Was macht der Eingangswiderstand und der Kondensator eines Oszilloskops?

Ich habe mir ein YouTube-Video über die Verwendung eines Oszilloskops und die Verwendung eines Oszilloskops angesehen .

Es heißt, dass an jedem Eingangsanschluss des Oszilloskops eine Kapazität von 16 pF und ein 1-Mohm-Widerstand parallel geschaltet sind. Ich verstehe jedoch immer noch nicht, warum sich ein Kondensator und ein Widerstand im Inneren befinden und was der Zweck dieser Dinge ist.

Warum befinden sich diese Dinge am Eingangsport? Was machen Sie?

Es wäre wirklich schön, wenn ein Oszilloskop-Eingang einen unendlichen Widerstand und eine Kapazität von Null hätte, aber das ist leider unmöglich. Empfindliche Eingangsverstärker haben immer eine geringe Eingangskapazität und es gibt immer einen kleinen Leckstrom vom Eingang eines Verstärkers. Vergessen Sie auch nicht das Zielfernrohrkabel - es kann einen Meter lang sein und leicht 10 pF einführen.

Ein 1-Mohm-Widerstand kann ausreichen, um den Leckstrom in einen Versatz von einigen Millivolt umzuwandeln, dh ausreichend klein, um keine falsche Messung von Bedeutung zu erhalten. Bei einer Leckage von 1 Mohm und 1 nA ergibt sich eine Änderung des Millivolt-Offsets im Oszilloskop, wenn Sie die Sondenspitze und die Erde miteinander verbinden. Es gibt auch das Problem des Rauschens - es ist unwahrscheinlich, dass Sie beeindruckt sind, wenn die Sonde nicht angeschlossen ist und Sie 100 mVp-p Welligkeit auf dem Display sehen.

$\sqrt{Hz}$

Hinzu kommt, dass alle Bereiche zwischen Herstellern standardisiert werden müssen, was bedeutet, dass 1 Mohm allgemein akzeptiert wird.

Die Eingangsimpedanz von Oszilloskopen ist aus einem besonderen Grund begrenzt, um einen weiten Bereich von Eingangssignalen aufzunehmen. Im Allgemeinen ist die Eingangsempfindlichkeit (Spannungsbereich) auf 5 bis 10 V begrenzt. In der heutigen Elektronik ist dies ausreichend, aber in der Vergangenheit wurde an Vakuumröhrenverstärkern mit 100 bis 200 bis 600 V-Signalen gearbeitet. Es müssen also Sonden vorhanden sein, die das Signal um das 10fache - 100fache dämpfen. Dies wurde in sogenannten "passiven Sonden" durchgeführt, die Spannungsteiler sind.

Um einen Teiler zu erhalten, muss daher eine begrenzte Eingangsimpedanz vorliegen, sodass 1 Mohm ein vernünftiger Wert war. Für eine 10-fache Dämpfung muss der Sondenwiderstand 9 Mohm groß sein. Für die Benutzerfreundlichkeit gibt es auch ein 1 Meter langes Kabel. Alle diese notwendigen Komponenten haben parasitäre Kapazitäten, wie in diesem schönen Artikel beschrieben , und das Bild darin:

9 Mohm: 1 Mohm-Widerstände bieten also einen 10: 1-Spannungsteiler für Gleichstromsignale. Bei Wechselstromsignalen führt die parasitäre Kapazität des Sondenkopfs jedoch zu einer effektiv niedrigeren Impedanz als 9 Mohm, die kompensiert werden muss, um die gleiche Dämpfung für Hochfrequenzsignale aufrechtzuerhalten und die tatsächliche Form von Wechselstromsignalen beizubehalten. Und es sollte für einen weiten Frequenzbereich durchgeführt werden. Dies erfolgt durch Hinzufügen einer Eingangskapazität, sodass der Teiler "frequenzunabhängig" ist.

Tatsächlich ist diese Kapazität nicht universell und für jeden Hersteller und sogar jedes Oszilloskopmodell individuell. Infolgedessen sind passive 10X-Sonden nicht vollständig austauschbar, und ihre Wechselstromkompensation kann fehlschlagen. Ich habe 8 pF-, 10 pF- und 13 pF-Eingänge in verschiedenen Bereichen gesehen.

Zusammenfassend sind die Eingangsimpedanzwerte von Oszilloskopen so ausgelegt, dass sie frequenzkompensierte 1: 10/1: 100-Sonden aufnehmen können.

Um einen ausgeglichenen einfachen 10: 1-Teiler zu erhalten, wird die Kabelkapazität in der Sonde so eingestellt, dass sie mit der Kabelkapazität übereinstimmt, die niedriger als das Standard-75-Ω-Koax ist, und wahrscheinlich 100-Ω-Koax (benutzerdefiniert) verwendet, möglicherweise 10 pF / ft ( 33 pF / ft).

Jedes Design des Oszilloskopvorverstärkers und der Koaxialspeisung hat eine andere Kapazität, jedoch ist ein Widerstand von 1 MΩ Standard. Daher müssen Oszilloskopsonden und Oszilloskope mit einem Rechteckwellentestanschluss an der Vorderseite kalibriert werden, um eine Rechteckantwort zu erzielen. Bei besseren Sonden gibt es auch eine induktive und zweistufige RC-Waage.

Die Erdungsleitungsinduktivität wird jedoch nicht kompensiert. Bei Messungen mit f> 10 MHz oder Anstiegszeiten <30 ns muss die Erdungsbandlänge erheblich reduziert oder mithilfe von Spitze und Zylinder zwischen den beiden Stiften eliminiert werden.

Einer unserer ADC-Designer hat gerade einen ganzen Vortrag über das Front-End-Design von Oszilloskopen gehalten. Sie sollten es hier nachlesen:

https://www.youtube.com/playlist?list=PLzHyxysSubUmxGOMVpiKLxouweh2AAlG1

Es wurde auf viele Details eingegangen, wie das Frontend des Oszilloskops und der ADC zusammenarbeiten.

Der Widerstand und die Kapazität in der Sonde bilden einen Abschnitt eines Spannungsteilers, der Widerstand im Oszilloskop und die kombinierten Kapazitäten in Kabel und Oszilloskop bilden den anderen Abschnitt. Bei einer Rechteckwellenquelle wird der variable Kondensator so eingestellt, dass eine Rechteckwelle auf dem Oszilloskop angezeigt wird. Bei zu hoher Kapazität in der Sonde wird in der Rechteckwellenanzeige ein Überschwingen (spitze, mit Stacheln versehene Ecken) angezeigt. Bei zu geringer Kapazität sehen Sie ein Unterschwingen (abgerundete Ecken). Das Ziel des Systems ist es, das Signal im Bereich repräsentativ für das Signal zu machen, das Sie prüfen. Dies geschieht, wenn die RC-Zeitkonstante der Sonde mit der RC-Zeitkonstante des Kabels + Oszilloskops übereinstimmt.

Wenn Sie eine Quelle mit sehr hoher Impedanz bei hohen Frequenzen untersuchen, können Sie natürlich Probleme erwarten. In diesem Fall wäre eine Art Isolationsverstärker erforderlich, damit Sie eine echte Darstellung Ihrer Wellenform sehen können.