連接器制成,在需要補償或衰減時,還包括電阻器和電容器。探頭中沒有有源器件(晶體管或放大器),因此不需為探頭供電。無源探頭一般是較堅固、較經濟的探頭,它們不僅使用簡便,而且使用廣泛。
1.1.2 高阻無源電壓探頭
從實際需要出發,使用較多的是電壓探頭,其中高阻無源電壓探頭占較大部分。無源電壓探頭為不同電壓范圍提供了各種衰減系數1×,10×和100×。在這些無源探頭中,10×無源電壓探頭是較常用的探頭。對信號幅度是1V峰峰值或更低的應用,1×探頭可能要比較適合,甚至是必不可少的。在低幅度和中等幅度信號混合(幾十毫伏到幾十伏)的應用中,可切換1×/10×探頭要方便得多。但是,可切換1×/10×探頭在本質上是一個產品中的兩個不同探頭,不僅其衰減系數不同,而且其帶寬、上升時間和阻抗(R和C)特點也不同。因此,這些探頭不能與示波器的輸入完全匹配,不能提供標準10×探頭實現的較優性能。
1.1.3 低阻無源電壓探頭
大多數高阻無源探頭的帶寬范圍在小于100MHz到500MHz或更高的帶寬之間。而低阻無源電壓探頭(又稱為50歐姆探頭、Zo探頭、分壓器探頭)的頻率特性很好,采用匹配同軸電纜的探頭,帶寬可達10GHz和100皮秒或更快的上升時間。這種探頭是為用于50歐姆環境中設計的,這些環境一般是高速設備檢定、微波通信和時域反射計(TDR)。
1.1.4 無源高壓探頭
“高壓”是相對的概念。從探頭角度看,我們可以把高壓定義為超過典型的通用10×無源探頭可以安全處理的電壓的任何電壓。高壓探頭要求具有良好的絕緣強度,保證使用者和示波器的安全。
1.2 有源電壓探頭
1.2.1 有源探頭
有源探頭包含或依賴有源器件,如晶體管。較常見的情況下,有源設備是一種場效應晶體管(FET),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。可以從下面的Xc公式中看出:
1.2.2 有源FET探頭
有源FET探頭的規定帶寬一般在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,而產生負荷效應的風險要低得多。另外,由于低電容降低了地線影響,可以使用更長的地線。
有源FET探頭沒有無源探頭的電壓范圍。有源探頭的線性動態范圍一般在±0.6V到±10V之間。