為什么將放大器裝在示波器的探頭尖端？
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示波器探頭將示波器的輸入連接到要測量的電壓節(jié)點。傳統(tǒng)上，常用的探頭分為三種類型：高阻抗無源探頭、低容抗傳輸線探頭和有源探頭。
最常見的探頭類型是高阻抗無源探頭。圖1是其簡化示意圖。該探頭使用經(jīng)補償?shù)姆謮浩?電阻和電容匹配的分壓器)以驅(qū)動探頭線纜和示波器輸入電容。這些探頭有500MHz額定帶寬，但你應(yīng)考慮由輸入電容所帶來的限制。
圖1：采用電容和電阻匹配的分壓器的高阻無源探頭。
示波器的輸入電容可能在15~25pF之間。同軸電纜每英尺的電容約在10pF~30pF。所以其總電容可能約為80pF。因此，簡單地用屏蔽線纜將示波器連接到DUT(被測設(shè)備)將會把此電容加載在測量電路。在10MHz時，阻抗約為200Ω，這就可能顯著降低你試圖測量的電壓幅值。
我們可通過使用電容性補償分壓器將被測信號分壓10倍的方式來增加此輸入阻抗。這種補償分壓器將使探頭針尖具有最小9pF的電容、帶來10倍衰減，使探頭負載阻抗增加了約10倍。增加探頭衰減倍數(shù)，可進一步降低輸入電容，但這樣做將降低進入示波器的信號幅值，并使小信號測量變得困難或不可能。在實踐中，10倍衰減在信號幅度和加載阻抗之間表現(xiàn)出良好平衡。
但在更高頻率，即使是這樣的低電容探頭也還是太大了。在500MHz，9pF探頭電容的等效阻值約35Ω，除最低阻抗電路外，將對所有被測電壓產(chǎn)生影響。
若將同軸線纜換為傳輸線，則可大幅降低輸入電容。如果示波器的終端電阻為50Ω，則電纜探頭端的阻抗將總是50Ω，與頻率無關(guān)?？墒褂梅謮浩骷哟筮@一非常低的負載阻抗；一個450Ω串聯(lián)電阻將把被測電壓幅值縮小10倍，并得到500Ω相對恒定的負載阻抗。采用帶終端電阻的低電容或傳輸線探頭(圖2)。
圖2：傳輸線探頭大幅降低輸入電容，但它也降低了輸入電阻，從而降低了整體阻抗。
端接傳輸線探頭的輸入電容相當?shù)?，典型值最高零點幾個pF。這種探頭的限制因素是低輸入電阻。對10倍衰減探頭來說，500Ω的輸入電阻，也會對被測電路造成很大影響。
這就使我們自然想到有源探頭(圖3)。有源探頭采用補償分壓器驅(qū)動放大器。該放大器的緩沖輸出再驅(qū)動以其特性阻抗端接(terminated)的同軸電纜，就像傳輸線探頭。該放大器還將探頭與電纜的電容性負載和示波器的輸入電路隔離開來。
圖3：50Ω帶緩沖輸入驅(qū)動的傳輸線有源探頭。
有源探頭仍需要低輸入電容，在探頭尖端的小幾何形狀內(nèi)，可以容易做到這點?？梢栽O(shè)計出輸入電容約為4pF的高阻抗緩沖放大器。約10倍衰減的補償分壓器將進一步降低輸入電容以及允許更大的輸入電壓擺幅，其輸入電容約為0.4pF。在現(xiàn)實中，放大器需要輸入保護裝置，此舉將加大探頭尖端金屬的雜散電容，所以0.5pF到4pF的輸入電容是比較現(xiàn)實的。
圖4顯示出上述討論的三種探頭其作為頻率函數(shù)的輸入阻抗(根據(jù)特定的輸入電阻和電容)。在無源探頭500MHz的頻率上限，其輸入阻抗僅為34Ω。在相同頻率：傳輸線探頭的輸入阻抗為359Ω；有源探頭的為530Ω。該容性阻抗將會加載到被測信號上。
圖4：與被動和傳輸線探頭比，有源探頭可在最寬的帶寬內(nèi)使輸入阻抗最大化。
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