在讨论各种常见探头类型前，必需知道类型经常会有重叠。当然，电压探头仅传感电压，但电压探头可以是无源探头，也可以是有源探头。类似的，差分探头是特定类型的电压探头，差分探头也可以是有源探头或无源探头。在相应的地方，我们将指出这些重叠关系。

无源电压探头

无源探头由导线和连接器制成，在需要补偿或衰减时，还包括电阻器和电容器。探头中没有有源器件 ( 晶体管或放大器 )，因此不需为探头供电。由于相对简单，无源探头一般是最坚固、最经济的探头。它们使用简便，也是使用最广泛的探头。但是，不要被使用简单或结构简单所愚弄，优质无源探头很少有设计简单的！

无源电压探头为不同电压范围提供了各种衰减系数-1X,10X和 100X。在这些无源探头中,10X无源电压探头是最常用的探头，也是通常作为示波器标准附件提供的探头类型。

对信号幅度是1V峰峰值或更低的应用，1X探头可能要比较合适，甚至是必不可少的。在低幅度和中等幅度信号混合(几十毫伏到几十伏)的应用中，可切换1X/10X探头要方便得多。但要记住，可切换 1X/10X探头在本质上是一个产品中的两个不同探头，不仅其衰减系数不同，而且其带宽、上升时间和阻抗 (R和C)特点也不同。结果，这些探头不能与示波器的输入完全匹配，不能提供标准10X探头实现的最优性能。大多数无源探头是为用于通用示波器而设计的，因此其带宽范围一般在小于100MHz到500MHz或更高的带宽之间。

但是，有一种特定类型的无源探头提供了高得多的带宽，其称为50欧姆探头、Zo探头和分压器探头。这些探头是为用于50欧姆环境中而设计的，这些环境一般是高速设备检定、微波通信和时域反射计(TDR)。这些应用使用的典型50欧姆探头拥有几千赫兹的带宽和100皮秒或更快的上升时间。

有源电压探头

有源探头包含或依赖有源器件操作，如晶体管。最常见的情况下，有源器件是场效应晶体管 (FET)。FET 输入的优势是，它提供了非常低的输入电容，一般为几皮法拉，最低不到 1 皮法拉。这种超低电容可以实现用户希望的多种效应。

首先，低电容值C相当于高电容电抗值 Xc。可以从下面的Xc公式中看出这一点：Xc = 1/2πfC

由于电容电抗是探头的主要输入阻抗要素，因此低电容会在更宽的频段上导致高输入阻抗。结果，有源FET 探头的规定带宽一般在500MHz-几GHz之间。

除带宽更高外，有源FET探头的高输入阻抗允许在阻抗未知的测试点上进行测量，而负荷效应的风险要低得多。另外，由于低电容降低了地线影响，可以使用更长的地线。但最重要的是，FET 探头提供的负荷非常低，因此它们可以用于给无源探头带来严重负荷的高阻抗电路上。

由于这些积极优势，包括DC-几GHz的带宽，您可能要问：为什么还要使用无源探头呢？

答案是有源FET探头没有无源探头的电压范围。有源探头的线性动态范围一般在0.6V 到±10V之间。另外它们可以耐受的最大电压最低可以在 ±40V(DC+峰值AC)。换句话说，其不能象无源探头一样测量从几毫伏到几十伏的电源，在因疏忽而探测较高的电压时，可能会损坏有源探头。静电放电甚至也会损坏有源探头。

但是，FET探头的高带宽是一个重大优势，其线性电压范围涵盖了许多典型的半导体电压。因此，有源FET探头通常用于低电平应用，包括快速逻辑系列，如ECL、GaAs等等。

差分探头

差分信号是互相参考、而不是参考接地的信号。图1说明了这些信号的多个实例，包括集电极负荷电阻器中形成的信号、磁盘驱动器读通道信号、多相电源系统和信号在本质上“漂浮”在接地之上的各种其它情况。

可以以两种基本方式探测和测量差分信号。图2说明了这两种方法。

如图2所示，使用两只探头进行两项单端测量是一种常用方法。通常情况下，它也是进行差分测量时最不希望使用的方法。但是，之所以这一方法十分常用，是因为双通道示波器带有两只探头。测量到地的信号(单端) 及使用示波器的数学运算函数从其它通道中减去一条通道(通道A信号减通道 B)，这似乎是获得差分信号的优秀解决方案。在信号是低频信号、拥有足够幅度、能够超过任何担心的噪声的情况下，都可以采用这种解决方案。

把两个单端测量组合在一起有多个潜在问题。其中一个问题是沿着每只探头直到每条示波器通道有两条单独的长信号通路。这两条通路之间的任何延迟差都会导致两个信号发生时间偏移。在高速信号上，这个偏移会导致计算的差分信号中发生明显幅度和定时误差。为使这种误差达到最小，应使用匹配的探头。

单端测量的另一个问题是它们不能提供足够的共模噪声抑制。许多低电平信号如磁盘读通道信号以差分方式传输和处理，以利用共模噪声抑制功能。共模噪声是附近时钟线在两条信号线上导致的噪声，或荧光等外部来源发出的噪声。在差分系统中，一般从差分信号中去掉这种共模噪声。成功实现这种功能称为共模抑制比(CMRR)。

由于通道差异，随着频率提高，单端测量的CMRR性能会迅速下降到令人失望的水平。如果信号源保持共模抑制比，这会导致信号表现的噪声超过实际水平。

另一方面，差分探头使用差分放大器减去两个信号，从而可以使用一条示波器通道测量一个差分信号(图2b)。这可以在更宽的频率范围内提供明显高得多的CMRR 性能。此外，电路缩微技术的发展允许差分放大器移动到实际探头头部。在最新的差分探头中，如泰克P6247中，这可以实现1MHz时 60dB(1000:1)到1GHz时30dB(32:1)的CMRR性能。随着磁盘驱动器读/写速率达到和超过100MHz大关，这类带宽/CMRR 性能正变得日益必不可少。

高压探头

“高压”是相对概念。在半导体行业中视为高压，在电源行业中实际上没有任何意义。但从探头角度看，我们可以把高压定义为超过典型的通用10X无源探头可以安全处理的电压的任何电压。

一般来说，通用无源探头的最大电压在400-500V左右(DC+峰值 AC)。另一方面，高压探头的最大额定电压可以高达20,000V。这一探头的实例如图3所示。安全对高压探头和测量尤其重要。为适应这一点，许多高压探头的电缆要比普通电缆长。典型电缆长度10英尺。把示波器放在安全保护箱外部或安全保护罩后面通常就已经足够了。另外，在需要从高压电源中进一步去掉示波器操作的情况下，还可以选择25英尺电缆。

电流探头

流经导线的电流会导致在导线周围形成电磁通量场。当前探头是为传感这个通量场的场强而设计的，并把它转换成相应的电压，以使用示波器进行测量。这允许使用示波器查看和分析电流波形。在与示波器的电压测量功能结合使用时，电流探头还允许进行各种功率测量。根据示波器的波形数学运算功能，这些测量可以包括瞬时功率、真实功率、表现功率和相位.

示波器的电流探头基本上分成两类：即AC电流探头和AC/DC电流探头，AC电流探头通常是无源探头，AC/DC电流探头通常是有源探头。这两种类型都采用相同的变压器动作原理，感应导线中的交流(AC)。

对变压器动作，必须先有交流流经导线。这个交流导致根据电流流动的幅度和方向构建和拆除通量场。在这个场中放一个线圈时，如图4所示，变动的通量场会通过简单的变压器操作，在线圈中引起电压。

这种变压器操作是AC电流探头的基础。AC电流探头头部实际上是一个线圈，它根据高精度规范缠在磁芯上。当这只探头头部保持在指定方向及接近承载AC电流的导线时，探头会输出一个线性电压，这一电压与导线中电压的比例是已知的。这种与电流有关的电压可以在示波器上显示为电流标度的波形。AC电流探头的带宽取决于探头线圈的设计和其它因素。带宽可以高达几GHz。但是，100MHz以下带宽比较常见。

在任何情况下，AC电流探头还有一个低频截止点，这包括直流 (DC)，因为直流不会引起变化的通量场，因此不会引起变压器动作。另外在非常接近DC的频率上，如0.01Hz，通量场不可能变化得足够快，能够实现可以感知的变压器动作。但是，它最终会达到低频，使得变压器动作足以在探头带宽范围内产生可以衡量的输出。根据探头线圈的设计，带宽的低频一端再次可能会低达0.5Hz或高达1.2kHz。

对起始带宽在DC 附近的探头，可以在探头设计中增加霍尔效应设备，检测DC。其结果是得到带宽从DC开始、扩展到规定频率上限3dB点的AC/DC探头。这类探头至少要求一个电源，来偏置DC传感使用的霍尔效应设备。根据探头设计，还可能会要求电流探头放大器，以组合和定标AC和DC电平，为在示波器上观察信号提供单一的输出波形。

必需记住，从本质上看，电流探头的工作方式类似于紧密耦合的变压器。图5说明了这一概念，其中包括基本变压器公式。对标准操作，传感的电流导线是一圈线圈 (N1)。来自这个单线圈的电流会转换成与线圈比率成比例(N2/N1)的多线圈(N2)探头输出电压。同时，探头的阻抗作为串联插入阻抗转换回到导线上。这种插入阻抗与频率相关，其1-MHz值一般位于30-500MW的范围内，具体视探头而定。在大多数情况下，电流探头的插入阻抗很小，产生的负荷可以忽略不计。

通过使导线几次缠在探头上，如图6 所示，可以利用变压器基础提高探头灵敏度。两圈可以使灵敏度提高两倍，三圈可以使灵敏度提高三倍。但是，这会使插入阻抗以增加的圈数的平方提高。

图6还说明了一种特定的探头类型，称为分芯探头。

这类探头的线圈放在“U”形芯上，”U”形芯带有一铁素体滑块，滑块盖住“U”形顶部。这类探头的优点在于，铁素体滑块可以收缩，使得探头能够方便地卡到测量电流的导线上。在测量完成时，滑块可以收缩，探头可以移到其它导线上。

探头还带有实芯电流变压器。这些变压器完全绕在被测导线上。结果，必须断开被测导线，把导线穿过变压器，然后重新把导线连接到电路上，才能安装这些变压器。实芯探头的主要优势是它们体积非常小，提供了非常快的频响，可以测量快速、低幅度电流脉冲和AC信号。

到目前为止，分芯电流探头是最常用的探头类型，其分为AC型和AC/DC型，并有各种每格电流显示范围，具体视安培秒乘积而定。

安培秒乘积定义了任何电流探头线性操作的最大极限。对电流脉冲，这一乘积定义为平均电流幅度乘以脉宽。在超过安培秒乘积时，探头线圈的芯材会变得饱和。由于饱和的芯不能处理更多的电流感应的通量，因此在电流输入和电压输出之间不再成恒定的比例。其结果，波形峰值基本上会在超过安培秒乘积的区域中“被削掉”。

通过被感应的导线传送很高的直流，也会导致磁芯饱和。为处理磁芯饱和及有效扩展电流测量范围，某些有源电流探头提供了抵偿电流。通过传感被测导线中的电流电平，然后通过探头输回一个相等但相反的电流，可以设定抵偿电流。通过减去相反电流的现象，可以调节抵偿电流，以防止磁芯饱和。

由于从几毫安到几千安、从DC到MHz的广泛的电流测量需求，相应地可供选择的电流探头也非常广泛。为某个应用选择电流探头在很多方面与选择电压探头类似。电流处理功能、灵敏度范围、插入阻抗、连接能力和带宽 / 上升时间限制是某些关键选择指标。此外，在频率提高时，电流处理功能额定值必须下降，不得超过探头规定的安培秒乘积。

逻辑探头 

由于各种原因，数字系统可能会发生问题。尽管逻辑分析仪是识别和隔离发生的故障的主要工具，但逻辑故障的实际成因通常是由于数字波形的模拟特点导致的。脉宽抖动、脉冲幅度畸变和普通的老式模拟噪声和串扰都可能会引起数字问题。

分析数字波形的模拟特点要求使用示波器。但是，为隔离确切的成因，数字设计人员通常需要查看在具体逻辑条件下发生的特定数据脉冲。这要求逻辑触发功能，其更典型的是逻辑分析仪的逻辑触发功能，而不是示波器的逻辑触发功能。通过使用字识别器触发探头，如图7所示，可以在大多数示波器中增加这种逻辑触发功能。

图7中所示的特定探头是为 TTL和兼容 TTL 的逻辑而设计的。它可以提供最多 17 个数据通道探头(16个数据位加判定器)，同时兼容同步操作和异步操作。通过手动设置探头头部的微型开关，可以把识别的触发字编程到探头中。在识别匹配字时，探头会输出一个Hi(1)触发脉冲，可以用来触发示波器采集相关数据波形或事件。

图8所示的探头提供了两个 8通道适配夹。每条通道末端有一个探头尖端，带有隐藏式接地，简化与被测器件的连接。每个适配夹第一条通道上的同轴电缆的颜色为蓝色，容易识别。公共接地采用自动推进式连接器，可以简便地创建定制接地，连接到方形引脚上，然后可以使用适配器连接探头头部，与探头尖端齐平延长探头接地，然后可以连接到头部。这些探头提供了杰出的电气特点及最小的电容负荷。

光接口探头 

随着基于光纤的通信技术的出现和推广，人们正日益需要查看和分析光接口波形。业内已经研制出各种专用光接口系统分析仪，以满足通信系统检修和分析的需求。但是，在光接口器件开发检验过程中，人们对通用光接口波形测量和分析的需求也在不断扩大。光接口探头允许在示波器上查看光接口信号，满足了这一不断扩大的需求。

光接口探头是一种光电转换器。在光接口一侧，必须选择符合特定光接口连接器和光纤类型或被测器件光接口模式的探头。在电接口一侧，则应遵循标准的探头与示波器匹配标准。

其它探头类型 

除所有上述“相当标准”的探头类型外，还有各种专用探头和探测系统，包括：

1、环境探头，这是为在非常广泛的温度范围内工作而设计的。

2、温度探头，用来测量元器件的温度和其它产生热量的项目。

3、探测站和杆状臂 ( 图9)，探测精细间距的设备，如多芯片模块、混合电路和 IC。

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