Apa yang dilakukan oleh resistor input dan kapasitor osiloskop?

Saya menonton video YouTube tentang cara menggunakan osiloskop, Cara Menggunakan Osiloskop .

Dikatakan ada 16 pF kapasitansi dan 1 Mohm resistor yang terhubung secara paralel pada setiap port input osiloskop. Namun, saya masih tidak mengerti mengapa ada kapasitor dan resistor di dalamnya, dan apa tujuan dari semua itu.

Mengapa hal-hal itu ada di port input? Apa yang mereka lakukan?

Akan sangat bagus jika input lingkup memiliki resistansi tak terbatas dan nol kapasitansi tetapi, sayangnya tidak mungkin. Amplifier input sensitif akan selalu memiliki sejumlah kecil kapasitansi input dan, akan selalu ada sedikit arus bocor dari input amplifier. Jangan lupa ruang lingkup juga - mungkin panjangnya satu meter dan mudah memperkenalkan 10 pF.

Sebuah resistor 1 Mohm mungkin cukup untuk mengubah arus bocor ke offset beberapa milivolt yaitu cukup kecil sehingga tidak memberikan pengukuran yang salah dari signifikansi apa pun. Jadi, dengan kebocoran 1 Mohm dan 1 nA Anda mendapatkan perubahan offset milivolt dalam cakupan saat Anda menghubungkan ujung probe dan bumi secara bersamaan. Ada juga masalah kebisingan - Anda tidak akan terkesan jika probe tidak terhubung dan Anda melihat 100 mVp-p riak pada layar.

Resistor 1 Mohm dan (katakanlah) kapasitor 15 pF membentuk rangkaian lintasan rendah ketika probe tidak terhubung dan, kemudian memiliki bandwidth noise sekitar 15 kHz. Mengingat bahwa saluran analog ruang lingkup Anda mungkin memiliki derau (katakanlah) 10 uV /$\sqrt{Hz}$, riaknya akan sekitar 1 mV RMS atau sekitar 6 mVp-p (perhitungan enam sigma). Ini jauh lebih kompleks daripada ini untuk dianalisis, tetapi mudah-mudahan, perhitungan sederhana saya mengisyaratkan bahwa ada hal-hal lain yang perlu dipertimbangkan yang mungkin memberi kesan kinerja ruang lingkup tidak begitu baik ketika probe tidak terhubung ke sirkuit.

Ditambah dengan ini adalah kebutuhan untuk semua lingkup untuk menstandarisasi antara produsen berarti 1 Mohm diterima secara umum.

Impedansi input osiloskop terbatas karena alasan khusus, untuk mengakomodasi berbagai sinyal input. Secara umum, sensitivitas input (rentang tegangan) terbatas pada 5-10 V. Dalam elektronik saat ini cukup, tetapi di masa lalu orang bekerja pada amplifier tabung vakum dengan sinyal 100 - 200 - 600 V. Jadi harus ada probe yang menipiskan sinyal sebesar 10X - 100X. Ini dilakukan dalam apa yang disebut "probe pasif", yang merupakan pembagi tegangan.

Oleh karena itu, untuk mendapatkan pembagi, Anda harus memiliki impedansi input yang terbatas, jadi 1 Mohm adalah nilai yang masuk akal, dan untuk atenuasi 10X resistor probe harus besar 9 Mohms. Untuk kenyamanan pengguna, ada kabel sepanjang 1 meter juga. Semua komponen yang diperlukan ini memiliki kapasitansi parasit, juga dijelaskan dalam artikel yang bagus ini , dan gambar di dalamnya:

Jadi, 9 Mohm: 1 Resistor Mohm menyediakan pembagi tegangan 10: 1, untuk sinyal DC. Namun, untuk sinyal AC kapasitansi parasit dari kepala probe mengarah ke impedansi yang lebih rendah dari 9 Mohm, yang harus dikompensasi untuk mempertahankan atenuasi yang sama untuk sinyal frekuensi tinggi dan menjaga bentuk nyata dari sinyal AC. Dan itu harus dilakukan untuk berbagai frekuensi. Ini dilakukan dengan MENAMBAH beberapa kapasitansi input, sehingga pembagi adalah "frekuensi agnostik".

Faktanya, kapasitansi ini tidak universal, dan bersifat individual untuk setiap produsen dan bahkan model ruang lingkup. Akibatnya, probe 10X pasif tidak sepenuhnya dapat dipertukarkan, dan kompensasi AC mereka mungkin gagal. Saya telah melihat input 8 pF, 10 pF, dan 13 pF pada berbagai cakupan.

Singkatnya, nilai impedansi input osiloskop dirancang untuk mengakomodasi frekuensi 1: 10/1: 100 probe yang dikompensasi frekuensi.

Untuk memiliki pembagi sederhana 10: 1 yang seimbang, kapasitansi kabel disetel dalam probe agar sesuai dengan kapasitansi kabel yang lebih rendah dari 75 Ω coax standar dan mungkin menggunakan 100 Ω coax (custom), mungkin 10 pF / ft ( 33 pF / ft).

Setiap desain lingkup preamplifier dan coax feed memiliki peringkat yang berbeda untuk kapasitansi, tetapi resistensi 1 MΩ adalah standar. Dengan demikian probe osiloskop dan osiloskop harus dikalibrasi dengan port uji gelombang persegi pada panel depan untuk memberikan respons persegi. Dalam penyelidikan yang lebih baik, ada juga keseimbangan RC dua tahap induktif dan.

Namun induktansi lead ground tidak dikompensasi, jadi untuk pengukuran dengan f> 10 MHz atau naik kali <30 ns, panjang tali ground harus dikurangi secara signifikan atau dihilangkan dengan menggunakan ujung dan laras antara kedua pin.

Salah satu desainer ADC kami baru saja berbicara tentang desain ujung depan osiloskop, Anda harus memeriksanya di sini:

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

Itu masuk ke banyak detail tentang bagaimana ujung depan osiloskop dan ADC bekerja bersama.

Resistansi dan kapasitansi dalam probe membentuk satu bagian dari divder tegangan, resistansi dalam lingkup dan gabungan kapasitansi dalam kabel dan lingkup membentuk bagian lainnya. Dengan sumber gelombang persegi, kapasitor variabel disesuaikan untuk menunjukkan gelombang persegi pada ruang lingkup. Dengan kapasitansi yang terlalu banyak dalam probe, Anda akan melihat overshoot (sudut runcing berduri) pada tampilan gelombang persegi; dengan kapasitansi yang terlalu sedikit, Anda akan melihat undershoot (sudut membulat). Tujuan dari sistem ini adalah untuk membuat sinyal pada ruang lingkup menjadi representatif dari sinyal yang Anda selidiki. Ini terjadi ketika konstanta waktu RC dari probe sama dengan konstanta waktu RC dari kabel + lingkup.

Tentu saja, jika Anda mencari sumber impedansi sangat tinggi pada frekuensi tinggi, Anda dapat mengharapkan masalah. Dalam hal itu, beberapa jenis penguat isolasi akan diperlukan bagi Anda untuk melihat representasi sebenarnya dari bentuk gelombang Anda.