示波器探头内部电路图,示波器探头内部电路图解析与工作原理

你有没有想过，那个看似简单的示波器探头，其实是个复杂的电子小世界？它就像一把钥匙，能帮你打开电子世界的大门，让你看到那些肉眼无法察觉的信号波形。但你知道吗？这把钥匙的内部，隐藏着精密的电路和巧妙的设计。今天，就让我们一起揭开示波器探头内部电路图的神秘面纱，看看它是如何将复杂的信号变得清晰可见的。

探头的核心：R、L、C模型

想象示波器探头就像一个由电阻、电感和电容组成的微型电路。这个模型看似简单，却蕴含着深刻的原理。电阻R决定了探头的负载效应，电感L和电容C则共同作用，影响着信号的带宽和上升时间。

电阻R是探头的输入电阻，它的作用是尽可能减少对被测电路的影响。你希望探头的输入电阻越大越好，这样可以避免探头和被测电路之间产生分压，导致实测电压比实际电压小。但电阻R不可能做到无穷大，所以它会和被测电路产生分压。为了避免这个问题，一般要求探头的输入电阻要大于被测电路的源电阻和负载电阻的10倍以上。大部分探头的输入阻抗在几十K欧姆到几十兆欧姆之间。

电容C是探头的输入电容，它不是刻意做进去的，而是探头的寄生电容。这个电容会影响探头的带宽，因为它会衰减高频成分，使信号的上升沿变缓。通常，高带宽的探头寄生电容都比较小。理想情况下，电容C应该为0，但实际上做不到。一般无源探头的输入电容在10pF至几百pF之间，而带宽高些的有源探头输入电容一般在0.2pF至几pF之间。

电感L是探头导线的寄生电感，通常1mm探头的地线会有大约1nH的电感。信号和地线越长，电感值越大。探头的寄生电感和寄生电容会组成谐振回路，当电感值太大时，在输入信号的激励下就有可能产生高频谐振，造成信号的失真。所以，在高频测试时，需要严格控制信号和地线的长度，否则很容易产生振铃。

无源探头的内部世界

无源探头是最常见的一种，它的结构简单，通用性强。你可能会在购买示波器时标配赠送这样的探头。无源探头一般使用通用型BNC接口与示波器相连，所以大多数厂家的无源探头可以在不同品牌的示波器上通用（某些厂家特殊接口标准的探头除外）。

无源探头的内部结构主要由输入阻抗R、寄生电容C、可调补偿电容Ccomp和传输导线组成。输入阻抗R一般设置为10MΩ，衰减比因子为10。这种设计既保证了测量灵敏度，又降低了探头负载效应。

无源探头的工作原理是利用输入阻抗R和寄生电容C构成一个低通滤波器，去除高频噪声。同时，通过板载电阻分压器将被测电路中的高电压信号分压为示波器能够读取的合适范围内的电压。此外，无源探头还包含一个补偿网络，用于抵消探头本身的响应以及传输过程中引起的频率响应失真和幅频响应变化。

有源探头的精密设计

有源探头是一种更复杂、更精密的探头，它内部集成了放大器和其他电路，能够将被测电路的信号放大后送入示波器。有源探头的原理是使用内部放大器，对被测信号进行放大和适当的补偿，以提供更准确和精细的测量结果。

有源探头通常具有更高的输入阻抗，能够更好地与被测电路匹配，并减少对被测电路的影响。有源探头可以分为有源单端探头和有源差分探头两种类型。有源单端探头适用于高阻抗、小信号的测量，而有源差分探头则适用于高速开关、功率器件VGS的测量。

有源探头的内部电路通常包括衰减器、缓冲器、无损传输线和差分放大器等。衰减器用于控制信号的幅度，缓冲器具备高输入阻抗与强驱动能力，无损传输线保证信号路径阻抗连续，避免反射。差分放大器则用于共模抑制，提高测量的准确性。

探头的负载效应：影响测量的关键

探头的负载效应是影响测量准确性的关键因素。当探头探测到被测电路后，探头成为了被测电路的一部分。探头的负载效应包括阻性负载效应、容性负载效应和感性负载效应。

阻性负载相当于在被测电路上并联了一个电阻，对被测信号有分压的作用，影响被测信号的幅度和直流偏置。为了减少阻性负载的影响，一般推荐探头的电阻要大于被测源电阻的10倍以上，以维持小于10%的幅度误差。

容性负载相当于在被测电路上