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(shí)間，等于示波器上升時(shí)間、探頭上升時(shí)間和源信號上升時(shí)間的正交和。而系統的上升時(shí)間與帶寬的乘積為一常數，對系統函數為1階的模型而言，該常數經(jīng)驗值為0.35,對于更高階的模型該常數介于0.35 ~ 0.5之間。 我們可以推導出這四者帶寬之間的關(guān)系。從以上公式我們還可以推導出：如果我們使用一臺100MHz的示波器和一個(gè)100MHz的探頭，那么它們組成的系統帶寬就小于100MHz，內在的因素是因為探頭的電容和示波器的輸入電容相加，更大的電容導致更小的系統帶寬，加大了顯示在示波器屏幕上信號的上升時(shí)間tr。

繼續討論： tr(ns)=350/BW(MHz)
如果示波器和探頭各自均為100MHz帶寬，其上升時(shí)間均為tr=3.5ns 。則有效系統上升時(shí)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4.95ns的系統上升時(shí)間求得，系統帶寬為350/4.95MHz=70.7MHz。

從上述的計算可以看出，探頭帶寬比示波器主機帶寬越高，整個(gè)系統帶寬就越接近主機帶寬，所以我們推薦用戶(hù)應配備盡可能高帶寬探頭，以提升整個(gè)測試系統帶寬。
[page]三、示波器探頭負載效應
當我們進(jìn)行信號測量時(shí)，我們常常以為測得的電壓和電路中未連入示波器時(shí)是完全一樣的，實(shí)際則不然。打個(gè)比方，我們用溫度計去度量火焰的溫度，溫度計未靠近時(shí)火焰溫度50攝氏度，靠近后溫度計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，溫度計反映出來(lái)的溫度值就為49度，很明顯有1度的測量誤差，這個(gè)誤差正是因為引入測量系統后帶來(lái)的。

實(shí)際上，每個(gè)示波器探頭都有其輸入阻抗，這個(gè)阻抗是特性阻抗，不僅是因為電阻造成的，還包含了電容和電感等因素。由于探頭引入的額外負載，所以探頭接入被測電路后，會(huì )從信號中汲取能量，實(shí)際上就會(huì )影響被測電路，最?lèi)毫拥暮蠊褪请娐繁緛?lái)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)相反的結論。因此我們分析測量結果時(shí)必須考慮探頭的負載特性以及測試電路的阻抗匹配性。

有些示波器探頭里沒(méi)有串聯(lián)的電阻，這類(lèi)探頭主要就由一段電纜和一個(gè)測試頭構成。因此，在其有用帶寬之內，探頭對信號沒(méi)有衰減作用。這類(lèi)探頭稱(chēng)為1：1或X1探頭。由于這類(lèi)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載效應。見(jiàn)圖2。

圖2 X1探頭結構模型
 

當信號頻率升高時(shí)，探頭的容性負載效應就變得更加顯著(zhù)。由于電纜的類(lèi)型和長(cháng)度的不同以及探頭本身構造等原因，1：1探頭的輸入電容通?？梢詮拇蠹s35pF到100pF以上，這等于給被測電路施加了一個(gè)低阻抗負載，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(gè)探頭在此頻率無(wú)法使用。
 

我們可以在探頭中增加一個(gè)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載效應。然而，這就意味著(zhù)輸入電壓不能完全加到示波器的輸入端，因為我們現在已經(jīng)引入了一個(gè)電阻分壓結構。
 

圖3給出了電阻分壓的探頭等效電路，Rp和Rs構成了一個(gè)10：1的分壓器，Rs為示波器的輸入阻抗。調節補償電容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曲線(xiàn)，并且這種探頭的頻率響應比1：1探頭頻率響應要寬得多。

圖3 10：1無(wú)源探頭結構模型
 

多數通用10：1探頭的構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數百伏的廣泛的應用場(chǎng)合，對于需要測量更高電壓的場(chǎng)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(dòng)識別能力
現代示波器探頭都支持編碼能力，使得示波器主機能夠識別與它相連接的探頭類(lèi)型和特性參數。 從而使示波器能夠自動(dòng)重構所有幅度測量結果以避免發(fā)生泥淆。而如果使用不帶這種識別系統的探頭，則用戶(hù)就不得不自己為所有波形顯示和測量結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(wú)源探頭即能被自動(dòng)識別出阻抗和衰減比，示波器軟件在還原信號時(shí)也會(huì )自動(dòng)對信號電壓重新定標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(xiàn)
探頭接地引線(xiàn)實(shí)質(zhì)可以等效為電感效應，接地引線(xiàn)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。電感效應會(huì )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(xiàn)長(cháng)度有關(guān)，其越長(cháng)電感效應就越大，對波形的破壞效應就是會(huì )產(chǎn)生脈沖信號的振蕩、過(guò)沖等信號完整性問(wèn)題帶有接地引線(xiàn)電感的示波器探頭等效電路及效應如下圖4。

圖4 探頭接地引線(xiàn)電感效應
 

舉例來(lái)說(shuō)：

 

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

七、探頭安全接地
為保證操作者在使用示波器時(shí)的人身安全，多數示波器都通過(guò)電源線(xiàn)與安全地線(xiàn)相連。被測信號有可能和地線(xiàn)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(xiàn)時(shí)，一定要注意不要因此而把被測系統的某一部分短路。另一方面，既使被測系統和示波器的地線(xiàn)具有相同的參考電位，這也并不意味著(zhù)可以用安全地線(xiàn)來(lái)作信號返回通路，這是由于安全地線(xiàn)連接走線(xiàn)很長(cháng)，具有很大的引線(xiàn)電感，因此不適合作信號返回通路。這時(shí)一定要用探頭的接地引線(xiàn)來(lái)作為信號的參考地線(xiàn)。