一文詳解示波器探頭的原理

示波器應該是我們電子打工人的眼睛了，那么我們經常會看到使用的探頭上寫著X10，X100，這個衰減倍數到底是什么意思呢？如果我們只會按照使用說明去設置使用，那么我們和維修師傅有什么區別呢？今天就來了解一下其中的原理，以便在以后工作中更加靈活的使用它如下是示波器探頭接口的結構，最里面是一個垂直放大器，輸入阻抗趨近無窮大。通常實際示波器上可選輸入電阻為1MΩ（50Ω檔位用于通信高頻信號的阻抗匹配），輸入電容是20pF。

而我們的示波器探頭（以X20）的為例，其前端的探頭如虛線框內的RC并聯結構，阻抗和容抗自動可調。并且我們的線材是有屏蔽層包裹的，屏蔽層接地與探頭線芯形成大約100pF的等效電容。那么示波器是如何調整探頭的阻容參數，使輸入信號進入示波器之前可以衰減20dB呢？我們來分析一下

對于交流信號：分析等效電路如上，由電容隔直阻交的特性，可以看成是Cin對地串聯上探頭線和示波器的電容約120pF，那么由電容阻抗公式，探頭電容Cin與輸入等效電容的比例為1/20；可解出交流信號衰減20dB所需的Cin需調整為約6.3pF

對于直流信號：分析電路如下，輸入信號呢就是示波器探頭的電阻Rin與示波器內部的輸入阻抗分壓，由直流分壓公式，輸入信號Vin要衰減20dB，則Rin取值需調整為19MΩ

校準可調RC：對于電阻Rin，一般使用精密電阻就能實現對直流信號的精準倍數衰減。可是電容呢畢竟只是一個估算，想要對交流增益進行調整呢就必須進行校準，我們通常看到示波器上校準會有一個1Khz的參考方波校準口，當通過這個參考的方波，波形能夠精準且不出現失真時（相當于探頭上的Rin和Cin取得了較為理想的值）這就完成了矯正。

電路仿真：那我也搭建電路仿真驗證一下我們設計的這個X20探頭，看看得到的波形是否達到我們想要的衰減倍數，參數按照如上分析的電路設計，仿真電路示波器內部的垂直放大器使用無窮大阻抗的1000G電阻代替，那么輸入IKhz，幅值為正負200V的方波矯正信號，那么可以看到示波器得到不失真的幅值10V的方波顯示，完全符合我們的計算。