圖1 探頭帶寬相關(guān)公式
 

以上公式中，Tr(display)表示實(shí)際測量到的信號上升時間，等于示波器上升時間、探頭上升時間和源信號上升時間的正交和。而系統(tǒng)的上升時間與帶寬的乘積為一常數(shù)，對系統(tǒng)函數(shù)為1階的模型而言，該常數(shù)經(jīng)驗(yàn)值為0.35,對于更高階的模型該常數(shù)介于0.35 ~ 0.5之間。 我們可以推導(dǎo)出這四者帶寬之間的關(guān)系。從以上公式我們還可以推導(dǎo)出：如果我們使用一臺100MHz的示波器和一個100MHz的探頭，那么它們組成的系統(tǒng)帶寬就小于100MHz，內(nèi)在的因素是因?yàn)樘筋^的電容和示波器的輸入電容相加，更大的電容導(dǎo)致更小的系統(tǒng)帶寬，加大了顯示在示波器屏幕上信號的上升時間tr。

繼續(xù)討論： tr(ns)=350/BW(MHz)
如果示波器和探頭各自均為100MHz帶寬，其上升時間均為tr=3.5ns 。則有效系統(tǒng)上升時間就由下式給出：
trsystem=sqr(t2rscope+t2rprobe)
　　      =sqr(3.52+3.52)ns
　　      =sqr(24.5)2ns
　　      =4.95ns
根據(jù)4.95ns的系統(tǒng)上升時間求得，系統(tǒng)帶寬為350/4.95MHz=70.7MHz。

從上述的計(jì)算可以看出，探頭帶寬比示波器主機(jī)帶寬越高，整個系統(tǒng)帶寬就越接近主機(jī)帶寬，所以我們推薦用戶應(yīng)配備盡可能高帶寬探頭，以提升整個測試系統(tǒng)帶寬。
[page]三、示波器探頭負(fù)載效應(yīng)
當(dāng)我們進(jìn)行信號測量時，我們常常以為測得的電壓和電路中未連入示波器時是完全一樣的，實(shí)際則不然。打個比方，我們用溫度計(jì)去度量火焰的溫度，溫度計(jì)未靠近時火焰溫度50攝氏度，靠近后溫度計(jì)要從火焰中汲取熱量，自身溫度升高而火焰溫度降低為49度，溫度計(jì)反映出來的溫度值就為49度，很明顯有1度的測量誤差，這個誤差正是因?yàn)橐霚y量系統(tǒng)后帶來的。

實(shí)際上，每個示波器探頭都有其輸入阻抗，這個阻抗是特性阻抗，不僅是因?yàn)殡娮柙斐傻?，還包含了電容和電感等因素。由于探頭引入的額外負(fù)載，所以探頭接入被測電路后，會從信號中汲取能量，實(shí)際上就會影響被測電路，最惡劣的后果就是電路本來是正常工作的，引入示波器探頭后卻不正常了，工程師就容易得出與事實(shí)相反的結(jié)論。因此我們分析測量結(jié)果時必須考慮探頭的負(fù)載特性以及測試電路的阻抗匹配性。

有些示波器探頭里沒有串聯(lián)的電阻，這類探頭主要就由一段電纜和一個測試頭構(gòu)成。因此，在其有用帶寬之內(nèi)，探頭對信號沒有衰減作用。這類探頭稱為1：1或X1探頭。由于這類探頭在測試點(diǎn)處將其自身的電容（包括電纜的電容）與示波器的輸入阻抗連在了一起，所以這種探頭具有負(fù)載效應(yīng)。見圖2。

圖2 X1探頭結(jié)構(gòu)模型
 

當(dāng)信號頻率升高時，探頭的容性負(fù)載效應(yīng)就變得更加顯著。由于電纜的類型和長度的不同以及探頭本身構(gòu)造等原因，1：1探頭的輸入電容通常可以從大約35pF到100pF以上，這等于給被測電路施加了一個低阻抗負(fù)載，具有47pF輸入電容1：1探頭在20MHz之下的電抗僅為169W，這就使得這個探頭在此頻率無法使用。
 

我們可以在探頭中增加一個和示波器輸入阻抗相串聯(lián)的阻抗，用這種辦法就可以減小探頭的負(fù)載效應(yīng)。然而，這就意味著輸入電壓不能完全加到示波器的輸入端，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在已經(jīng)引入了一個電阻分壓結(jié)構(gòu)。
 

圖3給出了電阻分壓的探頭等效電路，Rp和Rs構(gòu)成了一個10：1的分壓器，Rs為示波器的輸入阻抗。調(diào)節(jié)補(bǔ)償電容C3使得探頭和示波器通道RC乘積相匹配，這樣就能保證在探頭的尖端獲得正確的頻率響應(yīng)曲線，并且這種探頭的頻率響應(yīng)比1：1探頭頻率響應(yīng)要寬得多。

圖3 10：1無源探頭結(jié)構(gòu)模型
 

多數(shù)通用10：1探頭的構(gòu)造使這些探頭適合于最大輸入電壓為峰值300V或400V的情況下使用，所以這些探頭可以用于信號電平高達(dá)數(shù)百伏的廣泛的應(yīng)用場合，對于需要測量更高電壓的場面合，我們推薦使用電壓額定值更高的100：1或1000：1衰減探頭。

五、探頭自動識別能力
現(xiàn)代示波器探頭都支持編碼能力，使得示波器主機(jī)能夠識別與它相連接的探頭類型和特性參數(shù)。 從而使示波器能夠自動重構(gòu)所有幅度測量結(jié)果以避免發(fā)生泥淆。而如果使用不帶這種識別系統(tǒng)的探頭，則用戶就不得不自己為所有波形顯示和測量結(jié)果重新定義以便反映出探頭的衰減量。力科PP系列高阻抗無源探頭即能被自動識別出阻抗和衰減比，示波器軟件在還原信號時也會自動對信號電壓重新定標(biāo)以確保顯示的波形幅度與真實(shí)情況一致。

六、探頭接地引線
探頭接地引線實(shí)質(zhì)可以等效為電感效應(yīng)，接地引線電感與探頭及示波器的輸入電容形成串聯(lián)諧振電路。而探頭的輸入電阻則在諧振電路中引入阻尼。電感效應(yīng)會造成阻抗不匹配，而且是帶寬越大影響就越大。等效電感的大小與接地線長度有關(guān)，其越長電感效應(yīng)就越大，對波形的破壞效應(yīng)就是會產(chǎn)生脈沖信號的振蕩、過沖等信號完整性問題帶有接地引線電感的示波器探頭等效電路及效應(yīng)如下圖4。

圖4 探頭接地引線電感效應(yīng)
 

舉例來說：

 

從以上分析可以清楚的看到接地引線電感對測量結(jié)果的影響，所以一定要使探頭的接地引線盡可能的短，特別是在測高頻和快速上升沿的信號時尤應(yīng)注意。

七、探頭安全接地
為保證操作者在使用示波器時的人身安全，多數(shù)示波器都通過電源線與安全地線相連。被測信號有可能和地線具有相同的參考電位，但并非必然如此，因此在連接探頭的地線時，一定要注意不要因此而把被測系統(tǒng)的某一部分短路。另一方面，既使被測系統(tǒng)和示波器的地線具有相同的參考電位，這也并不意味著可以用安全地線來作信號返回通路，這是由于安全地線連接走線很長，具有很大的引線電感，因此不適合作信號返回通路。這時一定要用探頭的接地引線來作為信號的參考地線。