为什么示波器厂家把放大器放在探头前面而不是示波器里面?把放大器放在探头里可以把探头和电缆造成的信号损耗降到低，但是这是怎么实现的呢?为了理解如何以及为什么，我们需要对探头和输入阻抗有一个基本的了解。
数字示波器探头将示波器的输入连接到要测量的电压节点。传统上，常用的探头分为三种：高阻抗无源探头、低电容阻抗传输线探头和有源探头。
最常见的探头类型是高阻抗无源探头。其使用补偿分压器(电阻和电容匹配的分压器)来驱动探头电缆和示波器输入电容。这些探头的额定带宽为500MHz，但您应该考虑输入电容带来的限制。
带匹配电容和电阻分压器的高阻抗无源探头
示波器的输入电容在15 ~ 15 ~ 25pF之间，每英尺同轴电缆的电容在10pf ~ 30pf之间，因此其总电容约为80pF。因此，只需用屏蔽电缆将示波器连接到DUT(被测设备)上，就可以将该电容加载到被测电路上。在10兆赫兹时，阻抗约为200，这可能会显著降低您试图测量的电压幅度。
我们可以通过使用电容补偿分压器将测量信号衰减10倍来增加输入阻抗。这种补偿分压器会使探头前端的最小电容为9pF，带来10倍的衰减，使探头的输入阻抗增加约10倍。增加探头的衰减倍数可以进一步降低输入电容，但这样做会降低进入示波器的信号幅度，使小信号的测量变得困难或不可能。实际上，10倍衰减是信号幅度和负载阻抗之间的良好平衡。
然而，在更高的频率下，即使这样低的探针电容仍然太大。在500兆赫兹时，9pF探头电容的等效阻抗约为35，这将降低测量电压，除非电路阻抗非常低。
如果把同轴电缆当成传输线，输入电容可以大大降低。如果示波器的终端电阻为50，则电缆探头端的阻抗将恒定为50，与频率无关。可以使用分压器来增加这种非常低的负载阻抗;450的串联电阻会将测量电压的幅度降低10倍，并获得相对恒定的500负载阻抗。
传输线探针大大降低了输入电容，但也降低了输入电阻，从而降低了整体阻抗
端接传输线的探针的输入电容相当低，典型值高达几pF。该探头的限制因素是低输入电阻。对于10倍衰减的探头，500的输入电阻会对被测电路产生很大的影响。这让我们自然而然地想到了主动探针。有源探头使用补偿分压器驱动放大器，放大器的缓冲输出驱动以其特征阻抗端接的同轴电缆，就像传输线探头一样。放大器还将探头与电缆的容性负载和示波器的输入电路隔离开来。
带缓冲输入驱动50 传输线的有源探头
有源探头仍然需要低输入电容，这可以在探头前端的小几何尺寸内轻松实现。可以设计输入电容约为4pF的高阻抗缓冲放大器。衰减10倍左右的补偿分压器会进一步减小输入电容，允许更大的输入电压摆幅，其输入电容约为0.4pF，实际上放大器需要一个输入保护器件，会增加探头前端金属的杂散电容，所以0.5pF到4pF的输入电容更符合实际。
示出了作为频率的函数的上述三个探针的输入阻抗(根据特定的输入电阻和电容)。无源探头在500MHz的频率上*，输入阻抗只有34，在相同频率下，传输线探头的输入阻抗为359;有源探头为530。该电容性阻抗将被应用于被测信号。
与无源和传输线探头相比，有源探头可以在最宽的带宽内大化输入阻抗
数字示波器的接地线增加了被测电路的电感
接地线的电感可以用经验法则估算，其值约为20nH/in，即可计算出谐振频率。电感的谐振频率(fr)为：
为了使测量不失真，谐振频率应远高于测量信号的频率。谐振频率可以通过使用较短的接地线或具有较低输入电容的探头或两者来提高。例如，我们使用PP008探针(输入C=9.5Pf)和6英寸接地线(~120nH)来测量阶跃信号电压。在这些参数下，谐振频率约为150兆赫，这可以很容易地在测量波形上看到。如果同样的接地线与输入电容仅为0.6pF的ZS4000探头一起使用，其谐振频率约为600MHz，平滑速度快得多。
比较不同输入电容对接地线引起的振铃的影响，输入电容较低的有源探头(ZS4000)不仅响应快得多，而且频率较高。
带宽较高的探头配有短的定长接地线，最短的接地线配有上述有源探头，让你在测量阶跃电压时几乎没有振铃现象和上升时间失真。使用中的重要注意事项是：不要试图延长这些接地线，因为它们会增加电感和电容，并会显著影响探头性能。
让我们回到最初的问题：“为什么有源探头的放大器在探头尖端，而不在示波器里?”答案是：通过将放大器放置在探头前端附近，示波器制造商可以在探头前端使用补偿分压器来增加探头的输入阻抗和输入电压范围。同时，主动探头可以缓冲连接电缆对探头的影响。使用传输线探针代替放大器可以获得类似的结果，但您必须能够容忍低输入阻抗的影响。
更新时间：2021-06-07 
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