只要方法得當，即可輕鬆選擇替換示波器探針

我在職業生涯早期，曾是一名測試部門主管，帶領 22 名工程師和技術人員，我們約有 35 個示波器。探針失效是示波器最常發生的故障。示波器探針可能發生的問題幾乎沒完沒了，包括探針引腳損壞、連接器間歇性故障、纜線損壞等。因此，我們一年可能會更換掉三十多個探針。

在尋找替換探針時，除了瞭解探針如何運作及其規格外，並無特別的訣竅。幾乎所有示波器的每個通道都會隨附一個被動探針，因此探針成為非常常見的測試配件。被動探針雖歷經了八十年的技術發展，但基本原理仍然很簡單。如圖 1 所示，10:1 被動探針基本上是一種補償式衰減器，主要是用於連接至示波器的 1 MΩ 輸入終端。示波器的 1 MΩ 輸入可建構成一個 1 MΩ 電阻模型，並附有小型並聯電容量。

圖 1：10:1 高阻抗被動探針的電路模型，探針可與示波器的 1 MΩ 輸入搭配運作。(圖片來源：Art Pini)

藉著將一個 9 MΩ 電阻與示波器輸入 (圖 1 中的 R_IN) 串聯，即可實現 10:1 衰減。這種組合會在示波器輸入處，將探針輸入的低頻訊號衰減 10 倍。至於更高頻率的訊號，加至同軸電纜電容量的示波器輸入分路電容量 (C_in)，可作為輸入訊號的低通濾波器。

若要達到平坦的頻率響應，則需要進行等化。若新增一個串聯高通濾波器，且折點頻率與低通濾波器相同，即可使探針示波器組合的頻率響應展平。作法是使時間常數 R_IN x C_IN 等於 Ro x (C_{SCOPE in}+C_CABLE+C _COMP) 的時間常數。由於示波器的輸入電容量變化很小，因此增添可變電容 C_COMP，以調整低通元件的時間常數。根據每個示波器手冊中的說明，可對此電容進行調整以設定低頻補償。

讓我們來看一個尋找替換探針的範例。假設我們要為 Teledyne LeCroy HDO4104A 1 GHz 四通道示波器尋找替換探針。此款示波器通常都會隨附四個 PP018 500 MHz 探針。我們所需的一項示波器資訊是輸入電容量 C_{SCOPE in}，如規格書中所列。規格書列出的輸入電容量為 16 pF；如果未明確列出，則可以假定容差為 ±20%。

首先從 DigiKey 網站上搜尋示波器探針。在搜尋結果中，其中一個是「測試引線 - 示波器探針」，如圖 2 所示。

圖 2：使用 DigiKey 網站的「測試引線 - 示波器探針」頁面來加強顯示搜尋條件：被動探針、10:1 衰減、500 MHz 頻寬和 10 MΩ 的探針輸入電阻。(圖片來源：Art Pini)

搜尋產生 16 種產品，如圖 3 所示。

圖 3：搜尋結果列出 16 種探針，其中前 8 種有庫存。其中一個選項是完全相同的替換件 PP018，但也有其他製造商提供的合適探針。(圖片來源：Art Pini)

在前 8 個搜尋結果中，有 6 個是 Teledyne LeCroy 探針，包括示波器隨附的 PP018 探針。此外，還有其他兩家製造商提供的探針：Cal Test Electronics 的 CT4203；Carlisle Interconnect Technologies 的 P500-010。通常，最好還要評估其他選項。

我們可以參考每個探針的規格書，比較表 1 所示的主要規格。

表 1：使用八個主要探針規格，比較三家不同製造商提供的探針產品。(表格來源：Art Pini)

這三種探針與需求相當吻合。先前並未提到的一個主要規格是補償範圍。這是探針可以符合的示波器輸入電容量範圍。由於示波器的輸入電容量為 16 pF ±20%，因此這些探針全都能與之相符。

第二個問題是探針端頭的直徑。較小的 2.5 mm 直徑使得探針間距更接近，且不會產生物理干擾。較大的 5 mm 探針端頭較堅固，且較不易斷裂。這種工程決定只能由使用者自己作出。

結論

雖然工程師知道維護示波器探針很重要，因為並非所有損壞都能立即察覺出來，但有時連受到最佳維護的探針也會故障。不巧的是，故障又常發生在最關鍵的測試中。

如前所示，使用 DigiKey 的產品搜尋引擎和所提供的基本選擇準則，即可相對輕鬆地取得替換件。除了探針端頭直徑之外，此處選擇的三個探針主要是在成本上有所不同，這便是最終的工程決定因素。

或者，亦可以考慮跟同事「借用」。