探头有哪些指标？

一、畸变（通用指标）

畸变是输入信号预计响应或理想响应的任何幅度偏差。在实践中，在快速波形转换之间通常会立即发生畸变，其表现为所谓的“振铃”。

畸变作为最终脉冲响应电平 ± 百分比进行测量或指定（参见图一）。这一指标可能还包括畸变的时间窗口，例如： 在前 30 ns 内，畸变不应超过峰峰值的 ±3% 或 5%。

图一  相对于 100% 脉冲高度测量畸变的实例

在脉冲测量上看到畸变过多时，在认为畸变是探头故障来源时，一定要考虑所有可能的来源。例如，畸变实际上是信号源的一部分吗？还是探头接地技术导致的？

观察到的畸变最常见的来源之一，是疏于检查及正确调节电压探头的补偿功能。严重过度补偿的探头会在脉冲边沿之后立即导致明显的峰值（参见图二）。

图二  过分补偿探头导致的畸变

二、精度（通用指标）

对电压传感探头，精度一般是指探头对 DC 信号的衰减。探头精度的计算和测量一般应包括示波器的输入电阻。因此，只有在与拥有假设输入电阻的示波器一起使用探头时，探头精度指标才是正确的或适用的。精度指标实例如： 在 3% 范围内 10X ( 对 1 兆欧 ±2% 的示波器输入 )

对电流传感探头，精度指标是指电流到电压转换的精度。这取决于电流变压器线圈比及端接电阻的值和精度。使用专用放大器的电流探头的输出在安培 / 格中直接校准，精度指标用电流 / 格设定值百分比的衰减器精度指定。

三、安倍秒乘积（电流探头）

对电流探头，安培秒乘积规定了电流变压器磁芯的能量处理功能。如果平均电流和脉宽的乘积超过额定安培秒乘积，磁芯会饱和。这种磁芯饱和会导致在饱和过程中发生的波形部分被削掉或被抑制。如果没有超过安培秒乘积，那么探头的信号电压输出将呈线性，并保证测量精度。

四、衰减系数（通用指标）

所有探头都有一个衰减系数，某些探头可能会有可以选择的衰减系数。典型的衰减系数是 1X、10X 和100X。

衰减系数是探头使信号幅度下降的程度。1X 探头不会降低或衰减信号，而 10X 探头则会把信号降低到探头尖端幅度的 1/10。探头衰减系数允许扩展示波器的测量范围。例如，100X 探头允许测量幅度高出 100 倍的信号。

1X、10X、100X 这些名称源于以前示波器不会自动传感探头衰减及相应地调节标度系数。例如，10X名称提醒您所有幅度测量结果都需要乘以 10。当前示波器上的读数系统自动传感探头衰减系数，并相应地调节标度系数读数。

电压探头衰减系数使用电阻电压分路器技术实现。结果，探头的衰减系数越高，输入电阻一般也越高。另外，分路器效应会分隔探头电容，衰减系数越高，有效表示的探头头部电容越低。

五、带宽（通用指标）

所有探头都有带宽。10 MHz 探头有 10 MHz 的带宽，100 MHz 探头有 100 MHz 的带宽。探头的带宽是指探头响应导致输出幅度下降到 70.7% (-3 dB) 的频率，如图三所示。

图三 带宽是正弦波的幅度下降 70.7% (-3 dB) 的响应曲线中的频率

还应指出，某些探头还有低频带宽限制。例如，这适用于 AC 电流探头。由于其设计，AC 电流探头不能传送 DC 或低频信号，因此，必须使用两个值指定其带宽，一个值用于低频，一个值用于高频。

对示波器测量，真正担心的问题是示波器和探头的综合总带宽。这种系统性能最终决定着测量功能。遗憾的是，把探头连接到示波器上会导致带宽性能出现一定程度的下降。例如，结合使用 100 MHz 通用探头和 100 MHz 示波器时，会导致测量系统的带宽性能略低于 100 MHz。为避免整体系统带宽性能不确定性，泰克指定了无源电压探头，以在与指定的示波器型号使用时在探头尖端上提供规定的测量系统带宽。

在选择示波器和示波器探头时，要认识到带宽在许多方面影响着测量精度。

在幅度测量中，随着正弦波频率接近带宽极限，正弦波的幅度会变得日益衰减。在带宽极限上，正弦波的幅度会作为实际幅度的 70.7% 进行测量。因此，为实现最大的幅度测量精度，必需选择带宽比计划测量的最高频率波形高几倍的示波器和探头。

这同样适用于测量波形上升时间和下降时间。波形转换 ( 如脉冲和方波边沿 ) 是由高频成分组成的。带宽极限使这些高频成分发生衰减，导致显示的转换慢于实际转换速度。为精确地测量上升时间和下降时间，使用的测量系统必需使用拥有充足的带宽，可以保持构成波形上升时间和下降时间的高频率。最常见的情况下，这使用测量系统的上升时间指明，上升时间一般应该比要测量的上升时间快 4-5 倍。

六、电容（通用指标）

一般来说，探头电容指标是指探头尖端上的电容。这是探头在被测电路测试点或被测器件上的电容。探头尖端电容非常重要，因为它影响着测量脉冲的方式。低头部电容最大限度地降低了进行上升时间测量的误差。此外，如果脉冲的时长低于探头 RC 时间常数的五倍，会影响脉冲的幅度。

探头还对示波器输入表示电容，这只探头电容应与示波器电容相匹配。对 10X 和 100X 探头，这一电容称为补偿范围，它不同于头部电容。对探头匹配，示波器的输入电容应位于探头的补偿范围内。

七、CMRR（差分探头）

共模抑制比 (CMRR) 是指差分探头在差分测量中抑制两个测试点共用的任何信号的能力。这是差分探头和放大器的一个关键指标，其公式为：

CMRR = |Ad/Ac|

其中：

Ad =差分信号的电压增益。

Ac =共模信号的电压增益。

在理想情况下，Ad 应该很大，而 Ac 则应该等于 0，因此 CMRR 无穷大。在实践中，10,000:1 的CMRR 已经被看作非常好了。这意味着将抑制 5 V 的共模输入信号，使其在输出上显示为 0.5 毫伏。这种抑制对存在噪声时测量差分信号非常重要。

由于 CMRR 随着频率提高而下降，因此指定 CMRR 的频率与 CMRR 值一样重要。在高频上 CMRR 高的差分探头要好于在低频上相同 CMRR 的差分探头。

八、衰减时间常数（电流探头）

衰退时间常数指标表明了电流探头支持脉冲的能力。这一时间常数是次级电感（探头线圈）除以端接电阻。衰退时间常数有时称为探头 L/R 比。L/R 比越大，在幅度没有明显衰退或下落的情况下可以表示的电流脉冲越长。L/R 比越小，在脉冲实际完成前，将看到长时间的脉冲衰落到零。

九、直流（电流探头）

直流降低了电流探头线圈磁芯的导磁率。导磁率下降导致线圈电感和 L/R 时间常数下降，进而会降低低频的耦合性能，及导致低频电流测量响应丢失。某些 AC 电流探头提供了电流抵偿选项，这些选项可以清空 DC 的效应。

十、频率电流额定值下降（电流探头）

电流探头指标应包括幅度与频率额定值下降关系曲线，这一曲线把磁芯饱和与提高的频率关联起来。频率提高对磁芯饱和的影响在于，当波形频率或幅度提高时，平均电流为零安培的波形幅度峰值会被削掉。

十一、插入阻抗（电流探头）

插入阻抗是从电流探头的线圈 ( 二级 ) 转换到被测的携带电流的导线 (the primary) 中的阻抗。一般来说，电流探头反射的阻抗值可以位于几毫欧范围内，对阻抗为 25 欧姆及以上的电路影响不大。

十二、输入电容（通用指标）

探头尖端上测量的探头电容。

十三、输入电阻（通用指标）

探头的输入电阻是在零赫兹 (DC) 时探头置于测试点上的阻抗。

十四、最大额定输入电流（电流探头）

最大额定输入电流探头可以接受、同时仍能实现规定性能的总电流 (DC 加峰值 AC)。在 AC 电流测量中，必须根据频率降低峰到峰额定值，以计算最大总输入电流。

十五、最大额定峰值脉冲电流（电流探头）

不应超过这一额定值，它考虑了磁芯饱和及可能损坏设备的次级电压积累。最大额定峰值脉冲电流通常规定为安培秒乘积。

十六、最大额定电压（通用指标）

应避免接近探头最大额定值的电压。最大额定电压取决于探头机身或测量点上探头器件的额定击穿电压。

十七、传播延迟（通用指标）

每只探头都提供随信号频率变化的部分数量很小的时延或相位位移。传播延迟是探头器件及信号通过这些器件从探头尖端传送到示波器连接器所需时间的函数。

通常情况下，最明显的位移是由探头电缆导致的。例如，42 英寸的专用探头电缆段拥有 5 ns 的信号延迟。对 1 MHz 信号，5 ns 延迟会导致相位位移两度。电缆越长，导致的相应信号延迟越长。

通常只有在两个以上的波形之间进行比较测量时，传播延迟才会成为问题。例如，在测量两个波形之间的时间差时，应使用匹配的探头采集波形，以使得每个信号通过探头时经历相同的传播延迟。

另一个实例是组合使用电压探头和电流探头进行功率测量。由于电压探头和电流探头采用的结构明显不同，因此它们的传播延迟也不同。这些延迟是否影响功率测量，取决于被测波形的频率。对 Hz 信号和 kHz 信号，延迟差异一般并不明显。但对 MHz 信号，延迟差异会产生明显的影响。

十八、上升时间（通用指标）

探头对步进函数 10 - 90% 的响应，表明了探头可以从头部到示波器输入传送的快速测量转换。为在脉冲上精确地测量上升时间和下降时间，测量系统的上升时间 ( 示波器和探头之和 ) 应比要测量的快速测试转换快 3-5 倍。

十九、正切噪声（有源探头）

正切噪声是在有源探头中指定探头生成的噪声的一种方法。正切噪声系数大约是 RMS 噪声的两倍。

二十、温度范围（通用指标）

由于感应到线圈磁屏蔽层中的能量导致的加热效应，电流探头有一个最大工作温度。温度提高会导致损耗提高。因此，电流探头有一个最大幅度与频率额定值下降关系曲线。

衰减器电压探头 ( 即 10X, 100X 等 ) 可能会因温度变化而导致精度变化。

二十一、门限电压（逻辑探头）

逻辑探头测量和分析信号的方式不同于其它示波器探头。逻辑探头不测量模拟细节，而是检测逻辑门限电平。在您使用逻辑探头把混合信号示波器连接到数字电路上时，您只关心信号的逻辑状态。这时只有两种关心的逻辑电平。在输入超出门限电压 (Vth) 时，电平称为“高”或“1”；相反，低于 Vth 的电平为“低”或“0”。在对输入采样时，混合信号示波器会存储一个“1”或一个“0”，具体视相对于电压门限的信号电平而定。

逻辑探头能够一次捕获大量的信号，正是这一点使其不同于其它示波器探头。这些数字采集探头连接到被测器件，在探头内部补偿器上，输入电压与门限电压 (Vth) 对比，判断信号的逻辑状态 (1 还是 0)。门限值由用户设置，从 TTL 电平到 CMOS、ECL 及用户自定义门限。