ทำไมอิมพีแดนซ์อินพุตของออสซิลโลสโคปจึงต่ำมาก?

คำถามของฉันคือสองเท่า:

อิมพีแดนซ์อินพุตมาจากไหน?

ฉันสงสัยว่าอิมพิแดนซ์อินพุตของมัลติมิเตอร์แบบออสซิลโลสโคปของคุณมาจากไหน? มันเป็นเพียงความต้านทานของอินพุตสำหรับสเตจอินพุตของอุปกรณ์ (เช่นแอมพลิฟายเออร์หรือสเตจอินพุต ADC) หรือเป็นอิมพีแดนซ์ของตัวต้านทานที่แท้จริง ถ้าเป็นความต้านทานของตัวต้านทานที่แท้จริงแล้วทำไมจึงมีตัวต้านทานทั้งหมด ทำไมไม่เพียงแค่วงจรป้อนข้อมูล?

ฉันวัดอิมพิแดนซ์อินพุตของออสซิลโลสโคปของฉันด้วย DMM เมื่อขอบเขตที่ถูกปิด DMM วัดเกี่ยวกับOmega} อย่างไรก็ตามเมื่อเปิดขอบเขตแล้ว DMM ก็วัดได้อย่างแม่นยำ (ฉันสามารถเห็นอินพุตทดสอบ 1V ที่ใช้โดย DMM บนหน้าจอออสซิลโลสโคป!) สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่ามีวงจรแอคทีฟที่เกี่ยวข้องกับความต้านทานอินพุตของขอบเขต หากเป็นจริงจะสามารถควบคุมความต้านทานอินพุตได้อย่างแม่นยำได้อย่างไร จากความเข้าใจของฉันอิมพีแดนซ์อินพุตกับวงจรแอคทีฟจะขึ้นอยู่กับลักษณะของทรานซิสเตอร์ที่แน่นอน $1.2\mathrm{M\Omega}$ $1\mathrm{M\Omega}$

ทำไมอิมพีแดนซ์อินพุตไม่สูงขึ้นมาก?

เป็นข้อมูลสมรรถภาพของสโคปมาตรฐานทำไม ? ทำไมถึงสูงกว่านั้นไม่ได้? ขั้นตอนการป้อนข้อมูล FET สามารถบรรลุอิมพีแดนซ์อินพุตตามลำดับของ teraohms! เหตุใดจึงมีความต้านทานอินพุตต่ำ $1\mathrm{M\Omega}$

ฉันคิดว่าข้อดีอย่างหนึ่งของมาตรฐานที่แม่นยำคืออนุญาตให้โพรบ 10X และสิ่งที่คล้ายกันซึ่งจะทำงานได้ก็ต่อเมื่อขอบเขตมีอิมพิแดนซ์อินพุตที่แม่นยำซึ่งไม่ใหญ่เกินจริง (เช่นอินพุต FET เวที). อย่างไรก็ตามแม้ว่าขอบเขตจะมีอิมพิแดนซ์อินพุตสูงมาก (เช่น teraohms) ดูเหมือนว่าฉันยังคงมีโพรบ 10X เพียงแค่มีตัวแบ่งแรงดัน 10: 1 ภายในโพรบเองโดยมีขอบเขตการวัดในตัวต้านทานภายในโพรบ หากมีความต้านทานอินพุตตามลำดับของ teraohms สิ่งนี้น่าจะเป็นไปได้ $1\mathrm{M\Omega}$ $1\mathrm{M\Omega}$

ฉันเข้าใจผิดวงจรอินพุตของขอบเขตหรือไม่? มันซับซ้อนกว่าฉันหรือเปล่า คุณคิดอย่างไรกับเรื่องนี้?

เหตุผลที่ฉันคิดเกี่ยวกับสิ่งนี้คือเมื่อเร็ว ๆ นี้ฉันพยายามวัดอิมพิแดนซ์อินพุตโหมดทั่วไปของคู่ดิฟเฟอเรนเชียล - คู่ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าอิมพิแดนซ์อินพุตขอบเขตดังนั้นมันทำให้ฉันสงสัยว่า จะใหญ่กว่านี้

— hddh
แหล่งที่มา

หัวข้อนั้นซับซ้อนกว่าที่คุณคิด ดูเหมือนว่าคุณกำลังพิจารณาเฉพาะการตอบสนอง DC แต่ในความเป็นจริงแล้วขอบเขตจะต้องมีการตอบสนองแบบแบนไปจนถึงแบนด์วิดท์ที่ระบุ นี่เป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่และการกำหนดมาตรฐานที่1MΩ / 50Ωทำให้เกิดปัญหาอย่างน้อยสำหรับผู้ผลิตโพรบ

— Dave Tweed

คุณต้องการใช้ขอบเขตเดิมของฉันหรือไม่? สามารถกำหนดค่าความต้านทานอินพุต 100 โอห์ม ในทางกลับกันมันถูกสร้างขึ้นในปี 1965 และการตั้งค่ามาตรฐานสำหรับมันคือความต้านทานอินพุต 1MOhm 1M ดูเหมือนจะเป็นมาตรฐานมาพักหนึ่งแล้ว

— JRE

อย่าลืมว่าโพรบ

10 มีความต้านทานอินพุต 10 M

\times

$\times$

Ω

$\Omega$

— D Duck

@DaveTweed ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้เลยที่จะมีขั้นตอนการป้อนข้อมูล FET พร้อมแบนด์วิดท์สูงเพียงพอหรือไม่ ขอบเขตการป้อนข้อมูลจริงเป็นอย่างไร

— hddh

มันเข้าสู่ ADC โดยตรงหรือไม่ ไม่ขอบเขตจะสามารถวัด 1 mV และ 100 V ได้อย่างไร การกำหนดค่าตามปกติ: BNC - การป้องกันอินพุท + การลดทอนแบบสลับได้ - สเตจอินพุต (มักใช้กับ FET) - ADC ดังนั้นใช่หลายคนกำลังตาม FET คุณจะไม่มีอุปกรณ์ที่ใช้งานกำหนดความต้านทานอินพุต มีตัวต้านทาน 1 M เพื่อตั้งค่าอย่างถูกต้อง ฉันขอแนะนำให้คุณศึกษาวิธีการทำสิ่งต่าง ๆ และถามตัวเองว่าทำไมก่อนที่จะสมมติว่ามันต้องเป็น ... มันไม่สามารถ ... เพราะคุณจะสับสนตัวเอง

— Bimpelrekkie

คำตอบ:

ฉันจะบอกว่าการรวมกันของปัจจัยบางอย่าง

ขั้นตอนการป้อนข้อมูลของออสซิโลสโคปเป็นการประนีประนอมที่ยากลำบาก พวกเขาจะต้องมีช่วงกว้างของกำไร / attenutations พวกเขาจำเป็นต้องอดทนต่อข้อผิดพลาดของผู้ใช้และพวกเขาต้องผ่านแบนด์วิดธ์สูง การเพิ่มข้อกำหนดสำหรับความต้านทานกระแสตรงที่สูงมากจะทำให้เรื่องซับซ้อนมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งตัวลดทอนสัญญาณที่จำเป็นในการจัดการกับจุดสิ้นสุดของขอบเขตระดับอินพุตที่สูงขึ้นจะมีความซับซ้อน / อ่อนไหวมากขึ้นถ้าพวกมันต้องการความต้านทานกระแสตรงที่สูงมาก
มันเป็นมาตรฐานจริงการเปลี่ยนเป็นอย่างอื่นจะนำไปสู่ความไม่ลงรอยกันกับโพรบที่มีอยู่เป็นต้น
คงไม่มีประโยชน์อะไรมากมาย

เพื่ออธิบายเพิ่มเติมจุดที่ 3 ที่ความถี่ปานกลาง (จากไม่กี่กิโลเฮิร์ตขึ้นไป) ความต้านทาน DC 1 megohm ของอินพุตขอบเขตไม่ใช่ปัจจัยหลักในอิมพีแดนซ์อินพุตโดยรวม ปัจจัยที่สำคัญคือความจุโดยสายเคเบิลอาจเป็นตัวช่วยที่ใหญ่ที่สุด

(อันที่จริงแล้วที่ความถี่ UHF / ไมโครเวฟเป็นเรื่องธรรมดาที่จะลดความต้านทานอินพุตขอบเขตให้เหลือ 50 โอห์มดังนั้นการเหนี่ยวนำในสายเคเบิลสามารถสร้างความสมดุลของความจุและสายเคเบิลกลายเป็นสายส่งที่เหมาะสม

นี่หมายถึงอะไรถ้าหากต้องการอิมพีแดนซ์อินพุตสูงก็จะดีกว่าที่จะจัดการกับสิ่งนั้น ณ จุดที่ต้องการตรวจสอบมากกว่าในขอบเขต การประนีประนอมโดยทั่วไปของความต้านทานค่าใช้จ่าย / ความยืดหยุ่น / อินพุตสำหรับการใช้งานทั่วไปคือโพรบแฝง x10

หากคุณต้องการความต้านทานกระแสตรงที่สูงมากวิธีการแก้ปัญหาคือการเพิ่มแอมพลิฟายเออร์ที่ใช้ FET ด้านหน้าขอบเขตโดยเฉพาะอย่างยิ่งใกล้กับจุดที่จะวัด

— ปีเตอร์กรีน
แหล่งที่มา

ความจุอินพุตยังได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษเช่นความต้านทานอินพุต 1Mohm หรือเป็นเพียงองค์ประกอบกาฝากที่วัดได้หรือไม่ (ความจุอินพุตที่ไม่แม่นยำจะไม่เป็นปัญหาเนื่องจากโพรบแบบลดทอนมีตัวเก็บประจุแบบแปรผัน) ฉันจะแก้ไขให้ถูกต้องหรือไม่ถ้าฉันไม่ต้องการวงจรลดทอนและเราไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับการจับคู่อิมพีแดนซ์ที่ความถี่สูง กรณีใดที่คุณอาจมีอินพุตที่สามารถสลับได้ที่ 50 โอห์ม) แล้วมันจะดีถ้ามีอินพุตเข้าสู่สเตจ FET ที่มีความต้านทานสูง แค่พยายามหาเหตุผลต่าง ๆ ให้ตรงนี้ในหัวของฉัน

— hddh

ฉันเดาว่าถึงตอนนั้นคุณยังมีความจุของโพรบ / สายเคเบิลที่ต้องกังวล แต่ในกรณีนี้การเพิ่ม 1meg ข้ามมันจะทำให้อิมพีแดนซ์ต่ำลง และโพรบ 10X อาจมีตัวต้านทาน 1meg ของตัวเองควบคู่กับเอาต์พุตของโพรบ ดังนั้นโดยพื้นฐาน: ไม่สนใจโพรบแบบลดทอนการจับคู่อิมพิแดนซ์และวงจรการลดทอนฉันไม่เห็นเหตุผลอื่นใดสำหรับความต้านทานอินพุตที่ต่ำที่สุด 1meg เนื่องจากมันจะทำให้อิมพิแดนซ์อินพุตเนื่องจากความจุลดลง เรือจะแล่นไปที่ความต้านทานอินพุต 1meg แล้ว)

— hddh

ดังนั้นความเข้าใจของฉันจนถึงตอนนี้: ความต้านทานอินพุต 1meg เป็นที่นิยมเนื่องจาก: (a) วงจรการลดทอนที่จำเป็น (b) ความต้านทานอินพุตเป็นจุดเด่นโดยความจุอย่างไรก็ตาม (c) ทำให้การออกแบบโพรบ attenuating ง่ายขึ้น การจับคู่ความต้านทานนั้นไม่ได้มีเหตุผลสำหรับเขาเพราะคุณต้องลงไป 50 โอห์มในกรณีเช่นนี้ ทำให้ฉันสงสัยเกี่ยวกับความต้านทานอินพุตมัลติมิเตอร์ (ปกติ 10meg) ซึ่งดูเหมือนจะใช้เพียง (a)

— hddh

ปัญหาอีกประการหนึ่งที่มีอินพุตความต้านทานสูงจะเป็นแรงดันไฟฟ้า "phantom" เมื่อไม่ได้เชื่อมต่อกับสิ่งใด แม้จะอยู่ที่ 10 เมกะไบต์สิ่งนี้สามารถสังเกตเห็นได้ในบางครั้ง มัลติมิเตอร์ระดับไฮเอนด์บางตัวมีตัวเลือกในการสลับความต้านทาน 10 เมกะไบต์จริง ๆ ฉันสามารถเข้าถึงตัววัดขนาดนี้ได้ แต่ฉันไม่คิดว่าฉันเคยรู้สึกว่าจำเป็นต้องใช้คุณสมบัติดังกล่าว

— ปีเตอร์กรีน

@PeterGreen ดูว่าคุณสามารถปิดการใช้งานการปราบปราม 50 / 60Hz ได้หรือไม่และคุณมีตัวสร้างตัวเลขสุ่มแทนโวลต์มิเตอร์ในขณะที่ไม่ได้เชื่อมต่อกับบางสิ่งบางอย่าง

— rackandboneman

หลายสิ่งหลายอย่างเป็นไปอย่างที่เป็นเพราะประวัติศาสตร์และมาตรฐานที่แท้จริง

อินพุตออสซิลโลสโคปสำหรับใช้งานทั่วไปเป็นการประนีประนอมที่ยากระหว่างการไม่โหลดวงจรไม่ได้รับความเสียหายจากไฟฟ้าแรงสูงมีสัญญาณรบกวนต่ำและสามารถรักษาแบนด์วิดท์ที่เหมาะสม

1Mohm ขนานกับ 15pF ถึง 30pF ตอบสนองผู้คนจำนวนมากสำหรับการใช้งานจำนวนมาก มีแรงจูงใจเล็กน้อยสำหรับผู้ผลิตในการสร้างออสซิลโลสโคปเอนกประสงค์ที่มีอินพุตที่แตกต่างกันเพื่อจัดการกับส่วนเล็ก ๆ ของตลาด

เมื่อคุณต้องการเสียงรบกวนที่ดีขึ้นหรืออินพุตที่แตกต่างกันหรืออิมพีแดนซ์อินพุตที่สูงขึ้นคุณต้องใช้พรีแอมป์ที่กำหนดเอง เมื่อคุณต้องการแบนด์วิดธ์ที่กว้างขึ้นคุณจะเปลี่ยนเป็นอิมพิแดนซ์อินพุต 50 โอห์ม

มีออสซิลโลสโคปจุดประสงค์พิเศษที่ทำในราคาสูงซึ่งทำหน้าที่เป็นแอปพลิเคชันเฉพาะ

— Neil_UK
แหล่งที่มา

ยุติธรรมพอสมควร ดังนั้นอิมพิแดนซ์อินพุต (กับขอบเขตหรือเมตร) จึงไม่ได้มาจากตัวต้านทานจริง แต่มาจากวงจรแอคทีฟแทน? (ฉันบ้าที่ไม่แน่ใจเกี่ยวกับเรื่องนี้หรือไม่) ทำให้ฉันสงสัยว่าพวกเขาสามารถควบคุมมันได้อย่างแม่นยำได้อย่างไร ฉันสงสัยว่ามีโครงร่างของขอบเขตอินพุต / ปลายด้านหน้าลอยอยู่รอบอินเทอร์เน็ตที่ฉันสามารถดูได้หรือไม่

— hddh

@hddh ฉันยังคงพบว่ามันน่าแปลกใจที่ขั้นตอนการป้อนข้อมูล FET ของแบนด์วิดธ์ที่เพียงพอไม่สามารถวิศวกรรม กล่าวว่าใคร? มีโพรบ FET ที่มีมากกว่า 1 GHz BW ตัวอย่างเช่น: keysight.com/main/…อาจเป็นสิ่งที่คุณหมายถึงว่าคุณต้องการภายในขอบเขต ที่สามารถทำได้ แต่มันจะใช้ไม่ได้อย่างนั้น! คุณต้องใช้สายเคเบิลเพื่อเชื่อมต่อจุดทดสอบกับขอบเขตของคุณ ว่าสายเคเบิลที่มีความจุ จุดรวมของ FET สอบสวนว่าเป็นมีความจุต่ำ

— Bimpelrekkie

พอยน์เตอร์: EEVBlog! นอกจากนี้ยังมีแผนงานมากมายที่สามารถพบได้ในคู่มือการบริการเช่นขอบเขต Tektronix รุ่นเก่า เห็นได้ชัดว่าไม่สามารถเป็น FET ที่มีความต้านทานอินพุต 1Mohm (ใช่ไหม) ไม่ผิดเขาป้อนอิมพีแดนซ์ถูกตั้งค่าโดยตัวต้านทานแล้ว (มักจะ) เครื่องขยายเสียง FET ถูกใช้เพื่อขยายแรงดันไฟฟ้าผ่านตัวต้านทานนั้น 1 M จำเป็นต้องมีความต้านทานที่กำหนดไว้อย่างถูกต้อง นี่คือ Dave reverse engineering ขอบเขต Rigol DS1054Z ยอดนิยม: youtube.com/watch?v=lJVrTV_BeGg&t=989s การออกแบบมันเป็นเรื่องปกติของขอบเขตสมัยใหม่หลายแห่ง

— Bimpelrekkie

และนี่คือคู่มือบริการของขอบเขตอะนาล็อกของ Tektronix 2215 มันมีไดอะแกรมบล็อกและวงจรทั้งหมด ใช่มันเป็นการออกแบบที่เก่า แต่ขั้นตอนการป้อนข้อมูลจะคล้ายกับขอบเขตจำนวนมากในปัจจุบัน: tek.com/manual/2215เพื่อการศึกษานี้มีประโยชน์มาก

— Bimpelrekkie

..ADC w / FET อินพุตสเตจไม่เป็นไปได้เป็นเพราะการลดทอนที่จำเป็นก่อนที่จะบรรลุช่วงไดนามิกที่ต้องการหรือไม่ ใช่ช่วงไดนามิกเป็นคำตอบแน่นอน ตัวลดทอนแบบปรับค่าตัวแปรช่วยให้สัญญาณเข้าสู่ช่วงที่เหมาะสมกับทั้งเครื่องขยายเสียงอินพุทและ ADC

— Bimpelrekkie

ที่จริงแล้วมันสูงอย่างน่าขันสำหรับอินพุตสัญญาณบรอดแบนด์

ไม่มีตัวเชื่อมต่อหรือสายเคเบิลที่ใช้งานได้จริง ๆ มีอิมพีแดนซ์ (จากมุมมองของสายส่งความต้านทาน แต่สำหรับเคเบิ้ลโคแอ็กต์เพลททองคำและท่อนำคลื่นช่างประปา RF dudes) ขนาด 1 เมกะเฮิรตซ์ทำให้อินพุตไม่ตรงกัน ตัวเก็บประจุ 15-45pf ข้ามอินพุต 1 megaohm (ความต้านทานสายส่ง) จะไม่ตรงกันกับการให้อภัย

เหตุผลคือ 1 megaohm สำหรับรองรับโพรบมาตรฐาน 10: 1 ซึ่งคุณไม่จำเป็นต้องโอเวอร์โหลดชนิดของวงจรที่มีสัญญาณความถี่เสียงที่ความต้านทานสูงและมี DC ตรงข้ามสูง (คิดว่าวงจรสุญญากาศหลอดเสียงการออกแบบโพรบมาจาก แค่ยุคนั้น)

อย่างไรก็ตามเมื่อคุณจัดการกับ RF หรือวงจรดิจิตอลเร็วความจุขนานของอินพุตขอบเขต (ซึ่งคุณไม่สามารถทำให้เล็กเกินไปอีกครั้งเนื่องจากโพรบสายเคเบิลตัวเชื่อมต่อ) จะครอง ... และนำความต้านทานอินพุตที่แท้จริง ของอินพุตนั้นลงไปที่ 5 ถึง 10 kiloohms เมื่อคุณเข้าถึงหนึ่งเมกะเฮิร์ตซ์, 500 ถึง 1,000 โอห์มเมื่อคุณไปถึง 10 เมกะเฮิร์ตซ์ เข้าถึง VHF (คำแนะนำ: ACMOS หรือวงจร F-TTL เป็นสิ่ง VHF แม้ว่าคุณจะไม่ได้นาฬิกาที่ VHF) และคุณจะดีขึ้นด้วยอินพุต 50 โอห์มที่ตรงกันเนื่องจากคุณสามารถเชื่อมต่อ (ด้วยเหตุผล) ยาว 50 โอห์ม สายเคเบิลและยังมีอินพุต 50 โอห์มที่ปลายวงจรแทนที่จะเป็นภาระตัวเก็บประจุที่ยิ่งใหญ่กว่า

ด้วยโพรบและอินพุตแบบธรรมดาคุณจะโอเวอร์โหลดวงจร RF ได้ง่าย RF ออสซิลโลสโคปที่ดีที่สุดมักจะมีอินพุตที่สามารถเปลี่ยนเป็นอิมพิแดนซ์อินพุต 50 โอห์ม (อินพุตออสซิลโลสโคปใด ๆ สามารถทำได้พร้อมขนาน / ผ่านเทอร์มิเนเตอร์) - ซึ่งน่าสนใจกว่า โพรบ FET) ที่จริงแล้วสามารถนำเสนออิมพีแดนท์อินพุตที่มีประสิทธิภาพสูงกว่ามากที่จุดโพรบ หรือเพียงแค่ให้การเชื่อมต่อ 50 โอห์มที่เชื่อถือได้กับวงจรของคุณด้วยสายเคเบิล RG58 เก่า ๆ

— rackandboneman
แหล่งที่มา

ถ้าฉันเข้าใจถูกต้อง: คุณกำลังบอกว่า 1 ล้านเมกะเฮิรตซ์ไม่ได้ช่วยจับคู่อิมพีแดนซ์และคุณจะดีขึ้นด้วยอินพุต 50 โอห์มในกรณีเหล่านั้น ดังนั้นถ้าเรือจับคู่ความต้านทานได้แล่นด้วย 1meg แล้วทำไมอิมพีแดนซ์อินพุตต่ำถึง 1meg จึงจำเป็น? เหตุผลที่ฉันรวบรวมได้จากคำตอบอื่น ๆ ก็คือวงจรการลดทอนสัญญาณอินพุตที่ต้องการทำให้สิ่งนี้เป็นไปไม่ได้ มีเหตุผลอื่นอีกไหม? (เช่นเดียวกับขอบเขตความจุอินพุตโดยเจตนาเช่น 1meg หรือเป็นกาฝากหรือไม่ - เช่นสามารถลดได้อย่างง่ายดายหรือไม่)

— hddh

@hddh เป็นกาฝากอีกครั้งจากนั้นก็น่าจะกลายเป็นความตั้งใจ :)

— 5656