오실로스코프 입력 임피던스가 왜 그렇게 낮습니까?

내 질문은 두 가지입니다.

입력 임피던스는 어디에서 오는가?

평균 멀티 미터 또는 오실로스코프의 입력 임피던스가 어디에서 나오는지 궁금합니다. 장치의 입력 단계 (예 : 증폭기 또는 ADC 입력 단계)에 대한 입력 임피던스 입니까? 아니면 실제 저항 의 임피던스 입니까? 실제 저항의 임피던스라면 왜 저항이 있습니까? 왜 입력 회로가 아닌가?

오실로스코프의 입력 임피던스를 DMM으로 측정했습니다. 범위가 오프되었을 때, DMM 대해 측정 된 $1.2\mathrm{M\Omega}$ . 범위가 켜져 때 그러나 DMM은 거의 측정 정확히 $1\mathrm{M\Omega}$ (심지어 오실로스코프 화면에 DMM에 의해 적용되는 1V 테스트 입력을 볼 수 있었다!). 이것은 스코프의 입력 임피던스와 관련된 능동 회로가 있음을 나타냅니다. 이것이 사실이라면 어떻게 입력 임피던스를 정확하게 제어 할 수 있습니까? 내가 이해 한 바에 따르면, 능동 회로에 대한 입력 임피던스는 정확한 트랜지스터 특성에 다소 의존 할 것이다.

왜 입력 임피던스가 훨씬 높을 수 없습니까?

왜 오실로스코프 표준의 입력 임피던스 $1\mathrm{M\Omega}$ ? 왜 그보다 높을 수 없습니까? FET 입력단은 테라 옴 정도의 입력 임피던스를 달성 할 수 있습니다! 왜 그런 입력 임피던스가 낮습니까?

나는 정확한 표준 중 하나 이익을 가정 $1\mathrm{M\Omega}$ 이 10X 프로브와 같이 할 수있는 것에만 작동 범위의 (a FET 입력 단계의 같은) 불합리하게 큰 아니었다 정확한 입력 임피던스가 있다면. 그러나 스코프의 입력 임피던스가 매우 높더라도 (예 : 테라 옴), 프로브 자체 내부에 10 : 1 전압 분배기를 설치하여 스코프가 $1\mathrm{M\Omega}$ 가로 질러 측정하는 것만으로도 10X 프로브를 계속 사용할 수 있습니다. M Ω의 프로브의 내부 저항. 테라 옴 정도의 입력 임피던스를 가졌다면 이것이 가능해 보일 것입니다.

스코프의 입력 회로를 오해하고 있습니까? 내가 만드는 것보다 더 복잡합니까? 이것에 대한 당신의 생각은 무엇입니까?

내가 생각한 이유는 최근 스코프 입력 임피던스보다 훨씬 큰 이미 터 결합 차동 쌍의 공통 모드 입력 임피던스를 측정하려고 시도했기 때문에 입력 임피던스가 왜 더 크지 않습니다.

몇 가지 요소의 조합을 말할 것입니다.

1. 오실로스코프의 입력 단계는 어려운 절충안입니다. 이들은 광범위한 이득 / 감쇠가 필요하고, 사용자 오류에 견딜 수 있어야하며, 높은 대역폭을 통과해야합니다. 매우 높은 DC 저항에 대한 요구 사항을 추가하면 문제가 더욱 복잡해집니다. 특히 스코프 입력 레벨 범위의 상위를 처리하는 데 필요한 감쇠기는 DC 저항이 매우 높은 경우 훨씬 복잡하고 민감합니다.
2. 사실상의 표준이므로 다른 것으로 변경하면 기존 프로브 등과 호환되지 않을 수 있습니다.
3. 어쨌든 많은 이점이 없습니다.

포인트 3을 더 설명하기 위해, 적당한 주파수에서 (몇 킬로 헤르츠에서 위쪽으로) 스코프 입력의 1 메그 옴 DC 저항은 전체 입력 임피던스에서 지배적 인 요소가 아닙니다. 지배적 인 요소는 커패시턴스이며 케이블이 아마도 가장 큰 기여를합니다.

(사실 UHF / 마이크로파 주파수에서 스코프 입력 임피던스를 50 옴으로 줄이는 것이 일반적이므로 케이블의 인덕턴스가 커패시턴스의 균형을 맞추고 케이블이 적절하게 일치하는 전송 라인이됩니다)

이것이 의미하는 것은 높은 입력 임피던스가 바람직하다면 스코프보다 프로빙 시점에서 처리하는 것이 훨씬 낫습니다. 일반적인 사용을위한 비용 / 유연성 / 입력 임피던스의 일반적인 타협은 x10 패시브 프로브입니다.

정말로 높은 DC 저항이 필요한 경우, 솔루션은 스코프 앞에 FET 기반 증폭기를 추가하는 것이 좋습니다.

역사와 사실상의 표준화 로 인해 많은 것들이 있습니다 .

범용 오실로스코프 입력은 회로를로드하지 않고, 고전압으로 손상되지 않고, 잡음이 상당히 낮으며, 적절한 대역폭을 유지할 수있는 것 사이에서 어려운 절충안입니다.

15pF ~ 30pF와 병렬로 연결된 1Mohm은 많은 응용 분야에서 많은 사람들을 만족시킵니다. 제조업체가 시장의 작은 부분을 해결하기 위해 다른 입력으로 범용 오실로스코프를 제작할 인센티브는 거의 없습니다.

더 나은 노이즈, 차동 입력 또는 더 높은 입력 임피던스가 필요한 경우 사용자 정의 프리 앰프를 사용하십시오. 더 넓은 대역폭이 필요한 경우 50ohm 입력 임피던스로 전환합니다.

틈새 응용 분야를 다루는 고가의 특수 목적 오실로스코프가 있습니다.

실제로 광대역 입력의 경우 엄청나게 높습니다.

실제로 1 메가 옴의 임피던스 (전송 선로에서 볼 때 저항, 동축 케이블 러, 금판 및 도파관 배관공, RF 친구)의 임피던스를 갖는 실제적인 커넥터 나 케이블은 없으므로 입력이 완전히 일치하지 않습니다. 1 메가 옴 (전송 라인 임피던스) 입력에 걸쳐 15-45pf 커패시터는이를 잊어 버릴 수 있습니다.

1 메가 옴이되는 이유는 표준 10 : 1 프로브를 지원하기위한 것입니다. 높은 임피던스에서 높은 DC 오프셋으로 오디오 주파수 신호를 전달하는 회로의 종류를 과도하게 과부하 할 필요가 없습니다 (오디오 진공관 회로를 생각해보십시오. 바로 그 시대).

그러나 일단 RF 또는 빠른 디지털 회로를 다루면 스코프 입력의 병렬 커패시턴스 (프로브, 케이블, 커넥터로 인해 너무 작게 만들 수 없음)가 지배적이며 실제 입력 저항을 가져옵니다. 1 메가 헤르츠에 도달하면 5에서 10 킬로 옴까지의 입력, 10 메가 헤르츠에 도달하면 500에서 1000 옴까지. VHF에 도달 (힌트 : ACMOS 또는 F-TTL 회로는 VHF에서 클록하지 않더라도 VHF입니다.) 50Ω 입력을 사용하면 (이유 내에서) 긴 50Ω을 연결할 수 있으므로 일치하는 50Ω 입력을 사용하는 것이 좋습니다 더 큰 용량 성 부담 대신 회로 끝에 50 Ohm 입력을 유지하십시오.

일반적인 종류의 프로브 및 입력을 사용하면 RF 회로에 쉽게 과부하가 발생합니다. RF 최적화 오실로스코프에는 50 Ohm 입력 임피던스로 전환 할 수있는 입력이있는 경향이 있습니다 (오실로스코프 입력은 병렬 / 통과 터미네이터로 가능). 흥미롭게도 더 적합합니다. 이제 프로브 (예 : Z0 프로브 또는 활성 실제로 프로브 포인트에서 훨씬 더 높은 유효 입력 임피던스를 제공 할 수있는 FET 프로브) . 또는 기존 RG58 케이블을 사용하여 회로에 안정적인 50 Ohm 연결을 제공하십시오.