示波器是我們電子工程師的左膀右臂，把示波器玩好玩精是我們的必備技能之一。對于探頭，我們常用它來測量時間、頻率和電壓值等物理量。而古人早就教育我們不僅要知其然，更要知其所以然。因此僅僅會玩是不夠的，弄清楚探頭的工作原理對于更好地使用示波器來說更是尤為重要。

示波器因為有探頭的存在而擴展了示波器的應用范圍，使得示波器可以在線測試和分析被測電子電路，如下圖：

圖1 示波器探頭的作用

探頭的選擇和使用需要考慮如下兩個方面：

其一：因為探頭有負載效應，探頭會直接影響被測信號和被測電路;

其二：探頭是整個示波器測量系統的一部分，會直接影響儀器的信號保真度和測試結果

一、探頭的負載效應

當探頭探測到被測電路后，探頭成為了被測電路的一部分。探頭的負載效應包括下面3部分：

1. 阻性負載效應;

2. 容性負載效應;

3. 感性負載效應。

圖2 探頭的負載效應

阻性負載相當于在被測電路上并聯了一個電阻，對被測信號有分壓的作用，影響被測信號的幅度和直流偏置。有時，加上探頭時，有故障的電路可能變得正常了。一般推薦探頭的電阻R》10倍被測源電阻，以維持小于10%的幅度誤差。

圖3 探頭的阻性負載

容性負載相當于在被測電路上并聯了一個電容，對被測信號有濾波的作用，影響被測信號的上升下降時間，影響傳輸延遲，影響傳輸互連通道的帶寬。有時，加上探頭時，有故障的電路變得正常了，這個電容效應起到了關鍵的作用。一般推薦使用電容負載盡量小的探頭，以減小對被測信號邊沿的影響。

圖4 探頭的容性負載

感性負載于探頭地線的電感效應，這地線電感會與容性負載和阻性負載形成諧振，從而使顯示的信號上出現振鈴。如果顯示的信號上出現明顯的振鈴，需要檢查確認是被測信號的真實特征還是由于接地線引起的振鈴，檢查確認的方法是使用盡量短的接地線。一般推薦使用盡量短的地線，一般地線電感=1nH/mm。

圖5 探頭的感性負載

要想弄明白這個問題，首先我們先看看示波器的設計原理：

波形首先要通過探頭，經由前端的放大器進行放大，之后由模數轉換單元進行轉換，進而存儲到采集內存中，然后顯示到顯示器上。

然后我們將示波器的探頭拆開，來看一看里面的構造。在連接示波器的一端有一個BNC接口，如果你不使用BNC接頭而是直接用兩根線將信號引入示波器的話，你會看到到信號發生了失真，一個方波進去，顯示出的卻是鋸齒波！這究竟是什么原因呢？

示波器一般輸入阻抗都比較高，為了降低對被測電路的影響。因此你會在探頭BNC接口的后面看到一個1M歐姆的電阻或類似的電路。這樣外部較小的電容值也會使得輸入處形成一個濾波器，從而使得被測波形失真。如何解決這個問題就要看探頭的處理方式了！

一般來說，示波器的探頭都會用一個并聯的可調電容器來抵消掉這部分線纜的影響。有些補償電容器可以讓我們自己調節，并選擇最好的效果。示波器上都會有一個方波源，我們將探頭鉤在信號源上，并調節電容器以使得屏幕上顯示出來的方波成為最標準的“方波”。電容量過大會使得探頭形成低通濾波器，而相反則變成高通濾波器。因此要仔細調節才行。

而探頭上一般還會有一個衰減器，對被測信號進行衰減。其倍數一般為10倍。1V的信號進去，顯示出100mV。部分示波器可以自動識別探頭的狀態并顯示正確的數值。

探頭利用高阻抗的特性來保證電路不受到測量部分的干擾，但有些時候我們需要以低阻抗的測試方式來對某些電路進行測量。比如50歐姆阻抗的射頻輸出電路，對于有50歐姆阻抗測量功能的機器來說，這就是按一下按鍵的問題；但是對于普通的示波器來說，這時候探頭就不適合測量了。你需要用BNC三通和50歐的末端電阻來進行匹配，并在另一端直接連接到50歐姆的輸出端。