Passive Hochgeschwindigkeitssonde - Widerspruch zwischen Autoren oder unterschiedliche Sichtweisen?

In einem Dokument von Hiscocks et al. beschreibt einige Grundlagen der Oszilloskop-Sonden-Theorie. Das Dokument ist sehr verständlich und scheint kohärent. Beachten Sie insbesondere, dass der Bösewicht für ihn die Parallelkapazität des Koaxialkabels und des Oszilloskops ist, die durch Hinzufügen einer Kapazität parallel zur Spitze der Sonde ausgeglichen werden sollte (die Kapazität der Spitze wird also erhöht).

Dann kommt d. Smith mit seiner Methode zum Bau einer passiven 1-GHz-Sonde. Zunächst ist nicht ganz klar, warum er seine Sonde mit einem Widerstand von 50 Ohm abschließt: Reicht es nicht aus, um Reflexionen zu vermeiden, eine Seite der Sonde (dh die Seite des Oszilloskops) mit einem Widerstand von 50 Ohm abzuschließen? Ich gehe davon aus, dass dies die Reflexionen noch mehr töten soll. So lass es sein. Merkwürdig für mich ist jedoch, dass er weder die Kapazität des Kabels noch die Kapazität des Oszilloskops berücksichtigt. Insbesondere für ihn ist das Tier, das getötet werden muss, die Spitzenkapazität (also erhöht er sich)die Parallelkapazität des Kabels), die genaue Umkehrung dessen, was Hiscoks im obigen Dokument sagt. Wenn dieser Mann ein Neuling wäre, würde ich sagen, dass er nicht versteht, warum seine Sonde funktioniert, und dass er tatsächlich die Kapazität der Spitze mit seiner Kupferfolie erhöht. Aber hey! Dieser Mann ist ein Guru von Sonden, der mehrere Artikel in verschiedenen Zeitschriften veröffentlicht hat.

Und jetzt das Beste vom Besten, The Art of Electronics , 12.2 p. 808: Passive Hochgeschwindigkeitssonde? sehr einfach:

... und machen Sie es sich selbst, indem Sie einen Vorwiderstand (wir mögen 950 Ohm) an eine dünne Länge von 50 Ohm Koax anschließen (wir mögen RG-178); Löten Sie den Koaxialschirm vorübergehend an eine nahegelegene Erdung, stecken Sie das andere Ende in das Oszilloskop (eingestellt auf einen 50-Ohm-Eingang) und in voila - eine Hochgeschwindigkeits-20-fach-Sonde !.

Nach meinem Verständnis ist der 950-Ohm-Widerstand mit der charakteristischen 50-Ohm-Impedanz des Kabels ein 1: 20-Widerstandsteiler (bisher in Ordnung), aber wie sieht es mit der Sondenkompensation usw. aus? äh!

Kann mir jemand sagen was los ist?

Bei 100 MHz und langsameren Sonden ist die Wellenlänge der fraglichen Signale lang genug, damit das Kabel nicht wirklich wie eine Übertragungsleitung wirkt und die Sondenspitze die Eingangsimpedanz des Oszilloskops praktisch direkt "sieht". Außerdem stimmen die Impedanz der Sonde und die Eingangsimpedanz des Oszilloskops nicht mit der charakteristischen Impedanz des Kabels überein. In diesem Fall ist die Kapazität wirklich die Hauptsache, die gesteuert und kompensiert werden muss. Dies ist in der Veröffentlichung von Hiscocks et al. dokumentieren.

Bei hohen Frequenzen wirkt das Kabel wie eine Übertragungsleitung und die Sondenspitze erkennt die Eingangsimpedanz des Oszilloskops nicht direkt. Stattdessen erkennt die Sondenspitze die charakteristische Impedanz des Kabels. Normalerweise werden für Hochfrequenzsonden Standard-HF-Entwurfstechniken mit 50 Ohm verwendet. Alles wird nur auf 50 Ohm abgestimmt - sowohl der Scope-Eingang als auch die Sondenspitze.

Was den Unterschied zwischen d. Schmied und Kunst der Elektronik, sie versuchen im Grunde mehr oder weniger dasselbe zu tun. d. Smith fügt einen parallelen Widerstand zur Masse hinzu, um eine Seite eines Spannungsteilers zu bilden und eine ~ 40: 1-Sonde zu erzeugen. Dieser 50-Ohm-Widerstand erscheint parallel zum 50-Ohm-Kabel für einen entsprechenden 25-Ohm-Widerstand. Dieser bildet dann mit dem 976 Ohm Vorwiderstand einen Spannungsteiler. Anscheinend ist die Spitzenkapazität seiner Sonde so hoch, dass eine zusätzliche Kompensation erforderlich war, um einen flachen Frequenzgang zu erzielen. Beachten Sie, dass dieser Widerstand als Abschlusswiderstand nicht unbedingt erforderlich ist - vorausgesetzt, das andere Ende der Leitung (am Zielfernrohr) ist ordnungsgemäß mit 50 Ohm abgeschlossen, dann sollten keine Reflexionen auf dem Kabel auftreten, die reflektieren könnten eine Impedanzfehlanpassung am Sondenkopf.

Die Kunst des Elektronikdesigns tut dasselbe, verwendet jedoch nur die charakteristische Impedanz des Kabels als eine Seite des Spannungsteilers. In Kombination mit einem 950-Ohm-Vorwiderstand ergibt sich eine 20: 1-Sonde. Dies funktioniert wahrscheinlich 'gut genug' bis zu einigermaßen hohen Frequenzen ohne zusätzliche Kompensation, wenn der richtige Widerstand verwendet wird, aber ich gehe davon aus, dass Sie etwas besser abschneiden könnten, wenn Sie einen Kondensator mit der richtigen Größe zwischen dem 950-Ohm-Widerstand und dem Koaxialkabel an die Erde anschließen . Die Dämpfung der Kunst des Elektronikdesigns ist ebenfalls geringer als die der d. Schmiedekonstruktion, die wahrscheinlich die Kapazitätsfehlanpassung weniger problematisch macht. Im Allgemeinen denke ich, dass die Kunst des Elektronikdesigns eigentlich eine schnelle und schmutzige Technik sein soll, die für das Debuggen gut genug funktioniert, aber verbessert werden könnte, wenn mehr Genauigkeit erforderlich ist.

In der Tat ist das Hiscocks-Dokument ziemlich klar: 9 M Reihenwiderstand in der Sonde, 1 M Erdung im Bereich. Fügen Sie Kondensatoren parallel hinzu, damit das Verhältnis von 10: 1 für hohe Frequenzen beibehalten wird. Das alles macht Sinn.

Eine gute 10: 1-Sonde, die so hergestellt wurde, kann meiner Meinung nach eine Bandbreite von bis zu 300 MHz erreichen.

Die anderen Lösungen versuchen ein höheres BW (Bandbreite) zu erreichen. Dann ist die erste Einschränkung, die wir beseitigen müssen (im Vergleich zur Standard 10: 1-Sonde), das Sondenkabel. Das für 10: 1-Sonden verwendete Kabel ist der begrenzende Faktor für das BW. Wir benötigen ein Kabel mit hohem BW und diese haben fast immer eine charakteristische Impedanz von 50 Ohm, wie das RG-178. Um in der Lage zu nutzen , dass die BW dass Länge des Kabels muss beendet werden beide mit 50 Ohm Seiten. Das macht das Kabel zu einer Übertragungsleitung .

Sowohl D. Smith als auch die Arts of Electronics verwenden diese Übertragungsleitung als Grundlage. Beachten Sie, dass sich der 50-Ohm-Abschlusswiderstand normalerweise im Oszilloskop befindet (Sie müssen eine Einstellung am Oszilloskop ändern). Wenn dies nicht der Fall ist, müssen Sie die 50-Ohm-Werte auf irgendeine Weise selbst hinzufügen.

Zum Ankoppeln an diese 50-Ohm-Übertragungsleitung verwenden beide einen Widerstand mit einem optionalen Kondensator. Die Künste der Elektronik sind anscheinend bereits mit dem BW, das sie erhalten, glücklich. Beachten Sie, wie sie hauptsächlich über diese digitalen Signale sprechen , die eine schöne Form haben!

Da sich die Übertragungsleitung wie eine 50-Ohm-Impedanz ohne große Kapazität verhält, würden Sie auch nicht die gesamte Kapazität des RG-178 am Eingang "sehen". Sie benötigen also nur eine sehr kleine Kapazität über dem 950-Ohm-Widerstand, um eine ordnungsgemäße Frequenzkompensation zu erzielen.

Eine Sondenkompensation ist erforderlich, wenn Sie ein Oszilloskop mit einer Impedanz von 1 Megaohm haben

Wenn Umfang und Impedanz des Kabels übereinstimmen, gibt es nichts zu kompensieren. Das Kabel ist eine Übertragungsleitung und die Induktivität des Kabels hebt die Wirkung seiner Kapazität auf.

Der Grund, warum die meisten Oszilloskope keine 50-Ohm-Sonden haben, besteht darin, dass der zu messende Stromkreis erheblich belastet wird und dass Vorsicht geboten ist, um nicht nur durch Anschließen der Sonde einen unerwünschten Betrieb zu verursachen. Mit einer hochohmigen Sonde können Sie den Stromkreis mit weniger Störungen untersuchen.

Smith schließt beide Enden seines Koaxialkabels ab. Ich bin nicht sicher, was er davon hat, und muss dann die Kapazität seiner Terminierung ausgleichen. Ich bin nicht sicher, ob er irgendetwas gewinnt.

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