Warum sind die Eingangsimpedanzen des Oszilloskops so niedrig?

Meine Frage ist zweifach:

Woher kommt die Eingangsimpedanz?

Ich frage mich, woher die Eingangsimpedanz Ihres durchschnittlichen Multimeters oder Oszilloskops kommt. Ist es nur die Eingangsimpedanz der Eingangsstufe des Geräts (z. B. eines Verstärkers oder einer ADC-Eingangsstufe), oder ist es die Impedanz eines tatsächlichen Widerstands? Wenn es die Impedanz eines tatsächlichen Widerstands ist, warum gibt es dann überhaupt einen Widerstand? Warum nicht einfach die Eingangsschaltung?

Ich habe die Eingangsimpedanz meines Oszilloskops mit einem DMM gemessen. Beim Ausschalten des Oszilloskops maß das DMM etwa . Beim Einschalten des Oszilloskops maß das DMM jedoch ziemlich genau (ich konnte sogar den vom DMM angewendeten 1-V-Test auf dem Bildschirm des Oszilloskops sehen!). Dies lässt darauf schließen, dass an der Eingangsimpedanz des Oszilloskops eine aktive Schaltung beteiligt ist. Wenn dies zutrifft, wie kann die Eingangsimpedanz so genau gesteuert werden? Nach meinem Verständnis hängt die Eingangsimpedanz für aktive Schaltungen etwas von den genauen Transistoreigenschaften ab.$1.2\mathrm{M\Omega}$$1\mathrm{M\Omega}$

Warum kann die Eingangsimpedanz nicht viel höher sein?

Warum ist die Eingangsimpedanz eines Oszilloskops ein Standard ? Warum kann es nicht höher sein? FET-Eingangsstufen können Eingangsimpedanzen in der Größenordnung von Teraohm erreichen! Warum ist die Eingangsimpedanz so niedrig?$1\mathrm{M\Omega}$

Ich nehme an, ein Vorteil eines präzisen Standard- $1\mathrm{M\Omega}$ besteht darin, dass es 10-fache Tastköpfe und dergleichen zulässt, was nur funktionieren würde, wenn das Oszilloskop eine präzise Eingangsimpedanz hätte, die nicht unangemessen groß wäre (wie die eines FET-Eingangs) Bühne). Selbst wenn das Oszilloskop eine sehr hohe Eingangsimpedanz hätte (z. B. Teraohm), könnte man meines Erachtens immer noch 10X-Sonden haben, wenn man nur einen 10: 1-Spannungsteiler im Inneren der Sonde hätte, wobei das Oszilloskop über eine $1\mathrm{M\Omega}$ misst \ mathrm {M \ Omega} Widerstand in der Sonde. Wenn es eine Eingangsimpedanz in der Größenordnung von Teraohm hätte, scheint dies machbar zu sein.

Verstehe ich die Eingangsschaltung eines Oszilloskops falsch? Ist es komplizierter als ich es mir vorstelle? Was denkst du darüber?

Der Grund, warum ich daran gedacht habe, ist, dass ich kürzlich versucht habe, die Gleichtakteingangsimpedanz eines emittergekoppelten Differentialpaars zu messen, das viel größer ist als die Eingangsimpedanz des Oszilloskops. Deshalb habe ich mich gefragt, warum die Eingangsimpedanz dies kann nicht größer sein.

Ich würde eine Kombination einiger Faktoren sagen.

1. Die Eingangsstufen eines Oszilloskops sind ein schwieriger Kompromiss. Sie müssen einen weiten Bereich von Verstärkungen / Dämpfungen aufweisen, sie müssen tolerant gegenüber Benutzerfehlern sein und sie müssen hohe Bandbreiten durchlassen. Das Hinzufügen einer Anforderung für einen sehr hohen Gleichstromwiderstand würde die Sache nur noch komplizierter machen. Insbesondere Dämpfungsglieder, die für das obere Ende des Eingangspegelbereichs des Oszilloskops benötigt werden, würden viel komplexer / empfindlicher, wenn sie einen sehr hohen Gleichstromwiderstand benötigen.
2. Es ist ein De-Facto-Standard, der Wechsel zu etwas anderem würde zu Inkompatibilitäten mit vorhandenen Sonden usw. führen.
3. Es würde sowieso nicht viel Nutzen bringen.

Zur weiteren Erläuterung von Punkt 3 ist bei moderaten Frequenzen (ab einigen Kilohertz) der 1-Megaohm-Gleichstromwiderstand des Oszilloskopeingangs nicht der dominierende Faktor für die gesamte Eingangsimpedanz. Der dominierende Faktor ist die Kapazität, wobei das Kabel wahrscheinlich den größten Beitrag leistet.

(Tatsächlich ist es bei UHF- / Mikrowellenfrequenzen üblich, die Eingangsimpedanz des Oszilloskops auf 50 Ohm zu reduzieren, damit die Induktivität im Kabel die Kapazität ausgleichen kann und das Kabel zu einer richtig angepassten Übertragungsleitung wird.)

Dies bedeutet, wenn hohe Eingangsimpedanzen erwünscht sind, ist es viel besser, diese beim Prüfen zu behandeln als beim Umfang. Der typische Kompromiss zwischen Kosten, Flexibilität und Eingangsimpedanz für den allgemeinen Gebrauch ist eine passive x10-Sonde.

Wenn Sie einen wirklich hohen Gleichstromwiderstand benötigen, sollten Sie einen FET-basierten Verstärker vor dem Oszilloskop anbringen, vorzugsweise so nah wie möglich am Messpunkt.

Viele Dinge sind aufgrund der Geschichte und der tatsächlichen Standardisierung so, wie sie sind .

Ein Allzweck-Oszilloskopeingang ist ein schwieriger Kompromiss zwischen dem Nichtladen der Schaltung, der Nichtbeschädigung durch Hochspannung, einem angemessen niedrigen Rauschen und der Aufrechterhaltung einer angemessenen Bandbreite.

1Mohm parallel zu 15pF bis 30pF befriedigt viele Menschen für viele Anwendungen. Hersteller haben wenig Anreiz, ein Universaloszilloskop mit einem anderen Eingang zu bauen, um winzige Teile des Marktes anzusprechen.

Wenn Sie ein besseres Rauschen oder einen differenziellen Eingang oder eine höhere Eingangsimpedanz benötigen, verwenden Sie einen benutzerdefinierten Vorverstärker. Wenn Sie eine größere Bandbreite benötigen, wechseln Sie zu einer Eingangsimpedanz von 50 Ohm.

Es gibt spezielle Oszilloskope, die zu hohen Preisen hergestellt werden und Nischenanwendungen adressieren.

Tatsächlich ist es für einen Breitbandeingang lächerlich hoch.

Es gibt keinen praktischen Stecker oder Kabel mit einer Impedanz (aus Sicht der Übertragungsleitung. Widerstand, aber für Koaxialkabel, Goldplatten und Wellenleiter. HF-Typen.) Von 1 Megaohm, so dass der Eingang völlig unpassend ist - noch schlimmer. Ein 15-45pf-Kondensator über einem 1-Megaohm-Eingang (Übertragungsleitungsimpedanz) würde nicht mit dem Vergessen übereinstimmen.

Der Grund dafür ist, dass 1 Megaohm für die Unterstützung von Standard 10: 1-Sonden verwendet wird. Sie müssen in der Tat die Art von Schaltung, die hochohmige Audiofrequenzsignale mit hohem Gleichspannungsoffset überträgt, nicht überlasten nur diese Ära).

Sobald Sie sich jedoch mit HF- oder schnellen digitalen Schaltkreisen befassen, dominiert die Parallelkapazität des Oszilloskop-Eingangs (die Sie aufgrund von Sonden, Kabeln, Anschlüssen nicht zu klein machen können) und bringt den tatsächlichen Eingangswiderstand von diesem Eingang bis zu 5 bis 10 Kiloohm, sobald Sie einen Megahertz erreichen, 500 bis 1000 Ohm, sobald Sie 10 Megahertz erreichen. Erreichen Sie VHF (Hinweis: ACMOS- oder F-TTL-Schaltkreise sind VHF-Geräte, auch wenn Sie sie nicht mit VHF takten), und Sie sind mit einem passenden 50-Ohm-Eingang besser dran, da Sie einen (in Grenzen) langen 50-Ohm-Anschluss anschließen könnten Kabel und haben immer noch einen 50 Ohm Eingang am Schaltkreisende, anstatt einer noch größeren kapazitiven Belastung.

Mit der herkömmlichen Art von Sonde und Eingang überlasten Sie HF-Schaltkreise leicht. HF-optimierte Oszilloskope verfügen in der Regel über Eingänge, die auf eine Eingangsimpedanz von 50 Ohm geschaltet werden können (jeder Oszilloskopeingang kann einen Parallel- / Durchgangskontakt haben) - was interessanterweise besser geeignet ist, da Sie jetzt Tastköpfe verwenden können (z. B. Z0-Tastköpfe oder aktive Tastköpfe) FET-Sonden), die tatsächlich so ausgelegt werden können, dass sie am Sondenpunkt viel höhere effektive Eingangsimpedanzen aufweisen. Oder stellen Sie mit jedem alten RG58-Kabel eine zuverlässige 50-Ohm-Verbindung zu Ihrer Schaltung her.