(13)

對(duì)于某一確定的探頭，其諧振頻率將隨寄生電感的增大而減小?？紤]到諧振頻率附近，電壓探頭增益劇增,因此當(dāng)諧振頻率靠近或低于探頭帶寬時(shí)，探頭在帶寬內(nèi)的線性度將極大降低。

當(dāng)目標(biāo)信號(hào)有過沖或振鈴現(xiàn)象時(shí)，探頭前端的寄生電感會(huì)加劇目標(biāo)信號(hào)測量結(jié)果的振蕩。不同探頭寄生電感下VDs2和VGs2的仿真波形比較如圖9所示。以VDs2的上升暫態(tài)波形為例進(jìn)行分析，由圖9a可知其振鈴階段的振蕩頻率約為100MHz。

圖9. 不同探頭寄生電感下VDs2和VGs2的仿真波形比較

仿真所用無源探頭的輸入電容為 9.5pF，取地線電感Lg分別為50nH、100nH、150nH，則探頭的諧振頻率依次約為230MHz、160MHz、130MHz。可知，隨著地線電感增大，諧振頻率逐漸接近于目標(biāo)信號(hào)振蕩頻率，這將導(dǎo)致探頭對(duì)振蕩頻率附近分量的增益變大。如圖9a 所示，隨著地線電感增大，VDs2測量結(jié)果的過沖幅度漸次增大，這與分析一致。

即使目標(biāo)信號(hào)無明顯過沖現(xiàn)象，當(dāng)電壓探頭的諧振頻率接近或低于目標(biāo)信號(hào)的拐點(diǎn)頻率時(shí)，測量結(jié)果仍會(huì)出現(xiàn)過沖或振鈴，圖9b即為這種情況。

綜上所述，本節(jié)的分析得到以下主要結(jié)論:

（1）電壓探頭的寄生電感與輸入電容對(duì)目標(biāo)信號(hào)高頻分量產(chǎn)生諧振作用，諧振頻率隨寄生電感的增大而降低。

（2）當(dāng)電壓探頭諧振頻率逐漸降低且逼近于目標(biāo)信號(hào)振蕩頻率時(shí)，測得波形的振蕩幅度將增大。

（3）低諧振頻率電壓探頭對(duì)無明顯過沖現(xiàn)象的目標(biāo)信號(hào)仍能產(chǎn)生振蕩作用。

3.4共模抑制比

對(duì)于差分探頭，其輸出電壓可表示為

(14)

式中，Vdm與Vcm分別為輸入電壓信號(hào)的差模分量和共模分量。由式(1)可得

（15）

如果取共模增益極性為正，則有

(16)

進(jìn)而可定義差分探頭輸入信號(hào)的偽差模分量為

（17）

偽差模分量與差模分量的比值衡量了差分探頭的“共模誤差”，即

(18)

由于差分探頭兩差分信號(hào)路徑的阻抗對(duì)稱性隨頻率增大而變差，因此差分探頭的共模抑制比一般隨共模分量頻率增大而降低。對(duì)于具有相同差模分量幅度和共模分量幅度的信號(hào)，差分探頭的“共模誤差”將隨信號(hào)頻率升高而顯著增大。

差分探頭在低于帶寬時(shí)的差模增益基本不變，約為其衰減系數(shù)的倒數(shù)，即有kAdm≈1，因此差分探頭的數(shù)據(jù)表中一般用201g(k|Acm|)表示共模抑制比，它與式(1)中定義的共模抑制比近似互為相反數(shù)。不同的探頭共模抑制比下VGs1的仿真波形比較如圖10所示。圖10a為典型有源高壓差分探頭“共模抑制比”的頻率響應(yīng)曲線，為方便分析，仿真時(shí)取共模抑制比為常值，用這些共模抑制比不同的探頭測量VGs1，得到圖10b的仿真結(jié)果。仿真電路下管處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，VGs1差模電壓為-3V，共模電壓約為600V。取共模抑制比為60dB的探頭分析，由式(17)可算出該探頭輸入信號(hào)的偽差模分量為0.6V，進(jìn)而由式(18)可得該探頭測量結(jié)果的“共模誤差”達(dá)到20%，這與仿真結(jié)果一致。此外，由仿真波形可知，隨著共模抑制比的提高，探頭的“共模誤差”逐漸減小。