O que significa capacitância de entrada em um osciloscópio?

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Meu osciloscópio está classificado como: 1Mohm || 12pF. É um osciloscópio de 100 MHz. No entanto, eu não entendo o ponto da capacitância. Se eu definir minha sonda em 10X (é comutável), ela inserirá 9Mohm em série. Agora, criamos um filtro RC com -3dB de ponto de interrupção de: ~ 1.473 kHz e, no entanto, eu ganho uma largura de banda maior com sondas de 10X e certamente não recebo um limitador de largura de banda de 1,4 kHz! o que estou perdendo?

Além disso, eu estava simulando o circuito em um simulador de circuito. Sem resistência da sonda, uma tampa de 10pF conduz 1A a 100 MHz, o que seria uma carga massiva em comparação com a impedância de 1 Mohm.

Thomas O
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Não estou desencorajando respostas sobre isso, mas há uma excelente discussão sobre isso em Design digital de alta velocidade ( amazon.com/High-Speed-Digital-Design-Handbook/dp/0133957241/… ). Eu sugeriria que você o lesse, ele fornece uma idéia muito melhor do que a largura de banda do escopo também significa.
Kortuk

Respostas:

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Como praticamente todos os circuitos reais, as entradas do osciloscópio têm uma capacitância parasitária. Não importa quão pequeno você tenha feito com um bom design, ele ainda afetará a aquisição do sinal de RF, exceto talvez uma conexão e atenuação definidas de 50 directly diretamente na entrada do osciloscópio; nesse caso, com os números da sua pergunta -

f-3dB=12πREun, scopeCEun, scope=12π50.Ω12pF=256MHz

Ou ainda mais, se reduzirmos a impedância de entrada C do escopo, menor.

Normalmente, porém, não queremos carregar o circuito em teste com uma conexão definida de 50 because, porque a maioria dos circuitos em teste terá impedância além de 50 Ω (como a saída do gerador de sinal teria, porque foi projetada especificamente para a correspondência de impedâncias) Sistemas de 50)). Então, o que pode ser feito com uma capacitância que não pode ser eliminada? Foi escolhido para usá-lo de maneira inteligente na combinação sonda e escopo . Tão inteligente, na verdade, que qualquer capacitância desconhecida que possa ser causada por cabos de sonda e outras coisas em sua conexão possa ser compensada como a capacitância de entrada do osciloscópio, e todas elas se tornam indiferentes à maioria dos casos de aplicações práticas de medição.

A sonda 1:10 possui um resistor interno de 9 MΩ e , paralelamente, um capacitor interno de [1/9 * C in, scope ].

É ajustável porque a sonda não conhece a capacitância exata do escopo específico ao qual está conectada.

Com o capacitor na sonda ajustado corretamente, você tem não apenas um divisor resistivo para a parte CC do sinal (9 MΩ na sonda vs. 1 MΩ no osciloscópio), mas também um divisor capacitivo para a parte CA de maior frequência do sinal (1,33 pF na sonda vs. 12 pF no escopo, usando seus números), e a combinação funciona muito bem até ou além, por exemplo, 500 MHz.

Além disso, você obtém a vantagem de inserir não 1 MΩ e 12 pF em seu circuito ao sondar, mas 9 MΩ + 1 MΩ = 10 MΩ e [o equivalente em série de 12 pF e (12 pF / 9)] = 1,2 pF

insira a descrição da imagem aqui

Link para a fonte da imagem: Aqui.

O que a imagem no link não mostra e o que negligenciamos até agora é a capacitância do cabo da sonda, isso apenas aumentaria a capacitância na entrada do osciloscópio e também pode ser compensado ao girar a tampa variável na sonda .

Usando uma sonda 1:10, a pequena capacitância da sonda está em série com a maior capacitância de entrada do osciloscópio. A capacitância total (aprox. 1,2 pF) é paralela ao ponto do seu circuito que você está investigando. Conectando o osciloscópio diretamente ao circuito, por exemplo, com apenas um cabo BNC reto, você está colocando toda a capacitância de entrada do osciloscópio em paralelo com o que está medindo - talvez carregando seu circuito sob teste tanto que ele não funcione mais enquanto está sendo medido. Na melhor das hipóteses, ainda pode funcionar de alguma forma, mas a imagem no seu escopo mostrará resultados muito distantes das formas de onda reais em seu circuito em teste.

Seria possível construir escopos com uma capacitância de entrada muito menor - mas não haveria como compensar a capacitância do cabo da sonda com um pequeno capacitor variável próximo à ponta da sonda. Afinal, os 12 pF na entrada do osciloscópio foram colocados ali de propósito , para fazer com que o osciloscópio funcionasse bem em conjunto com uma boa sonda.

Uma última observação: usando sondas de 1: 100, você carrega seu circuito ainda menos. Na falta de uma sonda ativa com uma capacitância muito pequena na ponta, uma sonda 1: 100 pode ser usada nos casos em que até 1,2 pF seria muita carga em seu circuito - desde que o sinal seja grande o suficiente para que você ainda veja algo depois atenuação de 1: 100 da sonda.

zebonauta
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Então o capacitor está em série com a entrada?
Thomas O
Sim, a tampa está em série com a entrada exatamente como o resistor. Você poderia dizer que, na entrada, os dois resistores dividem a tensão CC e os dois capacitores dividem a parte CA (frequências até altas). Lembre-se de que um divisor resistivo (1/10) possui grande resistência na parte superior e um divisor capacitivo (1/10) possui a pequena tampa na parte superior.
Zebonaut
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Suponha que você estivesse verificando um sinal de 100 MHz através de um circuito sintonizado paralelo ressonante. O 12 pF afetaria consideravelmente a precisão da medição, pois seria grande em comparação com a capacitância através da bobina e detune o circuito.

Leon Heller
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Sim ... acho que é uma coisa ruim, mas como é que ele pode medir a 100 MHz com essa capacitância?
Thomas O
É um exemplo extremo, mas mostra por que a capacitância é importante. Não causaria um problema em um ponto de baixa impedância.
Leon Heller
Ok, mas meu simulador diz que uma tampa de 10pF consome ± 1 amp a 100Vp-p. Meu escopo é classificado como 250Vp-p. Isso significa que uma frequência mais alta pode danificá-lo (?) Ele pode medir até 5Vp-p, fornecendo ± 20V, embora possa mover ± 16 divisões, para medir 100V no máximo ... Devo estar perdendo alguma coisa? !
Thomas O
@ Thomas - Para onde está indo o 1A na sua simulação? No mundo real, ele vai para uma entrada analógica de alta impedância, não diretamente para o terra.
9137 Kevin Vermeer
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Truque secreto especial para carregamento extremamente baixo do circuito em teste (quando você não possui uma sonda FET ativa): Use uma sonda 1: 100. Eles são projetados principalmente para sondagem de alta tensão, mas também são ótimos quando você deseja inserir uma capacitância ainda mais baixa em seu circuito do que usaria uma sonda 1:10.
Zebonaut