5．有源探頭

前面介紹過：高阻無源探頭的輸入阻抗高，但帶寬做不高；低阻無源探頭帶寬可以做高但輸入阻抗不高。那么是否有一種探頭輸入阻抗高同時帶寬又高呢？這就是有源探頭。

有源探頭泛指需要供電的探頭，這種探頭中一般有專門的放大器電路，由于放大器需要供電，因此稱為有源探頭。有源探頭也分為很多種，例如單端有源探頭、差分有源探頭、電流探頭等。圖5.19是單端有源探頭的工作原理。

圖5.19 有源探頭工作原理

有源探頭的前端有一個高帶寬的放大器，一般放大器的輸入阻抗都是比較高的，所以有源探頭可以提供比較高的輸入阻抗；同時，放大器的輸出驅動能力又很強，所以可以直接驅動后面50Ω的負載和傳輸線。50Ω的傳輸線可以提供很高的傳輸帶寬，再加上放大器本身帶寬較高，所以整個探頭系統相比無源探頭就可以提供更高帶寬。

有源探頭的優異特性得益于放大器可以盡可能靠近被測電路從而信號環路很小，減小了很多寄生參數，但是這個高帶寬的放大器造價很高，而且又要放在探頭前端有限的空間內，因此實現成本很高。一般無源探頭的價格都是幾百美元，而有源探頭的價格普遍在幾千美元甚至幾萬美元量級。圖5.20是一款2GHz帶寬的單端有源探頭，可以看到，其在提供2GHz帶寬的同時提供了1MΩ的輸入阻抗，很好地平衡了帶寬和輸入阻抗的要求。高帶寬有源探頭會要求示波器端采用50Ω的匹配方式，以保證后端的傳輸帶寬，需要注意這個50Ω是指示波器端所采用的阻抗匹配方式，探頭本身的輸入阻抗還是高阻的。

圖5.20 一種2GHz帶寬的單端有源探頭

但是有源探頭也不是沒有缺點，限制有源探頭廣泛應用的因素除了價格高外，還有一個原因在于其有限的動態范圍。一般高帶寬放大器可以正常工作的電壓范圍都不大，所以高帶寬的有源探頭也不可能有無源探頭那么大的電壓測量范圍。一般常用的10∶1的高阻無源探頭最大可以測量的電壓為幾百伏，而有源探頭的典型動態范圍都在幾伏以內，甚至有些幾十GHz帶寬的有源探頭的輸入動態范圍只有1V多，所以應用場合會受到限制。

單端的有源探頭上會有一個接地插孔，通過地線可以連接被測電路。但是這種結構也造成地環路較大，接地環路的電感效應會限制有源探頭的可用帶寬，因此當要探測比較高頻的信號時，也要使用盡可能短的接地線。由于同樣的原因，更高帶寬的單端有源探頭即使被設計出來也因為對于接地環路的苛刻要求而變得非常不實用，因此單端有源探頭的帶寬一般在6GHz以內，更高帶寬的測量只能使用差分有源探頭（有些型號的差分有源探頭可以同時兼顧單端測試）。