¿Qué significa la capacitancia de entrada en un osciloscopio?

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Mi osciloscopio está clasificado: 1Mohm || 12pF. Es un osciloscopio de 100 MHz. Sin embargo, no entiendo el punto de la capacitancia. Si configuro mi sonda en 10X (es conmutable), entonces inserta 9Mohm en serie. Ahora hemos creado un filtro RC con un punto de ruptura de -3dB de: ~ 1.473 kHz y, sin embargo, obtengo un mayor ancho de banda con sondas 10X y ciertamente no obtengo un limitador de ancho de banda de 1.4 kHz. ¿Qué me estoy perdiendo?

Además, estaba simulando el circuito en un simulador de circuito. Sin resistencia de sonda, una tapa de 10pF conduce 1A a 100 MHz, lo que sería una carga masiva en comparación con la impedancia de 1 Mohm.

Thomas O
fuente
No estoy desalentando las respuestas sobre esto, pero hay una excelente discusión sobre esto en el Diseño Digital de Alta Velocidad ( amazon.com/High-Speed-Digital-Design-Handbook/dp/0133957241/… ). Te sugiero que lo leas, te da una idea mucho mejor de lo que significa también el ancho de banda del alcance.
Kortuk

Respuestas:

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Como casi todos los circuitos reales, las entradas de osciloscopio tienen una capacitancia parásita. No importa cuán pequeño lo haya hecho con un buen diseño, todavía afectaría la adquisición de la señal de RF, excepto tal vez por una conexión definida de 50 Ω y atenuación directamente en la entrada del osciloscopio, en cuyo caso, con los números de su pregunta:

F-3resi=12πRyonorte, sCopagmiCyonorte, sCopagmi=12π50Ω12pagF=256METROHz

O incluso más, si queremos hacer que la impedancia de entrada C del alcance de, el alcance más pequeño.

Por lo general, sin embargo, no queremos cargar el circuito bajo prueba con una conexión definida de 50 Ω porque la mayoría de los circuitos bajo prueba tendrán una impedancia de menos de 50 Ω (como lo haría la salida de su generador de señal, porque está específicamente diseñado para igualar la impedancia Sistemas de 50 Ω). Entonces, ¿qué se puede hacer con una capacitancia que no se puede eliminar? Fue elegido para usarlo de manera inteligente en la combinación de sonda y alcance . Tan inteligente, en realidad, que cualquier capacitancia desconocida que pueda ser causada por cables de sonda y otras cosas en su conexión puede compensarse al igual que la capacitancia de entrada del osciloscopio, y todos se vuelven descuidados para la mayoría de los casos de aplicaciones prácticas de medición.

La sonda 1:10 tiene una resistencia interna de 9 MΩ y , en paralelo, un condensador interno de [1/9 * C in, alcance ].

Es ajustable porque la sonda no conoce la capacitancia exacta del alcance particular al que está conectada.

Con el condensador en la sonda correctamente ajustado, no solo tiene un divisor resistivo para la parte de CC de la señal (9 MΩ en la sonda frente a 1 MΩ en el osciloscopio), sino también un divisor capacitivo para la parte de CA de frecuencia más alta de la señal (1.33 pF en la sonda frente a 12 pF en el alcance, usando sus números), y la combinación funciona de maravilla hasta, o más, 500 MHz.

Además, tiene la ventaja de insertar no 1 MΩ y 12 pF en su circuito al sondear, sino 9 MΩ + 1 MΩ = 10 MΩ y [el equivalente en serie de 12 pF y (12 pF / 9)] = 1.2 pF

ingrese la descripción de la imagen aquí

Enlace a la fuente de la imagen: Aquí.

Lo que la imagen en el enlace no muestra y lo que hemos descuidado hasta ahora es la capacitancia del cable de la sonda, esto solo se sumaría a la capacitancia en la entrada del osciloscopio y también se puede compensar al girar la tapa variable en la sonda .

Usando una sonda 1:10, la pequeña capacitancia de la sonda está en serie con la capacitancia de entrada más grande del osciloscopio. La capacitancia total (aprox. 1.2 pF) está en paralelo al punto de su circuito que está sondeando. Al conectar el osciloscopio directamente al circuito, por ejemplo, con solo un cable BNC recto, está poniendo toda la capacitancia de entrada del osciloscopio en paralelo con lo que está midiendo, tal vez cargando su circuito bajo prueba tanto que ya no funcionará. mientras se mide En el mejor de los casos, podría funcionar de alguna manera, pero la imagen en su alcance mostrará resultados muy alejados de las formas de onda reales en su circuito bajo prueba.

Sería posible construir ámbitos con una capacitancia de entrada mucho más pequeña, pero entonces, no habría forma de compensar la capacitancia del cable de la sonda con un pequeño condensador variable cerca de la punta de la sonda. Después de todo, los 12 pF en la entrada del osciloscopio se han colocado allí a propósito , para que el osciloscopio funcione bien junto con una buena sonda.

Una última nota: Usando sondas 1: 100, carga su circuito aún menos. En ausencia de una sonda activa con una capacitancia realmente pequeña en la punta, se puede usar una sonda 1: 100 en casos donde incluso 1.2 pF sería una carga excesiva en su circuito, siempre que la señal sea lo suficientemente grande como para que todavía vea algo después La atenuación 1: 100 de la sonda.

zebonaut
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¿Entonces el condensador está en serie con la entrada?
Thomas O
Sí, la tapa está en serie con la entrada al igual que la resistencia. Se podría decir que en la entrada, las dos resistencias dividen el voltaje de CC y los dos condensadores dividen la parte de CA (hasta frecuencias muy altas). Recuerde que un divisor resistivo (1/10) tiene la gran resistencia en la parte superior, y un divisor capacitivo (1/10) tiene la pequeña tapa en la parte superior.
zebonaut
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Suponga que está verificando una señal de 100 MHz a través de un circuito sintonizado paralelo resonante. El 12 pF afectaría considerablemente la precisión de la medición, ya que sería grande en comparación con la capacitancia a través de la bobina y desintonizaría el circuito.

Leon Heller
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Sí ... supongo que es algo malo, pero ¿cómo puede incluso medir a 100 MHz con tal capacitancia?
Thomas O
Es un ejemplo extremo, pero muestra por qué la capacitancia es importante. No causaría un problema en un punto de baja impedancia.
Leon Heller
De acuerdo, pero mi simulador dice que una tapa de 10pF consume ± 1 amperio a 100Vp-p. Mi alcance tiene una clasificación de 250Vp-p. ¿Significa esto que una frecuencia más alta en realidad podría dañarlo? !
Thomas O
@Thomas - ¿A dónde va ese 1A en tu simulación? En el mundo real, va a una entrada analógica de alta impedancia, no directamente a tierra.
Kevin Vermeer
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Truco secreto especial para una carga extremadamente baja del circuito bajo prueba (cuando no tiene una sonda FET activa): Use una sonda 1: 100. Están diseñados principalmente para sondeos de alto voltaje, pero también son excelentes cuando desea insertar una capacitancia aún más baja en su circuito que con una sonda 1:10.
zebonaut