示波器是电子工程师最常用的测量仪器，而示波器探头毫无疑问是示波器最常用的配件。示波器探头是连接被测电路与示波器输入端的电子部件。没有探头，示波器就成了个摆件，只能作为装饰品。

在选择示波器探头之前，我们最好看看示波器的说明书，了解我们使用的示波器适合怎么样的探头。下面2点我们认为应该是在选探头时比较重要的：

1、确保探头的接口和我们示波器的接口相匹配。大多数示波器的探头接口都是BNC接口。有的示波器可能是SMA接口。

2、观察选择的探头的输入阻抗和电容是否和示波器的输入阻抗和电容相匹配。因为我们都希望探针对被测电路的影响降到最小。探头阻抗和电容同示波器的匹配程度会大大影响测量信号的精确度。

无源探头——无源探头是最常见的探头，常见的无源探头由探头头部、探头电缆、补偿设备或其他信号调节网络和探头连接头组成。在这些类型的探针中没有使用有源元件，如晶体管或放大器，所以不需要为探头供电。总的来说，无源探头更常见，更容易使用，也更便宜。

有源探头——有源探头里包含了类似晶体管和放大器的有源部件，需要供电支持，因此称作有源探头。最常见的情况下，有源设备是一种场效应晶体管（PET），它提供了非常低的输入电容，低电容会在更宽的频段上导致高输入阻抗。有源FET探头的规定带宽一般在500MHz ～4GHz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，而产生负荷效应的风险要低得多。

差分探头——差分探头测量的是差分信号。差分信号是互相参考，而不是参考接地的信号。差分探头可测量浮置器件的信号，实质上它是两个对称的电压探头组成，分别对地段有良好绝缘和较高阻抗。差分探头可以在更宽的频率范围内提供很高的共模抑制比（CMRR）。 

电流探头——电流探头可以精确测得电流波形，方法是采用电流互感器输入，信号电流磁通经互感变压器变换成电压，再由探头内的放大器放大后送到示波器。电流探头基本上又分成两类，交流电流探头和交直流电流探头，交流电流探头通常是无源探头，无需外接供电，而交直流电流探头通常是有源探头。传统电流探头只能测量交流交流信号，因为稳定的直流电流不能在互感器中感应电流。交流电流在互感器中，随着电流方向的变化，产生电场的变化，并感应出电压。然而，利用霍尔效应，电流偏流的半导体设备将产生与直流电场对应的电压。所以，直流电流探头是一种有源设备，需要外接供电。

介绍完几种常见探头后，我们研究研究信号的测量方法。

对于接地信号的测量，通常使用横河示波器配套的无源探头701937，就可以应对大部分的测量情况。使用时应注意探头的接地情况。

首先不能随意更换探头自带的接地线，避免接地不良而引起工频噪声问题，同时探头自带较短接地线也避免了接地线过长而产生寄生电感，从而影响高频测量时导致波形失真。

其次被测信号的参考地和示波器地必须是共地的，而且尽可能和示波器是单点接地的，避免过长的地环路引入的寄生电感，对高频信号测量的影响。

对于差分信号的测量，我们首先想到的是使用差分探头进行测试测量。差分探头是测量差分信号的最优选择，但在实际测量差分信号时，有部分工程师会去掉示波器的接地端，通过浮地测量差分信号，这种方法是绝对禁止，而且非常危险的!

首先这种测量对准确性可靠性是有影响的（在测量较高频的信号时,可能会存在较大的寄生电容,从而导致测量波形失真），而且这种测试方法它本身就不符合仪器的安规要求！不仅可能对示波器造成不可逆的损坏，更会对测试工程师产生潜在危险，实际上我们遇到不少由于示波器未接地或是接地不良而导致示波器基板烧坏的问题。

示波器USB通信接口烧坏

所以差分信号的测量最好的选择还是差分探头，例如如横河701977系列的差分探头或是横河701925差分探头。除了使用差分探头测量差分信号，还可以使用两个无源探头测量差分信号，这种测量方法可行但也不推荐使用，测量方法详见下文。

我们可以调用横河示波器的函数功能，参数选择S1(CH1)-S2(CH2)，将两个同型号的无源探头接至被测的两个测试点和示波器的CH1、CH2——使用这种测量方法的两个测试点必须是参考地电平的，因此无源探头的接地要参照前文提到的接地方法。

这种测量方法可以得到一个经过函数运算的波形，该波形就是测得的差分信号波形。但是这种测量方法需要占用示波器的两个通道，而且会受到较大的共模噪声的影响。

采用上述的测量方法，将两个全新的横河701937无源探头的输入端均接至同一个标准信号源的输出端，标准信号源输出0V，我们可以看到示波器上经过运算显示的是一个1.90V基准噪声的信号。

标准源输出0V时经示波器运算的波形（红色）

对于双无源探头测量标准信号源输出一个220V 60Hz的正弦波，我们可以看到示波器上显示的波形除了基准噪声还叠加了一个60Hz的正弦波，使噪声上升至2.73V。

标准源输出220V60Hz时经示波器运算的波形（红色）

这个正弦波噪声的源头正是由两个无源探头之间的差异以及示波器通道之间的差异，而这就是通过上述方式测得的共模噪声：

令该方法测得的差分信号：

那么这种方法产生的共模噪声抑制比：

这还是在较为理想的状态下，使用两个全新的同型号无源探头测量低频的信号，若是使用老旧的同型号无源探头或是测量高频信号，则共模噪声往往会远高于上述值，因此共模噪声抑制比也会远低于上述值。

差分探头和其他探头相比，有一个独有的参数，那就是共模噪声抑制比(CMRR)。

共模噪声抑制比即差模信号与共模噪声的比值，它反应了差分探头对共模信号的抑制能力，这个数值越大，就说明探头对共模信号的抑制能力越好。

在差分信号测量中我们需要得到的是被测信号的差分成分，需要抑制的是被测信号的共模成分，所以在测量差分信号时测得的共模成分是我们不需要的，那么它自然而然的就成为了噪声成分。

差分探头的设计使差分信号的两个测量回路尽可能地成为镜像，虽然镜像的电路不可避免仍存在差异，因此共模噪声的存在也不可避免，但是差分探头的共模噪声要远远小于前文中使用两个无源探头测量差分信号的共模噪声。

以701977和701978为例，它们在60Hz时的共模噪声抑制比可达到80dB（注：许多厂家标注产品该参数时习惯于定义为共模噪声与差模信号的比值，与通常的定义不同，因此会有负号，本质上没有区别），换算成比值的形式为10000，即测得的差模信号为共模噪声的一万倍，而实测值往往要比这个标定的数值还要高，基本上可以忽略共模噪声对差分信号的影响。

正是由于良好的共模噪声抑制比，因此像701977和701978这样的差分探头是测量差分信号的最佳选择，同样也可用于接地信号的测量，使用差分探头测量接地信号还会避免地环路对测量结果的影响。

701977、701978规格参数

总结：测量接地信号时需注意探头的良好接地，且尽可能缩短地环路来避免对高频信号测量的影响；测量差分信号时，差分探头无疑是最佳选择，在测量低频信号或是对测量波形的质量要求不高时，也可以使用两个同型号的无源探头的测量方法，但无论何时都必须确保示波器的接地良好。