Điện dung đầu vào có ý nghĩa gì trên máy hiện sóng?


15

Máy hiện sóng của tôi được đánh giá: 1Mohm || 12pF. Đó là một máy hiện sóng 100 MHz. Tuy nhiên, tôi không nhận được điểm của điện dung. Nếu tôi đặt đầu dò của mình lên 10X (có thể chuyển đổi), thì nó sẽ chèn 9Mohm theo chuỗi. Bây giờ chúng tôi đã tạo bộ lọc RC với điểm ngắt -3dB là: ~ 1.473 kHz, tuy nhiên, tôi có băng thông cao hơn với đầu dò 10X và tôi chắc chắn không có giới hạn băng thông 1,4 kHz! Tôi đang thiếu gì?

Ngoài ra, tôi đã mô phỏng mạch trên một trình mô phỏng mạch. Không có điện trở đầu dò, nắp 10pF tiến hành 1A ở 100 MHz, sẽ là tải lớn so với trở kháng 1 Mohm.


Tôi không nản lòng với câu trả lời về vấn đề này, nhưng có một cuộc thảo luận tuyệt vời về vấn đề này trong Thiết kế kỹ thuật số tốc độ cao ( amazon.com/High-Speed-Digital-Design-Handbook/dp/0133957241/ .) Tôi sẽ đề nghị bạn đọc qua nó, nó cho bạn ý tưởng tốt hơn nhiều về ý nghĩa của băng thông phạm vi.
Kortuk

Câu trả lời:


16

Giống như hầu hết các mạch thực, đầu vào dao động có điện dung ký sinh. Cho dù bạn có tạo ra nó nhỏ như thế nào bởi thiết kế tốt, nó vẫn sẽ ảnh hưởng đến việc thu tín hiệu RF, ngoại trừ có thể là kết nối 50 xác định và suy hao trực tiếp ở đầu vào của phạm vi, trong trường hợp đó, với các số từ câu hỏi của bạn -

f-3dB= =12πRTôin, ScopeCTôin, Scope= =12π50Ω12pF= =256MHz

Hoặc thậm chí cao hơn, nếu chúng ta làm cho trở kháng đầu vào C của phạm vi, phạm vi nhỏ hơn.

Mặc dù vậy, thông thường, chúng tôi không muốn tải mạch đang được kiểm tra với kết nối 50 xác định vì hầu hết các mạch được kiểm tra sẽ có bất kỳ trở kháng nào ngoài 50 (giống như đầu ra của bộ tạo tín hiệu của bạn, bởi vì nó được thiết kế đặc biệt để phù hợp với trở kháng 50 Ω hệ thống). Vì vậy, những gì có thể được thực hiện với một điện dung không thể loại bỏ? Nó đã được chọn để sử dụng nó một cách thông minh trong sự kết hợp giữa đầu dò và phạm vi . Thật sự rất thông minh, rằng bất kỳ điện dung không xác định nào có thể gây ra bởi cáp đầu dò và những thứ khác trong kết nối của bạn đều có thể được bù giống như điện dung đầu vào của phạm vi và tất cả chúng đều không quan tâm đến hầu hết các trường hợp ứng dụng đo thực tế.

Đầu dò 1:10 có điện trở trong là 9 MΩ , song song, một tụ điện bên trong [1/9 * C , phạm vi ].

Nó có thể điều chỉnh được vì đầu dò không biết điện dung chính xác của phạm vi cụ thể mà nó được kết nối.

Với tụ điện trong đầu dò được điều chỉnh đúng, bạn không chỉ có một bộ chia điện trở cho phần DC của tín hiệu (9 MΩ ở đầu dò so với 1 MΩ trong phạm vi), mà còn có một bộ chia điện dung cho phần AC tần số cao hơn của tín hiệu (1,33 pF ở đầu dò so với 12 pF trong phạm vi, sử dụng các số của bạn) và tổ hợp hoạt động đẹp lên đến hoặc xa hơn, giả sử, 500 MHz.

Ngoài ra, bạn có được lợi thế khi chèn không phải 1 MΩ và 12 pF vào mạch của mình khi thăm dò, mà là 9 MΩ + 1 MΩ = 10 MΩ và [chuỗi tương đương với 12 pF và (12 pF / 9)] = 1,2 pF

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Liên kết đến nguồn của hình ảnh: Tại đây.

Những gì hình ảnh trong liên kết không hiển thị và những gì chúng ta đã bỏ qua cho đến nay là điện dung của cáp của đầu dò, điều này sẽ chỉ thêm vào điện dung ở đầu vào của phạm vi và cũng có thể được bù khi bật nắp biến trong đầu dò .

Sử dụng đầu dò 1:10, điện dung nhỏ của đầu dò nối tiếp với điện dung đầu vào lớn hơn của phạm vi. Tổng điện dung (xấp xỉ 1,2 pF) song song với điểm mạch của bạn mà bạn đang thăm dò. Kết nối phạm vi trực tiếp với mạch, ví dụ chỉ bằng cáp BNC thẳng, bạn thực sự đặt toàn bộ điện dung đầu vào của phạm vi song song với những gì bạn đang đo - có thể tải mạch của bạn đang được kiểm tra nhiều đến mức nó sẽ không hoạt động nữa Trong khi được đo. Tốt nhất, nó vẫn có thể hoạt động bằng cách nào đó, nhưng hình ảnh trên phạm vi của bạn sẽ hiển thị kết quả vượt xa các dạng sóng thực trong mạch của bạn đang được thử nghiệm.

Có thể xây dựng phạm vi với điện dung đầu vào nhỏ hơn nhiều - nhưng sau đó, sẽ không có cách nào bù điện dung cáp của đầu dò với một tụ điện biến nhỏ gần đầu dò. Rốt cuộc, 12 pF ở đầu vào của phạm vi đã được đặt ở đó nhằm mục đích , để làm cho phạm vi hoạt động tốt cùng với một đầu dò tốt.

Một lưu ý cuối cùng: Sử dụng đầu dò 1: 100, bạn tải mạch của mình thậm chí ít hơn. Khi không có đầu dò hoạt động với điện dung thực sự nhỏ ở đầu, có thể sử dụng đầu dò 1: 100 trong trường hợp thậm chí 1,2 pF sẽ tải quá nhiều trên mạch của bạn - miễn là tín hiệu đủ lớn để bạn vẫn nhìn thấy thứ gì đó sau độ suy giảm 1: 100 của đầu dò.


Vì vậy, các tụ điện là nối tiếp với đầu vào?
Thomas O

Có, nắp được nối tiếp với đầu vào giống như điện trở. Bạn có thể nói rằng ở đầu vào, hai điện trở chia điện áp DC và hai tụ chia phần AC (tần số lên đến rất cao). Hãy nhớ rằng một bộ chia điện trở (1/10) có điện trở lớn ở phần trên và một bộ chia điện dung (1/10) có nắp nhỏ ở trên.
cá ngựa vằn

1

Giả sử bạn đang kiểm tra tín hiệu 100 MHz qua mạch điều chỉnh song song cộng hưởng. 12 pF sẽ ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của phép đo, vì nó sẽ lớn so với điện dung trên cuộn dây và sẽ làm mất mạch.


Vâng ... tôi cho rằng đó là một điều tồi tệ, nhưng làm thế nào nó thậm chí có thể đo được ở 100 MHz với điện dung như vậy?
Thomas O

Đó là một ví dụ cực đoan, nhưng nó cho thấy tại sao điện dung lại quan trọng. Nó sẽ không gây ra vấn đề ở điểm trở kháng thấp.
Leon Heller

Được rồi, nhưng trình giả lập của tôi cho biết giới hạn 10pF rút ra 1 amp ở 100Vp-p. Phạm vi của tôi được đánh giá 250Vp-p. Điều này có nghĩa là, tần số cao hơn thực sự có thể làm hỏng nó (?) Nó có thể đo tới 5Vp-p, cho ± 20V, mặc dù nó có thể di chuyển các phân chia ± 16, vì vậy nó có thể đo tối đa 100V ... Tôi phải thiếu thứ gì? !
Thomas O

@Thomas - 1A đó sẽ đi đâu trong mô phỏng của bạn? Trong thế giới thực, nó sẽ chuyển sang đầu vào tương tự có trở kháng cao, không trực tiếp chạm đất.
Kevin Vermeer

2
Thủ thuật bí mật đặc biệt để tải cực thấp của mạch đang được thử nghiệm (khi bạn không có đầu dò FET hoạt động): Sử dụng đầu dò 1: 100. Chúng được thiết kế chủ yếu để thăm dò điện áp cao, nhưng chúng cũng rất tuyệt khi bạn muốn chèn điện dung thậm chí thấp hơn vào mạch của mình so với sử dụng đầu dò 1:10.
cá ngựa vằn
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.