示波器探头是什么_示波器探头原理_示波器探头的使用

幅度相同，相位相反，所以二者相加应该为零。但在实际工作环境下，Vin+、Vin-上会叠加上噪声干扰Vnoise。由于Vin+、Vin-所处环境相同，因而在二者上叠加的噪声也往往相同，所以由CM表达式可知：CM = Vnoise.

　　差模（DifferenTIal Mode）：差分信号两端不同的信号成分，用表达式表示为Vdm = Vin+ - Vin-。

　　共模抑制（Common Mode RejecTIon）：差分放大器对共模信号的抑制能力，即差分放大器的一项主要能力是对Vnoise进行抑制消除。如果共模电压Vcm经过差分放大器的增益为Acm，差模电压Vdm经过差分放大器的增益为Adm，则我们可以用共模抑制比（Common Mode RejecTIon RaTIo）即CMRR来表示共模抑制能力，其表达式为：

　　CMRR = Adm / Acm

　　举例如下图：差模信号Vdm幅度为1V，经过差分放大器后幅度仍然为1V，即Adm = 1. 共模信号Vcm幅度为4.5V，经过差分放大器后幅度抑制为0.45V，即Acm=0.1. 因此，CMRR = 1 / 0.1 = 10：1 = 20dB。

　　图14 差分信号测试举例

　　对于理想的差分放大器而言，我们希望其完全抑制共模信号，从而消除噪声Vnoise对差分信号测量的影响。对于一般的差分信号测量而言，20dB的CMRR已经足够，而R&S RT-ZD40的CMRR可达50dB，性能非常优异。

　　图15 R&S RT-ZD40有源差分探头

　　值得一提的是，R&S的有源单端探头和有源差分探头上都配备了MicroButton多功能按钮和ProbeMeter探头计功能。其中，MicroButton是位于有源探头前段的一个微型按钮，用户可以在测试时很方便的按动按钮，从而执行对示波器的特定控制（可自定义），如：自动设置、默认设置、单次运行、连续运行等。

　　图16 MicroButton多功能按钮

　　ProbeMeter则是集成在有源探头前端的16位DC电压计，可用来直接在探头点处测试直流电压，这与其他厂家使用探头捕获波形然后输送到示波器，进而对波形进行测量得到DC数值的方案完全不同很显然，ProbeMeter摒除了探头传输的失真影响，从而具备了0.1%的高精准度。在使用差分探头时，可以借助此功能方便快捷查看单端、共模、差模电压数值。

　　图17 ProbeMeter探头电压计

　　有源差分探头可用于绝大多数较小幅度差分信号的测量，但对于幅度达上百甚至上千幅的高压差分信号而言，有源查分探头就显得力不从心了。此时我们只能借助于高压差分探头的帮忙，相对于一般差分探头而言，高压差分探头具有更高的动态范围，能够承受更高的电压。

　　图18 R&S RT-ZD01 ±1400V 高压差分探头

　　高压差分探头相对于无源高压探头而言价格昂贵，因此有用户在测试高压差分信号时会选择将示波器的电源接地线剪断，使示波器"浮起来"进行测试，这是非常危险的，一定要杜绝此类行为。我们将在第二部分详细说明。

　　电流探头严格意义上说也属于有源探头的一种，几乎所有的电流探头在使用过程中都需要供电。电流探头主要分为三类：AC（仅能测试交流电）、DC（仅能测试直流电）、AC+DC。而目前大多数电流探头都具备了AC+DC的测量功能。

　　电流探头的原理如下，主要是利用电磁效应（AC测量）和霍尔效应（DC测量）。

　　图19 AC+DC电流探头原理图

　　当有AC电流经过导线穿过电流探头的前段闭合钳口时，会有相应磁场产生，通过磁场的强弱直接感应到电流探头的线圈。探头就象一个电流变压器，系统直接测量的是感应电流。

　　如果是DC或者低频电流，当电流钳闭合后，电流导线附近会出现一个磁场。磁场使霍尔传感器内的电子发生偏转，在霍尔传感器的输出产生一个电压。系统根据这个电压产生一个反相（补偿）电流至电流探头的线圈，使电流钳中的磁场为零，防止磁饱和。系统根据反相电流测得实际得电流值。

　　电流探头的选择主要依据其测量带宽、量程以及钳口直径等。

　　MSO数字逻辑探头在数字逻辑测试中会经常使用，与一般8bit模拟探头相比，数字逻辑探头根据示波器所设置的判决门线电平，将捕获的电压按照0、1跳变（1bit）的数字信号在屏幕上显示出来。用户可以根据多路数字信号的逻辑电平及关系来判断逻辑电路的性能。

　　图20 R&S RTO-B1数字逻辑探头

　　EMI近场探头是另一类特殊的探头类型，它实际使用了天线接收原理，用来捕获电路板上空间辐射的电磁场干扰，特别是在系统集成中做EMI电磁干扰的诊断。

　　图21 EMI近场探头示意图

除了以上给大家介绍的各种探头之外，还有光探头、温度传感探头及其他各类传感探头等。原则上来说，任何一款能够将各物理量转换成电压信号并具备与示波器互连能力的传感器都可以作为示波器探头，用户可以根据具