Что делает входной резистор и конденсатор осциллографа?

Я смотрел видео на YouTube о том, как пользоваться осциллографом, как пользоваться осциллографом .

В нем говорится, что емкость 16 пФ и резистор 1 МОм подключены параллельно к каждому входному порту осциллографа. Тем не менее, я до сих пор не понимаю, почему внутри конденсатор и резистор, и какова цель этих вещей.

Почему эти вещи находятся на входном порте? Что они делают?

Было бы очень хорошо, если бы вход прицела имел бесконечное сопротивление и нулевую емкость, но это, к сожалению, невозможно. Чувствительные входные усилители всегда будут иметь небольшую величину входной емкости, и всегда будет небольшой ток утечки со входа усилителя. Не забывайте и о прицеле прицела - он может быть длиной в метр и легко вводить 10 пФ.

Резистор 1 МОм может быть достаточным для преобразования тока утечки в смещение в несколько милливольт, то есть достаточно маленьким, чтобы не дать ложного измерения какой-либо значимости. Таким образом, при утечке в 1 МОм и 1 нА вы получаете изменение смещения в милливольтах при подключении наконечника зонда и заземления вместе. Существует также проблема шума - вы вряд ли будете впечатлены, если зонд не был подключен, и вы увидели пульсацию 100 мВр-р на дисплее.

Резистор на 1 МОм и (скажем) конденсатор 15 пФ образуют цепь нижних частот, когда зонд не подключен и, следовательно, имеет ширину полосы шума около 15 кГц. Учитывая, что ваш аналоговый канал прицела может иметь шум (скажем) 10 мкВ /$\sqrt{Hz}$пульсация будет составлять около 1 мВ среднеквадратичного значения или около 6 мВп-р (расчет шести сигм). Это гораздо сложнее, чем анализировать, но, надеюсь, мои простые вычисления намекают на то, что есть и другие вещи, которые следует учитывать, которые могут создать впечатление, что производительность прицела не так хороша, когда зонд не подключен к цепи.

К этому следует добавить необходимость стандартизации всех областей применения между производителями, что означает, что 1 Мом является общепринятым.

Входное сопротивление осциллографов ограничено по особой причине, чтобы приспособить широкий диапазон входных сигналов. В общем, входная чувствительность (диапазон напряжения) ограничена 5-10 В. В современной электронике ее достаточно, но в прошлом люди работали над ламповыми усилителями с сигналами 100 - 200 - 600 В. Поэтому должны быть датчики, ослабляющие сигнал в 10–100 раз. Это было сделано в так называемых «пассивных пробниках», которые являются делителями напряжения.

Поэтому, чтобы получить делитель, вам нужно иметь ограниченное входное сопротивление, поэтому 1 МОм было разумным значением, а для 10-кратного ослабления резистор датчика должен быть большим 9 МОм. Для удобства пользователя также имеется кабель длиной 1 метр. Все эти необходимые компоненты имеют паразитные емкости, которые также описаны в этой замечательной статье и на рисунке ниже:

Итак, резисторы 9 МОм: 1 МОм обеспечивают делитель напряжения 10: 1 для сигналов постоянного тока. Однако для сигналов переменного тока паразитная емкость головки зонда приводит к эффективному снижению сопротивления, чем 9 МОм, которое должно быть компенсировано, чтобы поддерживать такое же затухание для высокочастотных сигналов и сохранять реальную форму сигналов переменного тока. И это должно быть сделано для широкого диапазона частот. Это делается путем добавления некоторой входной емкости, чтобы делитель был «независимым от частоты».

На самом деле, эта емкость не универсальна, а индивидуальна для каждого производителя и даже модели объема. В результате пассивные пробники 10X не являются полностью взаимозаменяемыми, и их компенсация переменного тока может не получиться. Я видел входы 8 пФ, 10 пФ и 13 пФ в различных областях.

Таким образом, значения входного импеданса осциллографов предназначены для размещения частотно-скомпенсированных датчиков 1: 10/1: 100.

Для того чтобы иметь сбалансированный простой делитель 10: 1, емкость кабеля настраивается в пробнике так, чтобы она соответствовала емкости кабеля, которая ниже стандартной коаксиальной 75 Ω, и, вероятно, использует 100 Ω (заказной) коаксиальный кабель, возможно, 10 пФ / фут ( 33 пФ / фут).

Каждая конструкция предварительного усилителя и коаксиального канала имеет различную номинальную емкость, но сопротивление 1 МОм является стандартным. Таким образом, датчики осциллографа и осциллографы должны быть откалиброваны с помощью прямоугольного тестового порта на передней панели, чтобы получить прямоугольный отклик. В лучших исследованиях также имеется индуктивный и двухступенчатый RC-баланс.

Однако индуктивность заземляющего провода не компенсируется, поэтому при измерениях с f> 10 МГц или временем нарастания <30 нс длина заземляющего ремня должна быть значительно уменьшена или исключена с помощью наконечника и цилиндра между двумя выводами.

Один из наших дизайнеров АЦП только что рассказал о дизайне внешнего интерфейса осциллографа, вы должны проверить это здесь:

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

В нем было много деталей о том, как интерфейс и осциллограф работают вместе.

Сопротивление и емкость в зонде образуют одну секцию делителя напряжения, сопротивление в области и совокупные емкости в кабеле и области формируют другую секцию. При использовании источника прямоугольной волны переменный конденсатор настраивается так, чтобы на прицеле отображалась прямоугольная волна. При слишком большой емкости в зонде вы увидите выброс (заостренные заостренные углы) на прямоугольном дисплее; при слишком малой емкости вы увидите недолет (закругленные углы). Цель системы - сделать так, чтобы сигнал на прицеле соответствовал сигналу, который вы исследуете. Это происходит, когда постоянная времени RC зонда совпадает с постоянной времени RC кабеля + прицел.

Конечно, если вы испытываете источник с очень высоким импедансом на высоких частотах, вы можете ожидать неприятностей. В этом случае вам понадобится какой-нибудь усилитель изоляции, чтобы вы могли видеть истинное представление вашей формы волны.