Apa yang dimaksud input kapasitansi pada osiloskop?

Osiloskop saya diberi peringkat: 1Mohm || 12pF. Ini adalah osiloskop 100 MHz. Namun, saya tidak mendapatkan poin dari kapasitansi. Jika saya mengatur probe saya di 10X (itu bisa diganti-ganti), maka ia memasukkan 9Mohm secara seri. Sekarang kami telah membuat filter RC dengan break point -3dB: ~ 1,473 kHz, namun, saya mendapatkan bandwidth yang lebih tinggi dengan probe 10X dan saya tentu saja tidak mendapatkan pembatas bandwidth 1,4 kHz! Apa yang saya lewatkan?

Juga, saya mensimulasikan rangkaian pada rangkaian simulator. Tanpa resistansi probe, tutup 10pF melakukan 1A pada 100 MHz, yang akan menjadi beban besar dibandingkan dengan impedansi 1 Mohm.

oscilloscope Thomas O
sumber

Saya tidak mengecilkan jawaban tentang hal ini, tetapi ada diskusi yang sangat baik tentang hal ini dalam Desain Digital Kecepatan Tinggi ( amazon.com/High-Speed-Digital-Design-Handbook/dp/0133957241/… ). Saya sarankan Anda membacanya, itu memberi Anda ide yang lebih baik tentang apa bandwidth juga berarti.

Kortuk

Jawaban:

Seperti hampir semua rangkaian nyata, input osiloskop memiliki kapasitansi parasit. Tidak peduli seberapa kecil Anda membuatnya dengan desain yang baik, itu masih akan mempengaruhi perolehan sinyal RF, kecuali mungkin untuk koneksi 50 Ω yang ditentukan dan pelemahan langsung pada input lingkup, untuk kasus ini, dengan angka-angka dari pertanyaan Anda -

f_{- 3 d B} = \frac{1}{2 π \cdot R_{saya n, s c Hai hal e} \cdot C_{saya n, s c Hai hal e}} = \frac{1}{2 π \cdot 50 Ω \cdot 12 hal F} = 256 M. H z

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

Atau bahkan lebih tinggi, jika kita akan membuat impedansi input lingkup C _{dalam, lingkup} lebih kecil.

Namun, biasanya, kami tidak ingin memuat rangkaian yang diuji dengan koneksi 50 defined yang ditentukan karena sebagian besar rangkaian yang diuji akan memiliki impedansi apa pun kecuali 50 Ω (seperti yang dihasilkan oleh generator sinyal Anda, karena ia dirancang khusus untuk pencocokan impedansi) 50 Ω sistem). Jadi apa yang bisa dilakukan dengan kapasitansi yang tidak bisa dihilangkan? Itu dipilih untuk menggunakannya dengan cara yang cerdas di Internet kombinasi probe-dan-lingkup . Sebetulnya pintar sekali sehingga kapasitansi tidak dikenal yang mungkin disebabkan oleh kabel probe dan hal-hal lain dalam koneksi Anda dapat dikompensasi seperti kapasitansi input lingkup, dan semuanya menjadi tidak peduli untuk sebagian besar kasus aplikasi pengukuran praktis.

Probe 1:10 memiliki resistor internal 9 MΩ dan , secara paralel, kapasitor internal [1/9 * C _{in, scope} ].

Ini dapat disesuaikan karena probe tidak tahu kapasitansi yang tepat dari ruang lingkup tertentu yang terhubung dengannya.

Dengan kapasitor pada probe diatur dengan benar, Anda tidak hanya memiliki pembagi resistif untuk bagian DC sinyal (9 MΩ pada probe vs 1 MΩ dalam ruang lingkup), tetapi juga pembagi kapasitif untuk bagian AC frekuensi tinggi. dari sinyal (1,33 pF di probe vs 12 pF dalam ruang lingkup, menggunakan nomor Anda), dan kombinasi berfungsi dengan baik hingga atau melampaui, katakanlah, 500 MHz.

Juga, Anda mendapatkan keuntungan dari memasukkan bukan 1 MΩ dan 12 pF ke dalam rangkaian Anda saat menyelidiki, tetapi 9 MΩ + 1 MΩ = 10 MΩ dan [seri yang setara dengan 12 pF dan (12 pF / 9)] = 1.2 pF

Tautan ke sumber gambar: Di sini.

Apa yang ditunjukkan gambar dalam tautan dan apa yang telah kami abaikan sejauh ini adalah kapasitansi kabel probe, ini hanya akan menambah kapasitansi pada input lingkup dan juga dapat dikompensasi ketika memutar tutup variabel dalam probe .

Menggunakan probe 1:10, kapasitansi probe yang kecil berseri dengan kapasitansi input yang lebih besar. Total kapasitansi (sekitar 1,2 pF) sejajar dengan titik sirkuit Anda yang Anda selidiki. Menghubungkan ruang lingkup secara langsung ke sirkuit, misalnya hanya dengan kabel BNC lurus, Anda memang menempatkan seluruh kapasitansi input dari ruang lingkup secara paralel dengan apa yang Anda ukur - mungkin memuat rangkaian Anda yang sedang diuji sedemikian rupa sehingga tidak akan berfungsi lagi saat sedang diukur. Paling-paling, mungkin masih bekerja, tapi gambar pada ruang lingkup Anda akan menunjukkan hasil yang jauh dari bentuk gelombang nyata di sirkuit Anda yang diuji.

Adalah mungkin untuk membangun lingkup dengan kapasitansi input yang jauh lebih kecil - tetapi kemudian, tidak akan ada cara mengkompensasi kapasitansi kabel probe dengan kapasitor variabel kecil di dekat ujung probe. Bagaimanapun, 12 pF pada input lingkup telah diletakkan di sana dengan sengaja , untuk membuat lingkup bekerja dengan baik bersama dengan probe yang baik.

Satu catatan terakhir: Menggunakan probe 1: 100, Anda memuat sirkuit Anda lebih sedikit. Dalam kurangnya probe aktif dengan kapasitansi sangat kecil di ujungnya, probe 1: 100 dapat digunakan dalam kasus di mana bahkan 1,2 pF akan terlalu banyak memuat pada rangkaian Anda - asalkan sinyal cukup besar sehingga Anda masih melihat sesuatu setelah redaman probe 1: 100.

zebonaut
sumber

Jadi kapasitor seri dengan input?

Thomas O

Ya, tutupnya adalah seri dengan input seperti resistor. Anda bisa mengatakan bahwa pada input, dua resistor membagi tegangan DC, dan dua kapasitor membagi bagian AC (hingga frekuensi yang sangat tinggi). Ingat bahwa pembagi resistif (1/10) memiliki hambatan besar di bagian atas, dan pembagi kapasitif (1/10) memiliki tutup kecil di atas.

zebonaut

Misalkan Anda memeriksa sinyal 100 MHz di sirkuit tuned paralel resonansi. 12 pF akan sangat mempengaruhi keakuratan pengukuran, karena akan lebih besar dibandingkan dengan kapasitansi di seluruh koil, dan akan merusak sirkuit.

Leon Heller
sumber

Ya ... saya anggap itu hal yang buruk, tetapi bagaimana bisa mengukur pada 100 MHz dengan kapasitansi seperti itu?

Thomas O

Ini adalah contoh ekstrem, tetapi itu menunjukkan mengapa kapasitansi itu penting. Itu tidak akan menyebabkan masalah pada titik impedansi rendah.

Leon Heller

Oke, tapi simulator saya mengatakan topi 10pF menarik ± 1 amp pada 100Vp-p. Lingkup saya diberi peringkat 250Vp-p. Apakah ini berarti, frekuensi yang lebih tinggi sebenarnya dapat merusaknya (?) Dapat mengukur hingga 5Vp-p, memberikan ± 20V, meskipun dapat bergerak ± 16 divisi, sehingga dapat mengukur maksimum 100V ... Saya pasti kehilangan sesuatu? !

Thomas O

@ Thomas - Di mana 1A itu akan dalam simulasi Anda? Di dunia nyata, itu akan menjadi input analog impedansi tinggi, tidak langsung ke ground.

Kevin Vermeer

Trik rahasia khusus untuk pemuatan rendah sirkuit yang sedang diuji (ketika Anda tidak memiliki probe FET aktif): Gunakan probe 1: 100. Mereka dirancang terutama untuk probe tegangan tinggi, tetapi mereka juga bagus ketika Anda ingin memasukkan kapasitansi yang lebih rendah ke dalam rangkaian Anda daripada menggunakan probe 1:10.

zebonaut