Osiloskopta giriş kapasitansı ne anlama geliyor?

Osiloskopum derecelendirildi: 1Mohm || 12pF. 100 MHz osiloskop. Ancak, kapasitansın amacını anlayamıyorum. Probumu 10X'e ayarlarsam (değiştirilebilir), o zaman seri olarak 9Mohm ekler. Şimdi -3dB kesme noktasına sahip bir RC filtresi oluşturduk: ~ 1.473 kHz ve yine de, 10X problarla daha yüksek bant genişliği elde ediyorum ve kesinlikle 1.4 kHz bant genişliği sınırlayıcısı almıyorum! Neyi kaçırıyorum?

Ayrıca, devreyi bir devre simülatöründe simüle ediyordum. Prob direnci yokken, 10pF'lik bir kapak 100 MHz'de 1A iletir, bu da 1 Mohm empedansına kıyasla büyük bir yükleme olur.

oscilloscope

— Thomas O
kaynak

Bununla ilgili cevapları caydırmıyorum, ancak bunun Yüksek Hızlı Dijital Tasarım'da mükemmel bir tartışması var ( amazon.com/High-Speed-Digital-Design-Handbook/dp/0133957241/… ). Bunu okumanızı öneririm, size bant genişliğinin ne anlama geldiği hakkında daha iyi bir fikir verir.

— Kortuk

Yanıtlar:

Hemen hemen tüm gerçek devreler gibi osiloskop girişleri de parazitik kapasitansa sahiptir. İyi bir tasarımla ne kadar küçük yaparsanız yapın, belki de doğrudan 50'lü bağlantı ve zayıflama doğrudan kapsamın girişinde tanımlanır, ancak bu durumda sorunuzdaki sayılarla birlikte RF sinyal alımını etkiler -

f_{- 3 d B} = \frac{1}{2 π \cdot {R,}_{ben n, s c Ö p e} \cdot C_{ben n, s c Ö p e}} = \frac{1}{2 π \cdot 50 Ω \cdot 12 p F} = 256 M'H z

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

Ya da daha yüksek, eğer kapsamın giriş empedansını (C _{) kapsamını} daha küçük yaparsak .

Bununla birlikte, genellikle, test altındaki devreyi tanımlanmış bir 50 Ω bağlantı ile yüklemek istemiyoruz çünkü test altındaki birçok devrenin empedansı ancak 50 have (sinyal jeneratörünüzün çıkışı gibi) empedans eşleşmesi için özel olarak tasarlandığından 50 Ω sistemler). Peki, elimine edilemeyen bir kapasitansla ne yapılabilir? Prob ve kapsam kombinasyonunda akıllıca kullanılması için seçildi . Öyle ki, aslında, prob kabloları ve bağlantınızdaki diğer şeylerin neden olabileceği bilinmeyen bir kapasitans, tıpkı kapsamın giriş kapasitansı gibi telafi edilebilir ve hepsi pratik ölçüm uygulamalarının çoğu için umursamaz hale gelir.

1:10 prob, 9 M 9'luk bir iç dirence ve paralel olarak [1/9 * C _{inç, kapsam} ] iç kapasitöre sahiptir .

Ayarlanabilir, çünkü prob bağlı olduğu belirli bir kapsamın tam kapasitansını bilmiyor.

Probdaki kondansatör uygun şekilde ayarlandığında, sinyalin DC kısmı için dirençli bir ayırıcıya sahip değilsiniz (probda 9 MΩ ve kapsamda 1 MΩ), aynı zamanda daha yüksek frekanslı AC kısmı için kapasitif bir ayırıcı vardır. sinyali (probdaki 1.33 pF, kapsamdaki 12 pF, sayılarınızı kullanarak) ve kombinasyon, örneğin 500 MHz'e kadar veya daha güzel bir şekilde çalışır.

Ayrıca, problama yaparken devrenize 1 MΩ ve 12 pF değil, 9 MΩ + 1 MΩ = 10 MΩ ve [12 pF ve (12 pF / 9) seri eşdeğeri] = 1.2 pF avantajı elde edersiniz.

Resmin kaynağına bağlantı: İşte.

Bağlantıdaki resmin göstermediği ve şimdiye kadar ihmal ettiğimiz şey, prob kablosunun kapasitansıdır, bu sadece kapsamın girişindeki kapasitansa eklenir ve probdaki değişken kapağı döndürürken telafi edilebilir .

1:10 prob kullanarak, probun küçük kapasitansı, kapsamın daha büyük giriş kapasitansı ile seri olarak bulunur. Toplam kapasitans (yaklaşık 1,2 pF), devrenizin probladığınız noktaya paraleldir. Kapsamı doğrudan devreye bağlayın, örneğin sadece düz bir BNC kablosu ile, kapsamın tüm giriş kapasitesini ölçtüğünüze paralel olarak koyuyorsunuz - belki de devrenizi test altına almayacaksınız. ölçülürken. En iyi ihtimalle, yine de bir şekilde işe yarayabilir, ancak kapsamınızdaki resim, test edilen devrenizdeki gerçek dalga formlarından çok uzakta sonuçları gösterecektir.

Çok daha küçük bir giriş kapasitansına sahip kapsamlar oluşturmak mümkün olacaktır - ancak daha sonra, probun kablo kapasitansını prob ucunun yakınında küçük bir değişken kapasitör ile dengelemenin bir yolu olmayacaktır. Sonuçta, skopun girişindeki 12 pF oraya konmuş bilerek iyi kapsamı çalışması için, birlikte iyi bir sonda ile.

Son bir not: 1: 100 prob kullanarak, devrenizi daha da az yüklersiniz. Uçta gerçekten küçük bir kapasitansa sahip aktif bir prob olmaması durumunda, 1,2 pF'nin bile devrenizde çok fazla yük olacağı durumlarda 1: 100 prob kullanılabilir - eğer sinyal hala daha sonra bir şey görecek kadar büyükse probun 1: 100 zayıflaması.

— zebonaut
kaynak

Yani kapasitör giriş ile seri mi?

— Thomas O

Evet, kapak tıpkı direnç gibi girişle seri. Girişte iki direncin DC voltajını böldüğünü ve iki kapasitörün AC parçasını böldüğünü söyleyebilirsiniz (çok yüksek frekanslara kadar). (1/10) dirençli bölücünün üst kısımda büyük dirence sahip olduğunu ve (1/10) kapasitif bölücünün üstte küçük kapağa sahip olduğunu unutmayın.

— zebonaut

Rezonans paralel ayarlı devre boyunca 100 MHz'lik bir sinyal kontrol ettiğinizi varsayalım. 12 pF, bobin üzerindeki kapasitansa kıyasla büyük olacağı ve devreyi algılayacağı için ölçümün doğruluğunu önemli ölçüde etkileyecektir.

— Leon Heller
kaynak

Evet ... kötü bir şey olduğunu düşünüyorum, ama böyle bir kapasitansla 100 MHz'de nasıl ölçebilir?

— Thomas O

Bu aşırı bir örnek, ama kapasitansın neden önemli olduğunu gösteriyor. Düşük empedans noktasında bir soruna neden olmaz.

— Leon Heller

Tamam, ama simülatörüm 10pF'lik bir kapağın 100Vp-p'de ± 1 amp çektiğini söylüyor. Kapsamım 250Vp-p olarak derecelendirildi. Bu, daha yüksek bir frekansın aslında ona zarar verebileceği anlamına mı geliyor? !

— Thomas O

@Thomas - Simülasyonunuzda bu 1A nereye gidiyor? Gerçek dünyada, doğrudan toprağa değil, yüksek empedanslı bir analog girişe gidiyor.

— Kevin Vermeer

Test edilen devrenin aşırı düşük yüklenmesi için özel gizli numara (aktif bir FET probuna sahip olmadığınızda): 1: 100 bir prob kullanın. Öncelikle yüksek voltaj problaması için tasarlanmıştır, ancak devrenize 1:10 prob kullandığınızdan daha düşük bir kapasitans eklemek istediğinizde de mükemmeldirler.

— zebonaut