Perché le impedenze di ingresso dell'oscilloscopio sono così basse?

La mia domanda è duplice:

Da dove viene l'impedenza di ingresso?

Mi chiedo da dove viene l'impedenza di ingresso del tuo multimetro o oscilloscopio medio? È solo l'impedenza di ingresso allo stadio di ingresso del dispositivo (come un amplificatore o uno stadio di ingresso ADC) o è l'impedenza di un resistore reale ? Se è l'impedenza di un resistore reale, allora perché esiste un resistore? Perché non solo i circuiti di ingresso?

Ho misurato l'impedenza di ingresso del mio oscilloscopio con un DMM. Quando l'oscilloscopio era spento, il DMM misurava circa . Tuttavia, quando l'oscilloscopio è stato acceso, il DMM ha misurato praticamente esattamente (ho anche potuto vedere l'ingresso di test 1V applicato dal DMM sullo schermo dell'oscilloscopio!). Questo mi suggerisce che ci sono circuiti attivi coinvolti nell'impedenza di ingresso dell'oscilloscopio. Se questo è vero, come può l'impedenza di ingresso essere controllata in modo così preciso? In base alla mia comprensione, l'impedenza di ingresso ai circuiti attivi dipenderà in qualche modo dalle esatte caratteristiche del transistor.$1.2\mathrm{M\Omega}$$1\mathrm{M\Omega}$

Perché l'impedenza di ingresso non può essere molto più elevata?

Perché l'impedenza di ingresso di un oscilloscopio è uno standard ? Perché non può essere più alto di così? Gli stadi di ingresso FET possono raggiungere impedenze di ingresso nell'ordine dei teraohm! Perché un'impedenza di ingresso così bassa?$1\mathrm{M\Omega}$

Suppongo che uno dei vantaggi di un preciso standard sia che consenta 10 sonde e simili, che funzionerebbe solo se l'oscilloscopio avesse un'impedenza di input precisa che non era irragionevolmente grande (come quella di un input FET palcoscenico). Tuttavia, anche se l'oscilloscopio aveva un'impedenza di ingresso molto elevata (ad esempio, teraohms), mi sembra che potresti avere ancora 10 sonde semplicemente avendo un divisore di tensione 10: 1 all'interno della sonda stessa, con l'oscilloscopio che misura attraverso un Resistenza all'interno della sonda. Se avesse un'impedenza di ingresso nell'ordine dei teraohm, questo sembrerebbe fattibile.$1\mathrm{M\Omega}$$1\mathrm{M\Omega}$

Sto fraintendendo i circuiti di ingresso di un ambito? È più complicato di quello che sto immaginando di essere? Cosa ne pensi di questo?

Il motivo per cui ho pensato a questo è che di recente ho provato a misurare l'impedenza di ingresso in modo comune di una coppia differenziale accoppiata all'emettitore, che è molto più grande dell'impedenza di ingresso dell'oscilloscopio, quindi mi sono chiesto perché l'impedenza di ingresso può essere più grande.

Direi una combinazione di alcuni fattori.

1. Le fasi di input di un osciloscopio sono un compromesso difficile. Devono avere una vasta gamma di guadagni / attenuazioni, devono essere tolleranti agli errori dell'utente e devono passare larghezze di banda elevate. L'aggiunta di un requisito per una resistenza DC molto elevata complicherebbe ulteriormente le cose. In particolare, gli attenuatori necessari per gestire il limite superiore dell'intervallo del livello di ingresso degli ambiti diventerebbero molto più complessi / sensibili se avessero bisogno di una resistenza DC molto elevata.
2. È uno standard di fatto, il passaggio a qualcos'altro comporterebbe incompatibilità con le sonde esistenti ecc.
3. Non ci sarebbero comunque molti benefici.

Per spiegare ulteriormente il punto 3, a frequenze moderate (da qualche chilohertz verso l'alto) la resistenza CC da 1 megohm dell'ingresso dell'oscilloscopio non è il fattore dominante nell'impedenza di ingresso complessiva. Il fattore dominante è la capacità, con il cavo che dà probabilmente il maggior contributo.

(infatti alle frequenze UHF / microonde è comune ridurre l'impedenza di ingresso dell'oscilloscopio a 50 ohm, quindi l'induttanza nel cavo può bilanciare la capacità e il cavo diventa una linea di trasmissione adeguatamente abbinata)

Ciò significa che se sono desiderabili elevate impedenze di ingresso, allora è molto meglio affrontarlo al momento del sondaggio rispetto all'ambito. Il tipico compromesso tra costo / flessibilità / impedenza di ingresso per uso generale è una sonda passiva x10.

Se è necessaria una resistenza CC davvero elevata, la soluzione è aggiungere un amplificatore basato su FET davanti all'oscilloscopio, preferibilmente il più vicino possibile al punto di misurazione.

Molte cose sono come sono a causa della storia e della standardizzazione di fatto .

Un ingresso per oscilloscopio per uso generico è un compromesso difficile tra il mancato caricamento del circuito, il non danneggiamento dell'alta tensione, il rumore ragionevolmente basso e la capacità di mantenere una larghezza di banda decente.

1Mohm in parallelo con 15pF a 30pF soddisfa molte persone per molte applicazioni. I produttori hanno poco incentivo a costruire un oscilloscopio per scopi generici con un input diverso, per rivolgersi a minuscole parti del mercato.

Quando hai bisogno di un rumore migliore, o di un ingresso differenziale o di un'impedenza di ingresso superiore, allora usi un preamplificatore personalizzato. Quando è necessaria una larghezza di banda più ampia, si passa a un'impedenza di ingresso di 50 ohm.

Esistono oscilloscopi per scopi speciali realizzati a prezzi elevati per applicazioni di nicchia.

In realtà, è ridicolmente alto per un input a banda larga.

Non esiste alcun connettore o cavo pratico che abbia effettivamente un'impedenza (dal punto di vista della linea di trasmissione. Resistenza, ma per cablaggi coassiali, platine dorate e idraulici a guida d'onda. Tizi RF.) Di 1 megaohm, lasciando l'ingresso completamente non corrispondente - anche peggio, un condensatore da 15-45pf attraverso un ingresso da 1 megaohm (impedenza della linea di trasmissione) non corrisponderebbe all'oblio.

Il motivo per cui è 1 megaohm è per il supporto di sonde standard 10: 1, che in effetti non è necessario sovraccaricare il tipo di circuito che trasporta segnali di frequenza audio ad alta impedenza e con elevato offset CC (si pensi ai circuiti del tubo del vuoto audio, i design della sonda provengono da proprio quell'era).

Tuttavia, una volta che hai a che fare con RF o circuiti digitali veloci, la capacità parallela dell'ingresso dell'oscilloscopio (che non puoi rendere troppo piccolo, di nuovo a causa di sonde, cavi, connettori) dominerà ... e porterà l'effettiva resistenza di ingresso di quell'ingresso fino a 5-10 kiloohms una volta raggiunto un megahertz, da 500 a 1000 ohm una volta raggiunto 10 megahertz. Raggiungi VHF (suggerimento: i circuiti ACMOS o F-TTL sono roba VHF anche se non lo sincronizzi su VHF) e saresti meglio con un ingresso da 50 Ohm abbinato, dal momento che potresti collegare un (o ragione) lungo 50 Ohm cavo e hanno ancora un ingresso di 50 Ohm sull'estremità del circuito, invece di un carico capacitivo ancora più grande.

Con il tipo convenzionale di sonda e ingresso, sovraccaricherai facilmente i circuiti RF. Gli oscilloscopi RF ottimizzati tendono ad avere ingressi che possono essere commutati su un'impedenza di ingresso di 50 Ohm (qualsiasi ingresso dell'oscilloscopio può, con un terminatore parallelo / passante) - che è, interessante, MEGLIO adatto, poiché ora è possibile utilizzare sonde (ad esempio sonde Z0 o attive Sonde FET) che possono effettivamente essere fatte per presentare impedenze di ingresso effettive molto più elevate nel punto della sonda. O semplicemente fornire una connessione affidabile da 50 Ohm al circuito con qualsiasi vecchio cavo RG58.