5．有源探头

前面介绍过：高阻无源探头的输入阻抗高，但带宽做不高；低阻无源探头带宽可以做高但输入阻抗不高。那么是否有一种探头输入阻抗高同时带宽又高呢？这就是有源探头。

有源探头泛指需要供电的探头，这种探头中一般有专门的放大器电路，由于放大器需要供电，因此称为有源探头。有源探头也分为很多种，例如单端有源探头、差分有源探头、电流探头等。图5.19是单端有源探头的工作原理。

图5.19 有源探头工作原理

有源探头的前端有一个高带宽的放大器，一般放大器的输入阻抗都是比较高的，所以有源探头可以提供比较高的输入阻抗；同时，放大器的输出驱动能力又很强，所以可以直接驱动后面50Ω的负载和传输线。50Ω的传输线可以提供很高的传输带宽，再加上放大器本身带宽较高，所以整个探头系统相比无源探头就可以提供更高带宽。

有源探头的优异特性得益于放大器可以尽可能靠近被测电路从而信号环路很小，减小了很多寄生参数，但是这个高带宽的放大器造价很高，而且又要放在探头前端有限的空间内，因此实现成本很高。一般无源探头的价格都是几百美元，而有源探头的价格普遍在几千美元甚至几万美元量级。图5.20是一款2GHz带宽的单端有源探头，可以看到，其在提供2GHz带宽的同时提供了1MΩ的输入阻抗，很好地平衡了带宽和输入阻抗的要求。高带宽有源探头会要求示波器端采用50Ω的匹配方式，以保证后端的传输带宽，需要注意这个50Ω是指示波器端所采用的阻抗匹配方式，探头本身的输入阻抗还是高阻的。

图5.20 一种2GHz带宽的单端有源探头

但是有源探头也不是没有缺点，限制有源探头广泛应用的因素除了价格高外，还有一个原因在于其有限的动态范围。一般高带宽放大器可以正常工作的电压范围都不大，所以高带宽的有源探头也不可能有无源探头那么大的电压测量范围。一般常用的10∶1的高阻无源探头最大可以测量的电压为几百伏，而有源探头的典型动态范围都在几伏以内，甚至有些几十GHz带宽的有源探头的输入动态范围只有1V多，所以应用场合会受到限制。

单端的有源探头上会有一个接地插孔，通过地线可以连接被测电路。但是这种结构也造成地环路较大，接地环路的电感效应会限制有源探头的可用带宽，因此当要探测比较高频的信号时，也要使用尽可能短的接地线。由于同样的原因，更高带宽的单端有源探头即使被设计出来也因为对于接地环路的苛刻要求而变得非常不实用，因此单端有源探头的带宽一般在6GHz以内，更高带宽的测量只能使用差分有源探头（有些型号的差分有源探头可以同时兼顾单端测试）。