探头电路的核心功能是将被测电路中的信号传递到示波器或其他测量仪器中。这个过程看似简单，实则涉及到复杂的电路设计。以示波器探头为例，它的主要组成部分包括探头前端、传输线和补偿器。探头前端负责连接探测点，其中信号端提供高阻值电阻以减小负载效应，并存在寄生电容；地线端通常是拖尾的鳄鱼夹，具有寄生电感。传输线用于提供测量距离，长度一般为1～2米。传输线可以等效为RLGC等分布参数的集总元件模型，当其终端阻抗不匹配时，高频信号会产生谐振。为了抑制这种谐振问题，传输线通常设计为有损类型，即含有一定的分布电阻。补偿器用于匹配探头和示波器的阻抗，通常以RC串联网络来表示。通过调节可变电容Cc，可以使输入网络和输出网络的时间常数相等，从而维持信号在较大频域内的线性衰减。
探头电路主要分为无源探头和有源探头两大类。无源探头具有价格便宜、机械结构坚固、动态范围宽、输入电阻高等优势，因此广泛应用于通用测试场合。常用的无源探头为10倍衰减的高阻无源探头，主要包括探头前端、有损传输线和补偿器。有源单端探头前端配有场效应晶体管，使其具有非常小的输入电容，但同时导致其线性动态输入范围很小。此外，有源单端探头价格昂贵、机械结构脆弱，这些因素限制了其应用范围。
探头电路在电子测量领域有着广泛的应用，不同的应用场景需要不同的探头设计。例如，在电力行业，高压探头主要用于输电线路上的电压和电流检测，以及变压器、发电机等设备的运行状态和负载情况检测。高压探头的测量原理主要有两种：电场感应原理和磁场感应原理。电场感应原理是利用电场强度的变化来感应出高压的大小，而磁场感应原理则是利用磁场的变化来感应出高压的大小。这两种原理使用的探头类型不同，电场感应原理使用的探头为电容式探头，磁场感应原理使用的探头为磁力式探头。
在医疗行业，高压探头主要用于心电图、脑电图、肌电图等生物电信号的测量。这些应用场景对探头的精度和稳定性有着极高的要求，因此需要采用高精度的探头电路设计。
探头电路的设计需要考虑多个因素，包括带宽、输入电阻、输入电容、最大输入电压、探头补偿范围、探头接口和触针外形等。以无源探头为例，其设计需要确保探头本身的输入电阻Rp要尽可能大，以减少对被测电路的影响。但Rp实际不可能做大无穷大，所以会和被测电路产生分压，造成实际测到的电压可能不是测试点的真实电压。为避免探头电阻负载造成的影响，一般要求探头的输入电阻要大于源端阻抗以及负载阻抗的10倍以上。实际中大部分探头的输入阻抗均在几十KΩ~几十MΩ之间。
此外，探头本身具有寄生电容，这个寄生电容也是影响探头带宽的重要因素，因为这个电容会衰减高频成分，将信号的上升沿变缓。一般无源探头的输入电容在10pF~几pF之间。由于寄生电容的存在，探头的输入阻抗随着频率会下降，从而影响探头带宽。
随着科技的不断发展，探头电路也在不断进步。例如，零磁通电流探头（闭环式电流探头）以其独特的测量原理和显著优势，成为电流测量的新选择。零磁通电流探头的核心在于其闭环控制机制。通过精确控制补偿线圈中的电流，产生一个与被测电流大小相等、方向相反的磁场，使铁心内的磁场达到平衡状态（零磁通）。这一特性不仅解决了大电流下铁心磁通饱和的问题，还消除了直流测量中磁芯剩磁导致的误差。因此，无论是交流还是直流电流，零磁通电流探头都能提供高精度的测量结果。
此外，随着电子设备的不断小型化和高速化，探头电路也需要不断适应新的挑战。例如，高速示波器所配备的是有源探头，端口输出阻抗一般为50Ω；200M带宽以下的低端示波器使用的是无源探头，衰减比是10:1，示波器输入阻抗一般为1MΩ。这些新的技术要求推动了探头电路的不断创新和发展。
探头电路虽然看似简单，实则蕴含着复杂的电路
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