ความจุอินพุตมีความหมายกับออสซิลโลสโคปอย่างไร

ออสซิลโลสโคปของฉันได้รับการจัดอันดับ: 1Mohm || 12pF เป็นออสซิลโลสโคป 100 MHz อย่างไรก็ตามฉันไม่ได้รับจุดของความจุ ถ้าฉันตั้งค่าโพรบของฉันเป็น 10X (สามารถสลับได้) มันจะแทรก 9Mohm เป็นอนุกรม ตอนนี้เราได้สร้างตัวกรอง RC ที่มีจุดพัก -3dB: ~ 1.473 kHz และยังฉันได้รับแบนด์วิดท์ที่สูงขึ้นด้วยโพรบ 10X และแน่นอนฉันไม่ได้รับขีด จำกัด แบนด์วิดท์ 1.4 kHz! ฉันกำลังคิดถึงอะไร

นอกจากนี้ฉันกำลังจำลองวงจรบนตัวจำลองวงจร เมื่อไม่มีความต้านทานโพรบ cap 10pF จะดำเนินการ 1A ที่ 100 MHz ซึ่งจะเป็นการโหลดจำนวนมากเมื่อเทียบกับความต้านทาน 1 Mohm

oscilloscope

— โทมัสโอ
แหล่งที่มา

ฉันไม่ท้อใจที่จะตอบคำถามนี้ แต่มีการพูดคุยที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับเรื่องนี้ในการออกแบบดิจิทัลความเร็วสูง ( amazon.com/High-Speed-Digital-Design-Handbook/dp/0133957241/ ) ฉันอยากจะแนะนำให้คุณอ่านมันจะช่วยให้คุณมีความคิดที่ดีขึ้นเกี่ยวกับขอบเขตแบนด์วิดธ์ที่มีความหมายเช่นกัน

— Kortuk

คำตอบ:

เช่นเดียวกับวงจรจริงทั้งหมดออสซิลโลสโคปอินพุตมีความสามารถเหมือนกาฝาก ไม่ว่าคุณจะเล็กเพียงใดโดยการออกแบบที่ดีมันจะยังคงส่งผลต่อการได้มาของสัญญาณ RF ยกเว้นสำหรับการเชื่อมต่อ 50 defined ที่กำหนดไว้และการลดทอนโดยตรงที่อินพุตของขอบเขตซึ่งในกรณีนี้ด้วยตัวเลขจากคำถามของคุณ -

ฉ_{- 3 d B} = \frac{1}{2 π \cdot R_{ผม n, s ค โอ พี อี} \cdot ค_{ผม n, s ค โอ พี อี}} = \frac{1}{2 π \cdot 50 Ω \cdot 12 พี F} = 256 M H Z

$f_{-3dB} = \frac{1}{2\pi \cdot R_{in,\ scope} \cdot C_{in,\ scope}} = \frac{1}{2\pi \cdot 50 \;\Omega \cdot 12 \;pF} = 256 \;MHz$

หรือสูงกว่านั้นถ้าเราจะทำให้ C ใส่อิมพีแดนซ์ของ_{ขอบเขตนั้นแคบ}ลง

แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วเราไม่ต้องการโหลดวงจรภายใต้การทดสอบด้วยการเชื่อมต่อ 50 defined ที่กำหนดไว้เพราะวงจรส่วนใหญ่ที่ทดสอบจะมีอิมพิแดนซ์ แต่จะมีค่าΩ 50 Ω (เช่นการส่งออกของเครื่องกำเนิดสัญญาณของคุณ 50 Ωระบบ) ดังนั้นสิ่งที่สามารถทำได้ด้วยความจุที่ไม่สามารถกำจัดได้? มันเป็นทางเลือกที่จะใช้ในวิธีที่ฉลาดในการรวมกันสอบสวนและขอบเขต จริง ๆ แล้วฉลาดว่าความจุที่ไม่รู้จักใด ๆ ที่อาจเกิดจากสายเคเบิลโพรบและสิ่งอื่น ๆ ในการเชื่อมต่อของคุณสามารถชดเชยได้เช่นเดียวกับความจุอินพุตของขอบเขตและสิ่งเหล่านั้นทั้งหมดไม่สนใจสำหรับกรณีส่วนใหญ่ของการวัดเชิงปฏิบัติ

โพรบ 1:10 มีตัวต้านทานภายในที่ 9 MΩ และ_{ในขอบเขต}ขนานตัวเก็บประจุภายในของ [1/9 * C _{ในขอบเขต} ]

มันสามารถปรับได้เนื่องจากโพรบไม่ทราบความจุที่แน่นอนของขอบเขตเฉพาะที่เชื่อมต่ออยู่

เมื่อปรับตัวเก็บประจุในโพรบอย่างเหมาะสมแล้วคุณไม่ได้มีเพียงตัวแบ่งความต้านทานสำหรับส่วน DC ของสัญญาณ (9 MΩที่โพรบเทียบกับ 1 MΩในขอบเขต) แต่ยังเป็นตัวแบ่ง capacitive สำหรับส่วน AC ความถี่สูง ของสัญญาณ (1.33 pF ที่โพรบเทียบกับ 12 pF ในขอบเขตโดยใช้หมายเลขของคุณ) และชุดค่าผสมนั้นทำงานได้อย่างสวยงามมากหรือเกินกล่าวคือ 500 MHz

นอกจากนี้คุณยังได้รับประโยชน์จากการใส่ไม่ใช่ 1 MΩและ 12 pF ในวงจรของคุณเมื่อตรวจสอบ แต่ 9 MΩ + 1 MΩ = 10 MΩและ [ซีรี่ส์เทียบเท่า 12 pF และ (12 pF / 9)] = 1.2 pF

ลิงก์ไปยังแหล่งที่มาของภาพ: ที่นี่

สิ่งที่รูปภาพในลิงค์ไม่แสดงและสิ่งที่เราละเลยไปคือความจุของสายเคเบิลของโพรบนี่จะเพิ่มความจุที่อินพุตของขอบเขตและยังสามารถชดเชยได้เมื่อเปลี่ยนหมวกตัวแปรในโพรบ .

การใช้โพรบแบบ 1:10 ความจุขนาดเล็กของโพรบนั้นเป็นอนุกรมพร้อมกับความจุอินพุตขนาดใหญ่ของขอบเขต ความจุรวม (ประมาณ 1.2 pF) เป็นแบบขนานกับจุดของวงจรที่คุณกำลังตรวจสอบ การเชื่อมต่อขอบเขตเข้ากับวงจรโดยตรงเช่นด้วยสายเคเบิล BNC แบบตรงคุณกำลังใส่ค่าความจุอินพุตทั้งหมดของขอบเขตควบคู่ไปกับสิ่งที่คุณวัด - อาจโหลดวงจรของคุณภายใต้การทดสอบมากจนมันจะไม่ทำงานอีกต่อไป ในขณะที่ถูกวัด ที่ดีที่สุดมันอาจยังคงทำงานอย่างใด แต่ภาพในขอบเขตของคุณจะแสดงผลลัพธ์ที่ไกลจากรูปคลื่นจริงในวงจรของคุณภายใต้การทดสอบ

มันเป็นไปได้ที่จะสร้างขอบเขตที่มีความจุอินพุตขนาดเล็กมาก - แต่จากนั้นจะไม่มีวิธีชดเชยความจุของสายเคเบิลของโพรบด้วยตัวเก็บประจุตัวแปรขนาดเล็กใกล้กับปลายโพรบ ท้ายที่สุดแล้ว 12 pF ที่อินพุตของขอบเขตได้ถูกนำไปวางไว้ที่จุดประสงค์เพื่อให้ขอบเขตทำงานได้ดีพร้อมกับโพรบที่ดี

หมายเหตุสุดท้ายหนึ่ง: การใช้โพรบ 1: 100 คุณจะโหลดวงจรน้อยลง หากไม่มีโพรบที่ใช้งานซึ่งมีความจุขนาดเล็กมากที่ปลายสามารถใช้โพรบ 1: 100 ในกรณีที่แม้แต่ 1.2 pF จะโหลดวงจรของคุณมากเกินไป - หากสัญญาณมีขนาดใหญ่พอที่คุณจะเห็นอะไรบางอย่างหลังจาก การลดทอนของโพรบ 1: 100

— zebonaut
แหล่งที่มา

ดังนั้นตัวเก็บประจุอยู่ในอนุกรมกับอินพุท?

— โทมัสโอ

ใช่หมวกอยู่ในแนวเดียวกับอินพุตเหมือนตัวต้านทาน คุณสามารถพูดได้ว่าที่อินพุตอินพุทสองตัวต้านทานแบ่งแรงดัน DC และตัวเก็บประจุสองตัวแบ่งส่วน AC (สูงสุดถึงความถี่สูงมาก) โปรดจำไว้ว่าตัวต้านทานตัวต้านทาน (1/10) นั้นมีความต้านทานขนาดใหญ่ที่ส่วนบนและตัวแบ่งแบบ capacitive (1/10) นั้นมีฝาปิดขนาดเล็กอยู่ด้านบน

— zebonaut

สมมติว่าคุณกำลังตรวจสอบสัญญาณ 100 MHz ในวงจรปรับจูนแบบขนานเรโซแนน 12 pF จะส่งผลกระทบต่อความแม่นยำของการวัดอย่างมากเนื่องจากจะมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับความจุของขดลวดและจะรบกวนวงจร

— Leon Heller
แหล่งที่มา

ใช่ ... ฉันคิดว่ามันเป็นสิ่งที่ไม่ดี แต่มันจะวัดได้ที่ 100 MHz ด้วยความจุนี้ได้อย่างไร

— โทมัสโอ

เป็นตัวอย่างที่รุนแรง แต่มันแสดงให้เห็นว่าทำไมความจุจึงมีความสำคัญ มันจะไม่ทำให้เกิดปัญหาที่จุดอิมพีแดนซ์ต่ำ

— Leon Heller

โอเค แต่เครื่องมือจำลองของฉันบอกว่าฝา 10pF ดึง± 1 แอมป์ที่ 100Vp-p ขอบเขตของฉันอยู่ในระดับ 250Vp-p หมายความว่าความถี่ที่สูงขึ้นสามารถสร้างความเสียหายได้จริงหรือไม่มันสามารถวัดได้สูงถึง 5Vp-p โดยให้± 20V แม้ว่ามันจะสามารถเคลื่อนที่ได้± 16 ดิวิชั่นดังนั้นมันจึงสามารถวัดได้สูงสุด 100V ... ฉันต้องคิดถึงอะไรบางอย่าง !

— โทมัสโอ

@Thomas - 1A ในสถานการณ์จำลองของคุณอยู่ที่ไหน ในโลกแห่งความเป็นจริงมันจะเป็นสัญญาณเข้าแบบอะนาล็อกความต้านทานสูงไม่ใช่โดยตรงกับพื้น

— Kevin Vermeer

เคล็ดลับลับพิเศษสำหรับการโหลดต่ำมากของวงจรภายใต้การทดสอบ (เมื่อคุณไม่มีโพรบ FET ที่แอ็คทีฟ): ใช้โพรบ 1: 100 พวกมันถูกออกแบบมาสำหรับการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าสูงเป็นหลัก แต่ก็ยังยอดเยี่ยมเมื่อคุณต้องการใส่ความจุที่ต่ำลงในวงจรของคุณมากกว่าที่คุณจะใช้โพรบ 1:10

— zebonaut