Byłoby naprawdę miło, gdyby wejście oscyloskopu miało nieskończoną rezystancję i zerową pojemność, ale niestety jest to niemożliwe. Wrażliwe wzmacniacze wejściowe zawsze będą miały niewielką pojemność wejściową i zawsze będzie występował niewielki prąd upływu z wejścia wzmacniacza. Nie zapomnij też o przewodach lunety - może mieć metr długości i łatwo wprowadzać 10 pF.

Rezystor 1 Mohm może być wystarczający, aby przekształcić prąd upływu w przesunięcie o kilka miliwoltów, tj. wystarczająco małe, aby nie dawać fałszywych pomiarów o jakimkolwiek znaczeniu. Tak więc, z upływem 1 Mohm i 1 nA, uzyskuje się zmianę przesunięcia miliwoltowego w oscyloskopie po połączeniu końcówki sondy i uziemienia. Istnieje również problem z szumem - nie byłbyś pod wrażeniem, gdyby sonda nie była podłączona, a na wyświetlaczu zobaczyłeś tętnienie o wartości 100 mVp-p.

Rezystor 1 Mohm i (powiedzmy) kondensator 15 pF tworzą obwód dolnoprzepustowy, gdy sonda jest odłączona, a następnie mają szerokość pasma szumów około 15 kHz. Biorąc pod uwagę, że kanał analogowy oscyloskopu może mieć szum rzędu (powiedzmy) 10 uV / \ $ \ sqrt {Hz} \ $, tętnienie będzie wynosić około 1 mV RMS lub około 6 mVp-p (obliczenie sześciu sigma). Analiza jest znacznie bardziej złożona, ale mam nadzieję, że moje proste obliczenia wskazują, że są inne rzeczy do rozważenia, które mogą sprawiać wrażenie, że działanie lunety nie jest tak dobre, gdy sonda nie jest podłączona do obwodu.

Do tego dochodzi potrzeba standaryzacji wszystkich zakresów między producentami, co oznacza, że ​​powszechnie akceptowany jest 1 Mohm.

Impedancja wejściowa oscyloskopów jest ograniczona ze specjalnego powodu, aby pomieścić szeroki zakres sygnałów wejściowych. Generalnie czułość wejściowa (zakres napięć) ograniczona jest do 5-10 V. W dzisiejszej elektronice jest to dużo, ale kiedyś pracowano nad wzmacniaczami lampowymi o sygnałach 100 - 200 - 600 V. Muszą więc istnieć sondy osłabiające sygnał 10X - 100X. Dokonano tego w tak zwanych „sondach pasywnych”, które są dzielnikami napięcia.

Dlatego, aby uzyskać dzielnik, musisz mieć ograniczoną impedancję wejściową, więc 1 Mohm był rozsądną wartością, a dla tłumienia 10X rezystor sondy musi mieć duży 9 Mohmów. Dla wygody użytkownika dostępny jest również 1-metrowy kabel. Wszystkie te niezbędne komponenty mają pasożytnicze pojemności, jak również opisano w tym fajnym artykule, a zdjęcie w nim:

Zatem rezystory 9 Mohm: 1 Mohm zapewniają dzielnik napięcia 10: 1 dla sygnałów DC. Jednak w przypadku sygnałów AC pasożytnicza pojemność głowicy sondy prowadzi do efektywnie niższej impedancji niż 9 Mohm, która musi być kompensowana, aby zachować to samo tłumienie sygnałów o wysokiej częstotliwości i zachować rzeczywisty kształt sygnałów AC. I należy to zrobić dla szerokiego zakresu częstotliwości. Odbywa się to przez DODAWANIE pewnej pojemności wejściowej, więc dzielnik jest „niezależny od częstotliwości”.

W rzeczywistości ta pojemność nie jest uniwersalna i jest indywidualna dla każdego producenta, a nawet modelu lunety. W rezultacie pasywne sondy 10X nie są całkowicie wymienne, a ich kompensacja AC może zawieść. Widziałem wejścia 8 pF, 10 pF i 13 pF w różnych zakresach.

Podsumowując, wartości impedancji wejściowej oscyloskopów są zaprojektowane tak, aby pomieścić sondy 1: 10/1: 100 z kompensacją częstotliwości.

Aby uzyskać zbalansowany prosty dzielnik 10: 1, pojemność kabla jest dostrojona w sondzie tak, aby pasowała do pojemności kabla, która jest niższa niż standardowy koncentryczny 75 Ω i prawdopodobnie używa 100 Ω (niestandardowego), prawdopodobnie 10 pF/ ft (33 pF / ft).

Każda konstrukcja przedwzmacniacza oscyloskopu i zasilania koncentrycznego ma inną wartość znamionową pojemności, ale rezystancja 1 MΩ jest standardem.Dlatego sondy oscyloskopowe i oscyloskopy należy kalibrować za pomocą portu testowego fali prostokątnej na panelu przednim, aby uzyskać odpowiedź prostokątną.W lepszych sondach jest również indukcyjna i dwustopniowa waga RC.

Jednak indukcyjność przewodu uziemienia nie jest kompensowana, więc w przypadku pomiarów z częstotliwością f> 10 MHz lub czasem narastania < 30 ns, długość paska uziemiającego musi zostać znacznie zmniejszona lub wyeliminowana za pomocą końcówki i cylindra między dwoma pinami.

Jeden z naszych projektantów ADC właśnie przeprowadził całą rozmowę na temat projektu przedniej części oscyloskopu, powinieneś to sprawdzić tutaj:

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

Omówiono wiele szczegółów dotyczących współpracy przedniej części oscyloskopu i przetwornika ADC.

Opór i pojemność w sondzie tworzą jedną sekcję dzielnika napięcia, rezystancja w oscyloskopie i połączone pojemności w kablu i oscyloskopie tworzą drugą sekcję.W przypadku źródła fali prostokątnej kondensator zmienny jest dostosowywany tak, aby pokazywał przebieg prostokątny w oscyloskopie.Przy zbyt dużej pojemności sondy zobaczysz przeregulowanie (ostre, kolczaste rogi) na wyświetlaczu fali prostokątnej;przy zbyt małej pojemności zobaczysz niedociągnięcie (zaokrąglone rogi).Celem systemu jest sprawienie, aby sygnał w oscyloskopie był reprezentatywny dla sondowanego sygnału.Dzieje się tak, gdy stała czasowa RC sondy jest taka sama, jak stała czasowa RC kabla + sondy.

Oczywiście, jeśli badasz źródło o bardzo wysokiej impedancji przy wysokich częstotliwościach, możesz spodziewać się problemów.W takim przypadku potrzebny byłby jakiś rodzaj wzmacniacza izolacyjnego, abyś mógł zobaczyć prawdziwą reprezentację swojego przebiegu.