Почему входные сопротивления осциллографа такие низкие?

У меня вопрос двоякий:

Откуда берется входной импеданс?

Мне интересно, откуда приходит входное сопротивление вашего среднего мультиметра или осциллографа? Это просто входной импеданс на входной каскад устройства (например, входной каскад усилителя или АЦП) или импеданс фактического резистора? Если это полное сопротивление фактического резистора, то почему вообще существует резистор? Почему не только входная схема?

Я измерил входное сопротивление моего осциллографа с помощью цифрового мультиметра. Когда объем был выключен, цифровой мультиметр измеряется приблизительно $1.2\mathrm{M\Omega}$ . Однако, когда прицел был включен, цифровой мультиметр измерял в точности $1\mathrm{M\Omega}$ (я даже мог видеть тестовый вход 1 В, подаваемый цифровым мультиметром на экран осциллографа!). Это говорит мне о том, что во входном импедансе прицела задействованы активные схемы. Если это правда, как можно так точно контролировать входное сопротивление? Насколько я понимаю, входной импеданс активной цепи будет зависеть от точных характеристик транзистора.

Почему входное сопротивление не может быть намного выше?

Почему входное сопротивление осциллографа стандартный $1\mathrm{M\Omega}$ ? Почему оно не может быть выше этого? Входные каскады FET могут достигать входных сопротивлений порядка тераомов! Почему такой низкий входной импеданс?

Полагаю, одно преимущество точного стандарта $1\mathrm{M\Omega}$ состоит в том, что он позволяет использовать 10-кратные пробники и тому подобное, что сработало бы, только если бы прицел имел точный входной импеданс, который был неоправданно большим (например, у входного каскада FET). Однако, даже если у прицела был действительно высокий входной импеданс (например, тераом), мне кажется, что вы все равно могли бы иметь 10-кратные пробники, просто имея делитель напряжения 10: 1 внутри самого пробника, при этом прицел измерял через $1\mathrm{M\Omega}$ резистор внутри зонда. Если бы он имел входной импеданс порядка тераомов, это казалось бы возможным.

Я неправильно понимаю схему входа области? Это сложнее, чем я представляю? Что вы думаете об этом?

Я подумал об этом потому, что недавно пытался измерить синфазный входной импеданс дифференциальной пары с эмиттерной связью, который намного больше, чем входной импеданс области, поэтому мне стало интересно, почему входной импеданс может не будет больше.

Я бы сказал, сочетание нескольких факторов.

1. Входные каскады осциллографа являются сложным компромиссом. У них должен быть широкий диапазон усиления / ослабления, они должны быть терпимы к ошибкам пользователя и должны пропускать большие полосы пропускания. Добавление требования об очень высоком сопротивлении постоянному току еще более усложнит ситуацию. В частности, аттенюаторы, необходимые для работы с верхним пределом диапазона входного уровня областей, стали бы намного более сложными / чувствительными, если бы им требовалось очень высокое сопротивление постоянному току.
2. Это стандарт де-факто, переход на что-то другое может привести к несовместимости с существующими датчиками и т. Д.
3. В любом случае, не будет большой пользы.

Для дальнейшего объяснения пункта 3, на умеренных частотах (от нескольких килогерц и выше) сопротивление в 1 МОм на входе прицела не является доминирующим фактором в общем входном импедансе. Доминирующим фактором является емкость, при этом кабель, вероятно, вносит наибольший вклад.

(на самом деле на частотах УВЧ / СВЧ обычно снижают входной импеданс прицела до 50 Ом, поэтому индуктивность в кабеле может уравновесить емкость, и кабель становится правильно подобранной линией передачи)

Это означает, что если желательны высокие входные сопротивления, то гораздо лучше иметь дело с этим в точке исследования, чем в области. Типичным компромиссом стоимости / гибкости / входного сопротивления для общего использования является пассивный пробник x10.

Если вам нужно действительно высокое сопротивление постоянному току, тогда решение заключается в том, чтобы добавить усилитель на основе FET перед прицелом, желательно как можно ближе к точке измерения.

Многое из того, что есть, благодаря истории и фактической стандартизации.

Вход осциллографа общего назначения представляет собой сложный компромисс между отсутствием нагрузки на цепь, отсутствием повреждений при высоком напряжении, низким уровнем шума и способностью поддерживать приемлемую полосу пропускания.

1Mohm параллельно с 15pF до 30pF удовлетворяет множество людей для многих приложений. У производителей нет особого стимула для создания осциллографа общего назначения с другим входом для решения крошечных частей рынка.

Когда вам нужен лучший шум, или дифференциальный вход, или более высокий входной импеданс, тогда вы используете собственный предварительный усилитель. Когда вам нужна более широкая полоса пропускания, вы переключаетесь на входное сопротивление 50 Ом.

Существуют осциллографы специального назначения, изготовленные по высоким ценам, предназначенные для нишевых приложений.

На самом деле, это невероятно высоко для широкополосного входа.

Не существует практического разъема или кабеля, который на самом деле имеет полное сопротивление (с точки зрения линии передачи. Сопротивление, но для коаксиальных кабельных проводников, золотых пластин и волноводных сантехников. Чувак RF.) 1 мегаом, оставляя входной сигнал совершенно не соответствующим - еще хуже, конденсатор 15-45 пФ на входе 1 мегаом (импеданс линии передачи) не смог бы его забыть.

Причина в том, что он равен 1 мегаом, для поддержки стандартных датчиков 10: 1, которые вам действительно не нужны, чтобы не перегружать схему, несущую сигналы звуковой частоты с высоким импедансом и с высоким смещением постоянного тока (представьте, что схемы звуковых вакуумных трубок разработаны просто та эпоха).

Однако, как только вы работаете с высокочастотной или высокоскоростной цифровой схемой, параллельная емкость входа прицела (которую вы не можете сделать слишком маленькой, опять же из-за пробников, кабелей, разъемов) будет доминировать ... и принесет фактическое входное сопротивление от этого входа до 5-10 кОм при достижении одного мегагерца, от 500 до 1000 кОм при достижении 10 мегагерца. Достигните VHF (подсказка: схемы ACMOS или F-TTL - это VHF, даже если вы не синхронизируете их на VHF), и вам лучше использовать согласованный вход 50 Ом, так как вы можете подключить (в пределах разумного) длинный 50 Ом кабель и до сих пор имеют 50-омный вход на конце цепи, вместо еще большей емкостной нагрузки.

С обычным типом пробника и входа вы легко перегрузите радиочастотную схему. РЧ-оптимизированные осциллографы, как правило, имеют входы, которые можно переключать на входное сопротивление 50 Ом (любой вход осциллографа может иметь параллельный / сквозной терминатор), что, что интересно, подходит ЛУЧШЕ, поскольку теперь вы можете использовать пробники (например, пробники Z0 или активные FET-зонды), которые на самом деле могут быть сделаны для представления гораздо более высоких эффективных входных сопротивлений в точке зонда. Или просто обеспечьте надежное 50-омное подключение к вашей цепи с помощью любого старого кабеля RG58.