2．高阻無源探頭

無源探頭是指探頭內(nèi)部沒有需要供電的有源器件，無源探頭根據(jù)輸入阻抗的大小又分為高阻無源探頭和低阻無源探頭兩種。

高阻無源探頭即通常所說的無源探頭，應(yīng)用最為廣泛，基本上每個使用過示波器的人都接觸過這種探頭。高阻無源探頭與示波器相連時，要求示波器端的輸入阻抗是1MΩ。圖5.8是一個10∶1高阻無源探頭的原理框圖（圖中的電阻、電容的參數(shù)對于不同型號的探頭和示波器會有不同，僅供參考）。

圖5.8 高阻無源探頭的原理

為了方便測量，無源探頭通常都會有約1m長的連接線，如果不加匹配電路，很難想象探頭能夠在這么長的信號路徑上提供數(shù)百MHz的測量帶寬。另外，示波器的輸入端也有寄生電容，也會影響帶寬。為了改善探頭的高頻相應(yīng)，高阻無源探頭前端會有相應(yīng)的匹配電路，最典型的就是一個Rtip和Ctip的并聯(lián)結(jié)構(gòu)。簡單地說，探頭要在帶內(nèi)產(chǎn)生平坦增益的一個條件是要滿足Rtip·Ctip=Rscope·Cscope，具體計算過程就不做了，感興趣的讀者可以自己推導(dǎo)一下，更復(fù)雜的情況除了需要考慮示波器的寄生電容以外，還需要考慮探頭電纜本身的電容Ccable。

前面介紹過，Cscope是示波器的寄生電容，所以其數(shù)值可以通過工藝控制在一定范圍內(nèi)，但不能精確設(shè)定，也就是說不同示波器或示波器的不同通道間Cscope的值會不太一樣。為了補償不同通道Cscope的變化，一般的高阻無源探頭在連接示波器的一端處一般至少會有一個可調(diào)電容Ccomp。當(dāng)探頭接在不同通道上時，可以通過調(diào)整Ccomp補償Cscope的變化。幾乎所有示波器都可以提供一個低頻方波的輸出，通過觀察探頭測量到的這個方波的形狀可以調(diào)整Ccomp的值。圖5.9是幾種在示波器屏幕上可能看到的方波的形狀。

Rprobe在改善頻響的同時會和示波器輸入電阻產(chǎn)生一個分壓，這個分壓比最常見的是10∶1的分壓。所謂10∶1，就是指經(jīng)過探頭進入示波器中的實際電壓是真實信號電壓的1/10，也就是信號經(jīng)過探頭會有一個10倍衰減。有些比較簡單的探頭可能需要手工設(shè)置示波器的探頭衰減倍數(shù)才能在示波器上得到正確的電壓顯示，更多的探頭在與示波器連接端有一個自動檢測的針腳（里面有不同的電阻代表不同的衰減比含義），如圖5.10所示。當(dāng)探頭插上時示波器可以通過這個針腳讀出探頭的衰減比，并自動調(diào)整顯示的比例。

圖5.9 無源探頭的補償電路對方波測量的影響

圖5.10 探頭衰減比的檢測針腳

高阻無源探頭中還有2個特殊的種類。一類是高壓探頭，其衰減比可達100∶1或1000∶1，所以測量電壓范圍很大。還有一類是1∶1的探頭，即信號沒有衰減就進入示波器，由于不像10∶1的探頭那樣需要示波器再放大顯示，所以示波器本身的噪聲不會被放大，在小信號和電源紋波的測量場合應(yīng)用很多。1∶1的探頭前端沒有充分的信號高頻補償電路，因此帶寬一般不高，通常在50MHz以下。

高阻無源探頭的優(yōu)點是價格便宜，同時輸入阻抗高，測量范圍大，連接方便，所以廣泛應(yīng)用于通用測試場合。但是隨著測試頻率的提高，各種二階寄生參數(shù)很難控制，僅僅靠簡單的匹配電路已經(jīng)不能再提高帶寬了，所以一般高阻無源探頭的帶寬都在1GHz以下。表5.1是一些典型的高阻無源探頭的主要參數(shù)。

表5.1 常用高阻無源探頭的主要參數(shù)