Pourquoi les impédances d'entrée de l'oscilloscope sont-elles si faibles?

Ma question est double:

D'où vient l'impédance d'entrée?

Je me demande d'où vient l'impédance d'entrée de votre multimètre ou oscilloscope moyen? S'agit-il uniquement de l'impédance d'entrée de l'étage d'entrée de l'appareil (comme un amplificateur ou un étage d'entrée ADC), ou s'agit-il de l'impédance d'une résistance réelle ? Si c'est l'impédance d'une résistance réelle, alors pourquoi y a-t-il une résistance? Pourquoi pas seulement les circuits d'entrée?

J'ai mesuré l'impédance d'entrée de mon oscilloscope avec un multimètre numérique. Lorsque l'étendue a été désactivée, le multimètre numérique mesurait environ . Cependant, lorsque l' oscilloscope était allumé, le DMM mesurait à peu près exactement (je pouvais même voir l'entrée de test 1V appliquée par le DMM sur l'écran de l'oscilloscope!). Cela me suggère qu'il existe des circuits actifs impliqués dans l'impédance d'entrée de l'oscilloscope. Si cela est vrai, comment l'impédance d'entrée peut-elle être contrôlée avec autant de précision? D'après ma compréhension, l'impédance d'entrée des circuits actifs dépendra quelque peu des caractéristiques exactes du transistor.$1.2\mathrm{M\Omega}$$1\mathrm{M\Omega}$

Pourquoi l'impédance d'entrée ne peut-elle pas être beaucoup plus élevée?

Pourquoi l'impédance d'entrée d'un oscilloscope est-elle un standard ? Pourquoi ne peut-il pas être plus élevé que cela? Les étages d'entrée FET peuvent atteindre des impédances d'entrée de l'ordre des téraohms! Pourquoi une impédance d'entrée aussi faible?$1\mathrm{M\Omega}$

Je suppose qu'un avantage d'un standard est qu'il permet des sondes 10X et similaires, ce qui ne fonctionnerait que si la portée avait une impédance d'entrée précise qui n'était pas déraisonnablement grande (comme celle d'une entrée FET étape). Cependant, même si l'oscilloscope avait une impédance d'entrée vraiment élevée (par exemple, téraohms), il me semble que vous pourriez toujours avoir des sondes 10X simplement en ayant un diviseur de tension 10: 1 à l'intérieur de la sonde elle-même, l'oscilloscope mesurant sur un Résistance à l'intérieur de la sonde. S'il avait une impédance d'entrée de l'ordre des téraohms, cela semblerait faisable.$1\mathrm{M\Omega}$$1\mathrm{M\Omega}$

Suis-je en train de mal comprendre le circuit d'entrée d'un oscilloscope? Est-ce plus compliqué que je ne le prétends? Que pensez-vous de ceci?

La raison pour laquelle j'ai pensé à cela est que j'ai récemment essayé de mesurer l'impédance d'entrée en mode commun d'une paire différentielle couplée à un émetteur, qui est beaucoup plus grande que l'impédance d'entrée de l'oscilloscope, donc je me suis demandé pourquoi l'impédance d'entrée peut pas plus gros.

Je dirais une combinaison de quelques facteurs.

1. Les étapes d'entrée d'un osciloscope sont un compromis difficile. Ils doivent avoir un large éventail de gains / d'atténuations, ils doivent être tolérants aux erreurs des utilisateurs et ils doivent passer des bandes passantes élevées. L'ajout d'une exigence pour une résistance CC très élevée ne ferait que compliquer encore les choses. En particulier, les atténuateurs nécessaires pour gérer l'extrémité supérieure de la plage de niveau d'entrée des oscilloscopes deviendraient beaucoup plus complexes / sensibles s'ils devaient avoir une résistance CC très élevée.
2. C'est une norme de facto, passer à autre chose entraînerait des incompatibilités avec les sondes existantes, etc.
3. De toute façon, il n'y aurait pas beaucoup d'avantages.

Pour expliquer davantage le point 3, à des fréquences modérées (de quelques kilohertz vers le haut), la résistance CC de 1 mégohm de l'entrée de l'oscilloscope n'est pas le facteur dominant de l'impédance d'entrée globale. Le facteur dominant est la capacité, le câble apportant probablement la plus grande contribution.

(en fait, aux fréquences UHF / micro-ondes, il est courant de réduire l'impédance d'entrée de l'oscilloscope à 50 ohms, de sorte que l'inductance dans le câble peut équilibrer la capacité et le câble devient une ligne de transmission correctement adaptée)

Cela signifie que si des impédances d'entrée élevées sont souhaitables, il est préférable de traiter cela au point de sondage plutôt qu'à la portée. Le compromis typique de coût / flexibilité / impédance d'entrée pour une utilisation générale est une sonde passive x10.

Si vous avez besoin d'une résistance CC vraiment élevée, la solution consiste à ajouter un amplificateur à base de FET devant l'oscilloscope, de préférence le plus près possible du point de mesure.

Beaucoup de choses sont comme elles sont à cause de l'histoire et de la standardisation de fait .

Une entrée d'oscilloscope à usage général est un compromis difficile entre ne pas charger le circuit, ne pas être endommagé par une haute tension, avoir un bruit raisonnablement faible et être capable de maintenir une bande passante décente.

1Mohm en parallèle avec 15pF à 30pF satisfait beaucoup de gens pour beaucoup d'applications. Les fabricants sont peu incités à construire un oscilloscope à usage général avec une entrée différente, pour répondre à de minuscules parties du marché.

Lorsque vous avez besoin d'un meilleur bruit, d'une entrée différentielle ou d'une impédance d'entrée plus élevée, vous utilisez un préamplificateur personnalisé. Lorsque vous avez besoin d'une bande passante plus large, vous passez à une impédance d'entrée de 50 ohms.

Il existe des oscilloscopes à usage spécial fabriqués à des prix élevés qui répondent à des applications de niche.

En fait, il est ridiculement élevé pour une entrée large bande.

Il n'y a pas de connecteur ou de câble pratique qui a réellement une impédance (du point de vue de la ligne de transmission. Résistance, mais pour les câbles coaxiaux, les plaqueurs d'or et les plombiers de guides d'ondes. Mecs RF.) De 1 mégohms, laissant l'entrée totalement incohérente - encore pire, un condensateur de 15 à 45pf sur une entrée de 1 mégohm (impédance de ligne de transmission) le ferait disparaître.

La raison pour laquelle il est de 1 mégohm est pour prendre en charge les sondes standard 10: 1, dont vous avez en effet besoin pour ne pas surcharger le type de circuit transportant des signaux de fréquence audio à haute impédance et avec un décalage CC élevé (pensez aux circuits de tubes à vide audio, les conceptions des sondes sont de juste cette époque).

Cependant, une fois que vous avez affaire à des circuits RF ou numériques rapides, la capacité parallèle de l'entrée de l'oscilloscope (que vous ne pouvez pas faire trop petite, encore une fois à cause des sondes, des câbles, des connecteurs) dominera ... et apportera la résistance d'entrée réelle de cette entrée jusqu'à 5 à 10 kiloohms une fois que vous atteignez un mégahertz, 500 à 1000 ohms une fois que vous atteignez 10 mégahertz. Atteignez la VHF (indice: les circuits ACMOS ou F-TTL sont des trucs VHF même si vous ne les synchronisez pas en VHF) et vous feriez mieux avec une entrée de 50 Ohm adaptée, puisque vous pouvez connecter une (dans des limites raisonnables) longue 50 Ohm câble et ont toujours une entrée de 50 Ohms à l'extrémité du circuit, au lieu d'une charge capacitive encore plus grande.

Avec le type conventionnel de sonde et d'entrée, vous surchargerez facilement les circuits RF. Les oscilloscopes optimisés RF ont tendance à avoir des entrées pouvant être commutées sur une impédance d'entrée de 50 Ohms (toute entrée d'oscilloscope peut, avec une terminaison parallèle / traversante) - ce qui est, ce qui est intéressant, mieux adapté, car vous pouvez maintenant utiliser des sondes (par exemple des sondes Z0 ou actives Sondes FET) qui peuvent réellement être faites pour présenter des impédances d'entrée efficaces beaucoup plus élevées au point de sonde. Ou fournissez simplement une connexion fiable de 50 Ohms à votre circuit avec n'importe quel vieux câble RG58.