电流探头测试直流和低频时的工作原理

带补偿的高阻无源探头有一个补偿电容，当接上示波器时，一般需要调整电容值(需要使用探头自带的小螺丝刀来调整，调整时把探头连接到示波器补偿输出测试位置)，以与示波器输入电容匹配，以消除低频或高频增益。下图的左边是存在高频或低频增益，调整后的补偿信号显示波形如下图的右边所示。

无源探头的补偿

高压探头是带补偿的无源探头的基础上，增大输入电阻，使得衰减加大(如：100:1或1000:1等)。因为需要使用耐高压的元器件，所以高压探头一般物理尺寸较大。

高压探头的结构

有源探头

我们先来观察一下用600MHz无源探头和1.5GHz有源探头测试1ns上升时间阶跃信号的影响。使用脉冲发生器产生一个1ns的阶跃信号，通过测试夹具后，使用SMA电缆直接连接到一个1.5GHz带宽的示波器上，这样示波器上会显示一个波形(如下图中的兰色信号)，把这个波形存为参考波形。然后使用探头点测测试夹具去探测被测信号，通过SMA直连的波形因为受探头负载的影响而变成黄色的波形，探头通道显示的是绿色的波形。然后分别测试上升时间，可以看出无源探头和有源探头对高速信号的影响。　

具体测试结果如下：　　

使用1165A 600MHz无源探头，使用鳄鱼嘴接地线：受探头负载的影响，上升时间变为：1.9ns;探头通道显示的波形存在振铃，上升时间为：1.85ns;使用1156A 1.5GHz有源探头，使用5cm接地线：受探头负载的影响较小，上升时间仍为：1ns;探头通道显示的波形与原始信号一致，上升时间仍为：1ns。　　

单端有源探头结构图如下，使用放大器实现阻抗变换的目的。单端有源探头的输入阻抗较高(一般达100Kohm以上)，而输入电容较小(一般小于1pf)，通过探头放大器后连接到示波器，示波器必须使用50ohm输入阻抗。有源探头带宽宽(现在可达30GHz)，而负载小，但是价格相对较高(一般每根探头达到同样带宽示波器价格的10%左右)，动态范围较小(这个需要注意，因为超过探头动态范围的信号，不能正确测试。一般动态范围5V左右)，比较脆弱，使用需小心。

图11 有源探头结构

差分探头结构图如下，使用差分放大器实现阻抗变换的目的。差分探头的输入阻抗较高(一般达50Kohm以上)，而输入电容较小(一般小于1pf)，通过差分探头放大器后连接到示波器，示波器必须使用50ohm 输入阻抗。差分探头带宽非常宽(现在可达30GHz)，负载非常小，具有较高共模抑制比，但是价格相对较高(一般每根探头达到同样带宽示波器价格的10%左右)，动态范围也较小(这个需要注意，因为超过探头动态范围的信号，不能正确测试。一般动态范围3V左右)，比较脆弱，使用需小心。差分探头适合测试高速差分信号(测试时不用接地)，适合放大器测试，电源测试，适合虚地测试等应用。

图12 差分探头结构

电流探头也是有源探头，利用霍尔传感器和感应线圈实现直流和交流电流的测量。电流探头把电流信号转换成电压信号，示波器采集电压信号，再显示成电流信号。电流探头可以测试几十毫安到几百安培的电流，使用时需要引出电流线(电流探头是把导线夹在中间进行测试的，不会影响被测电路)。电流探头在测试直流和低频交流时的工作原理：当电流钳闭合，把一通有电流的导体围在中心时，响应地会出现一个磁场。这些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动势。电流探头根据这个电动势产生一个反向(补偿)电流送至电流探头的线圈，使电流钳中的磁场为零，以防止饱和。电流探头根据反向电流测得实际的电流值。用这个方法，能够非常线性的测量大电流，包括交直流混合的电流。