下面显示了差分探头的概念框图（图5）。图中包括一个受测试器件，模型为差分源，具有共模元件。
图5：差分探头与受测器件概念图，其中受测器件模型化为具有共模元件的差分源。
差分探头的核心元件是差分放大器。差分放大器输出是+和 – 输入端之差。在差分放大器前面，电路看起来像是两个单端有源探头。如图所示，差分探头输入端连接到通用差分源，包括两个差分元件Vp和Vn，还有一个共模源Vcom。
理想的差分探头的工作方式如下：上方(+)探头输入端的电压为Vp + Vcom。下方(-)探头输入端的电压为 –Vn + Vcom。将这些输入施加到差分放大器上，会产生Vp+Vn的输出，假定单位增益。共模信号现已消除。
共模信号在差分探头中衰减的程度取决于共模抑制比(CMRR)。CMRR是差分探头的差分增益与共模增益的功率比，以分贝(dB)表示。CMRR通常取决于频率，随着频率提高而降低，且通常指定为多个频率。
Teledyne LeCroy ZD1000探头就是一例1 GHz带宽差分探头，差分输入范围为 ±8伏特，在60 Hz频率下CMRR为60 dB（图6）。该探头旨在用于Teledyne LeCroy示波器。其差分输入电阻为120 kΩ，差分输入电容小于1 pF。
图6：使用小型IC适配器的ZD1000差分探头。这些探头尖端一侧有绝缘，以防止与相邻IC引脚短路。它们还具有低电感电阻补偿，以减少电感峰值。
ZD1000还包括多个探头尖端适配器，以满足很多探测应用的需求。要记住，差分探头的探测配置应该是对称的，两个输入端都使用相同的适配器，以达到尽可能最好的CMRR。
高电压差分探头
差分探头的关键优点是输入不以地面为基准，具有衰减共模信号的能力。在测试开关模式电源器件时，这些特性也可能是非常有用的，在这种情况下，线路侧不以地面为基准。高压差分探头，例如Teledyne LeCroy HVD3106，适用于此类应用（图7）。
图7：Teledyne LeCroy HVD3106探头和相关配件的设计目的是按照IEC/EN 61010-31:2015标准进行安全的高压探测。（图片来源：Teledyne LeCroy）
该探头的最大差分电压为1500伏特。实现如此宽的电压范围的方法是在差分放大器前面使用500:1衰减。在60 Hz的频率下，探头的CMRR为85 dB。此外，探头及其配件的物理配置的目的是小心探测高电压，安全等级符合IEC/EN 61010-31:2015标准。
结论
有源探头具有增加带宽和降低探头负载的优点。差分探头的价值在于增加地面隔离能力，减少共模信号。而专有接口可将这些探头完全集成到示波器用户接口中，使得安装和操作更加简单。
