示波器探头基础系列之五——示波器探头使用指南（下）

有源（FET）探头

对于许多应用要求高的阻抗和频率（如2GHz以上），则有源探头成为有力的工具。有源探头使用具有高的输入阻抗的场效应管放大器和缓冲器电路。典型的有源探头提供1：1的电压增益和1MOhm输入电阻和2.2pF输入电容，1G带宽。其电路原理图如图14所示：

图 14 有源探头原理图

关键部件包括由场效应管构成的源极，互补双极晶体管构成的发射机。FET提供很高的输入电阻，大于1011倍探头输入电阻。有源探头要求供电，并有一个更为严格的动态范围。实际上，高带宽有源探头最大的缺点在于其很容易被高压打坏。因为有源探头远远比无源探头贵，使用者注意应该避免这一点。实际上，有源探头填补了高阻探头和低容值探头的各自缺点。具有高达2GHz的带宽和相对高的输入电阻，并可以驱动相对长的电缆线。加上有源探

头可以调节偏置和耦合，因此常被用作测试仪器需要离开待测电路一定距离的ATE自动测试系统。

图15 探头地线电感的简化模型

探头接地和信号完整性

当频率提高时，探头的二阶效应如探头地线电感将影响测量波形。地线电感由地线长度和信号频率共同决定。考虑图15的简化模型，探头地线提供了一个信号回路，其电感值为

地平面几何形状的函数。如传统的绕线电感为25nH/inch, 10：1、高电阻探头的电感值为100-150nH。这些电感和探头电容组成谐振回路。如典型的探头电容为15pF，一个7英寸地线为175nH，其谐振频率为98Mhz。如果信号频率在这个值附近，将会出现”振铃“现象。

图 16 10：1探头，7英寸地线测量结果

总结

对于使用快速模拟电路和数字电路的现代的电子技术而言，探头的使用变得异常复杂。当信号频率变高，电路的负载效应使得非常复杂。工程师需要考虑选择合适的探头和连接技术来减少这些影响。

探头使用者有用的公式

计算带宽和上升时间的测量系统

Cs 源电容（单位Farads）

Co 输入电容（单位Farads）

Rs 源电阻 （单位 Ohm）

f 源频率（单位Herts）

txxx 上升时间（单位 秒）

BW 带宽（-3dB，单位Herts）

上升时间，Tr：

带宽，BW：

上升时间为带宽的函数：

系统上升时间：

信号上升时间：