2．高阻无源探头

无源探头是指探头内部没有需要供电的有源器件，无源探头根据输入阻抗的大小又分为高阻无源探头和低阻无源探头两种。

高阻无源探头即通常所说的无源探头，应用最为广泛，基本上每个使用过示波器的人都接触过这种探头。高阻无源探头与示波器相连时，要求示波器端的输入阻抗是1MΩ。图5.8是一个10∶1高阻无源探头的原理框图（图中的电阻、电容的参数对于不同型号的探头和示波器会有不同，仅供参考）。

图5.8 高阻无源探头的原理

为了方便测量，无源探头通常都会有约1m长的连接线，如果不加匹配电路，很难想象探头能够在这么长的信号路径上提供数百MHz的测量带宽。另外，示波器的输入端也有寄生电容，也会影响带宽。为了改善探头的高频相应，高阻无源探头前端会有相应的匹配电路，最典型的就是一个Rtip和Ctip的并联结构。简单地说，探头要在带内产生平坦增益的一个条件是要满足Rtip·Ctip=Rscope·Cscope，具体计算过程就不做了，感兴趣的读者可以自己推导一下，更复杂的情况除了需要考虑示波器的寄生电容以外，还需要考虑探头电缆本身的电容Ccable。

前面介绍过，Cscope是示波器的寄生电容，所以其数值可以通过工艺控制在一定范围内，但不能精确设定，也就是说不同示波器或示波器的不同通道间Cscope的值会不太一样。为了补偿不同通道Cscope的变化，一般的高阻无源探头在连接示波器的一端处一般至少会有一个可调电容Ccomp。当探头接在不同通道上时，可以通过调整Ccomp补偿Cscope的变化。几乎所有示波器都可以提供一个低频方波的输出，通过观察探头测量到的这个方波的形状可以调整Ccomp的值。图5.9是几种在示波器屏幕上可能看到的方波的形状。

Rprobe在改善频响的同时会和示波器输入电阻产生一个分压，这个分压比最常见的是10∶1的分压。所谓10∶1，就是指经过探头进入示波器中的实际电压是真实信号电压的1/10，也就是信号经过探头会有一个10倍衰减。有些比较简单的探头可能需要手工设置示波器的探头衰减倍数才能在示波器上得到正确的电压显示，更多的探头在与示波器连接端有一个自动检测的针脚（里面有不同的电阻代表不同的衰减比含义），如图5.10所示。当探头插上时示波器可以通过这个针脚读出探头的衰减比，并自动调整显示的比例。

图5.9 无源探头的补偿电路对方波测量的影响

图5.10 探头衰减比的检测针脚

高阻无源探头中还有2个特殊的种类。一类是高压探头，其衰减比可达100∶1或1000∶1，所以测量电压范围很大。还有一类是1∶1的探头，即信号没有衰减就进入示波器，由于不像10∶1的探头那样需要示波器再放大显示，所以示波器本身的噪声不会被放大，在小信号和电源纹波的测量场合应用很多。1∶1的探头前端没有充分的信号高频补偿电路，因此带宽一般不高，通常在50MHz以下。

高阻无源探头的优点是价格便宜，同时输入阻抗高，测量范围大，连接方便，所以广泛应用于通用测试场合。但是随着测试频率的提高，各种二阶寄生参数很难控制，仅仅靠简单的匹配电路已经不能再提高带宽了，所以一般高阻无源探头的带宽都在1GHz以下。表5.1是一些典型的高阻无源探头的主要参数。

表5.1 常用高阻无源探头的主要参数