Что означает входная емкость на осциллографе?

15

Мой осциллограф имеет рейтинг: 1 МОм || 12pF. Это осциллограф 100 МГц. Тем не менее, я не понимаю смысл емкости. Если я установлю свой датчик на 10X (он переключается), то он вставит 9Mohm последовательно. Теперь мы создали RC-фильтр с точкой разрыва -3 дБ: ~ 1.473 кГц, и, тем не менее, я получаю более высокую полосу пропускания с 10-кратными пробниками и, конечно, не получаю ограничитель полосы пропускания 1,4 кГц! Что мне не хватает?

Также я симулировал схему на симуляторе схемы. Без сопротивления зонда крышка 10 пФ проводит 1A на частоте 100 МГц, что будет большой нагрузкой по сравнению с сопротивлением в 1 МОм.

Томас О
источник
Я не обескураживаю ответы на этот вопрос, но есть отличное обсуждение этого вопроса в High Speed ​​Digital Design ( amazon.com/High-Speed-Digital-Design-Handbook/dp/0133957241/… ). Я бы посоветовал вам ознакомиться с ним, он даст вам гораздо лучшее представление о том, что также означает пропускная способность.
Кортук

Ответы:

16

Как и почти все реальные схемы, входы осциллографа имеют паразитную емкость. Независимо от того, насколько малым вы сделали его с помощью хорошего дизайна, он все равно будет влиять на получение РЧ-сигнала, за исключением, может быть, для определенного 50-Омного соединения и затухания непосредственно на входе прицела, в этом случае, с числами из вашего вопроса -

е-3dВзнак равно12πряN, sсопеСяN, sсопезнак равно12π50Ω12пFзнак равно256MЧАСZ

Или даже выше, если бы мы уменьшили входной импеданс C в области действия .

Обычно, однако, мы не хотим загружать тестируемую цепь с определенным соединением 50 Ом, потому что большинство тестируемых цепей будет иметь любой импеданс, кроме 50 Ом (как выход вашего генератора сигналов, потому что он специально разработан для согласования импедансов Системы 50 Ом). Так что же можно сделать с емкостью, которую невозможно устранить? Он был выбран для умного использования в комбинации зонд и прицел . На самом деле настолько умный, что любая неизвестная емкость, которая может быть вызвана кабелями датчика и другими предметами в вашем соединении, может быть скомпенсирована так же, как входная емкость прицела, и все они становятся безразличными для большинства случаев практического применения измерений.

Датчик 1:10 имеет внутренний резистор 9 МОм и параллельно внутренний конденсатор [1/9 * C in, scope ].

Он настраивается, потому что зонд не знает точную емкость конкретной области, к которой он подключен.

При правильной настройке конденсатора в датчике у вас есть не только резистивный делитель для части постоянного тока сигнала (9 МОм на датчике против 1 МОм в области), но также емкостный делитель для высокочастотной части переменного тока сигнала (1,33 пФ на зонде против 12 пФ в прицеле, используя ваши цифры), и комбинация прекрасно работает, скажем, до 500 МГц или выше.

Кроме того, вы получаете преимущество, вставляя не 1 МОм и 12 пФ в свою цепь при зондировании, а 9 МОм + 1 МОм = 10 МОм и [последовательный эквивалент 12 пФ и (12 пФ / 9)] = 1,2 пФ

введите описание изображения здесь

Ссылка на источник изображения: здесь.

То, что на картинке в ссылке не показано, и что мы до сих пор пренебрегали емкостью кабеля зонда, это просто добавило бы к емкости на входе прицела и также может быть компенсировано при повороте переменной крышки в зонде. ,

При использовании зонда 1:10 малая емкость зонда последовательно соединяется с большей входной емкостью прицела. Общая емкость (около 1,2 пФ) параллельна точке вашей цепи, которую вы исследуете. Подключая прицел напрямую к цепи, например, просто с помощью прямого кабеля BNC, вы действительно помещаете всю входную емкость прицела параллельно тому, что вы измеряете - возможно, загружая тестируемую схему так сильно, что она больше не будет работать пока измеряется. В лучшем случае это все равно может работать, но изображение на вашей области действия покажет результаты, далекие от реальных сигналов в тестируемой цепи.

Можно было бы построить области с намного меньшей входной емкостью, но тогда не было бы никакой возможности компенсировать емкость кабеля зонда с помощью небольшого переменного конденсатора рядом с наконечником зонда. В конце концов, 12 пФ на входе осциллографа были помещены туда специально , чтобы прицел хорошо работал вместе с хорошим зондом.

Последнее замечание: используя щупы 1: 100, вы загружаете схему еще меньше. В отсутствие активного датчика с действительно малой емкостью на конце, датчик 1: 100 можно использовать в случаях, когда даже 1,2 пФ будет слишком большой нагрузкой в ​​вашей цепи - при условии, что сигнал достаточно велик, чтобы вы могли что-то увидеть после затухание датчика 1: 100.

zebonaut
источник
Таким образом, конденсатор последовательно с входом?
Томас О
Да, крышка подключена последовательно со входом, как резистор. Можно сказать, что на входе два резистора делят напряжение постоянного тока, а два конденсатора делят часть переменного тока (до очень высоких частот). Помните, что (1/10) резистивный делитель имеет большое сопротивление в верхней части, а (1/10) емкостный делитель имеет небольшую крышку сверху.
зебонавт
1

Предположим, вы проверяли сигнал 100 МГц через резонансную параллельную схему. Значение 12 пФ значительно повлияет на точность измерения, так как оно будет большим по сравнению с емкостью на катушке, и приведет к расстройству схемы.

Леон Хеллер
источник
Да ... Я так понимаю, это плохо, но как можно измерить на 100 МГц с такой емкостью?
Томас О
Это крайний пример, но он показывает, почему емкость важна. Это не вызовет проблемы в точке низкого сопротивления.
Леон Хеллер
Хорошо, но мой симулятор говорит, что кепка 10 пФ потребляет ± 1 ампер при 100Vp-p. Мой объем оценивается 250Vp-р. Означает ли это, что более высокая частота может фактически повредить ее (?). Она может измерять до 5 Вр-р, давая ± 20 В, хотя она может перемещать ± 16 делений, поэтому она может измерять максимум 100 В ... Я должен что-то упустить? !
Томас О
@Thomas - Где эта 1А будет в твоей симуляции? В реальном мире это аналоговый вход с высоким сопротивлением, а не напрямую на землю.
Кевин Вермеер
2
Специальный секретный прием для экстремально низкой нагрузки тестируемой цепи (когда у вас нет активного датчика FET): Используйте датчик 1: 100. Они предназначены в основном для измерения высокого напряжения, но они также хороши, когда вы хотите вставить в свою цепь еще меньшую емкость, чем при использовании щупа 1:10.
зебонавт