オシロスコープの入力インピーダンスが非常に低いのはなぜですか？

私の質問は2つあります。

入力インピーダンスはどこから来ますか？

平均的なマルチメータまたはオシロスコープの入力インピーダンスはどこから来るのでしょうか？デバイスの入力段（アンプやADC入力段など）への入力インピーダンスだけですか、それとも実際の抵抗器のインピーダンスですか？それが実際の抵抗器のインピーダンスである場合、なぜ抵抗器があるのですか？なぜ入力回路だけではないのですか？

オシロスコープの入力インピーダンスをDMMで測定しました。スコープがオフになった場合には、DMMは約測定$1.2\mathrm{M\Omega}$。しかし、スコープがオンになったとき、DMMはかなり正確に測定された$1\mathrm{M\Omega}$（私も1Vテスト入力は、オシロスコープの画面上にDMMによって適用見ることができました！）。これは、スコープの入力インピーダンスに関与するアクティブ回路があることを示唆しています。これが当てはまる場合、入力インピーダンスをどのように正確に制御できますか？私の理解に基づいて、アクティブ回路への入力インピーダンスは、正確なトランジスタ特性にいくらか依存します。

なぜ入力インピーダンスをもっと高くできないのですか？

なぜ、オシロスコープの標準の入力インピーダンス$1\mathrm{M\Omega}$？なぜそれより高くできないのですか？FET入力段は、テラオームのオーダーの入力インピーダンスを達成できます！なぜそんなに低い入力インピーダンスを持っているのですか？

私は、正確な標準の一つの利点想定$1\mathrm{M\Omega}$それは10Xプローブと、等を可能とするだろうのみ作業範囲は、（FET入力段のような）不当に大きくなかった正確な入力インピーダンスを持っている場合。全体のスコープ測定で、プローブ自体の内部1分圧器：しかし、スコープは本当に高い入力インピーダンス（例えば、teraohms）を有していたとしても、あなたがまだわずか10を持っていることによって、10Xプローブを持つことができるように私には思える$1\mathrm{M\Omega}$プローブの内部抵抗。テラオームのオーダーの入力インピーダンスがあった場合、これは実行可能と思われます。

スコープの入力回路を誤解していますか？私が考えているよりも複雑ですか？これについてどう思いますか？

私がこれを考えた理由は、最近、スコープ入力インピーダンスよりもはるかに大きいエミッタ結合差動ペアのコモンモード入力インピーダンスを測定しようとしているため、入力インピーダンスがなぜできるのかと思いました大きくはなりません。

私はいくつかの要因の組み合わせを言うでしょう。

1. オシロスコープの入力ステージは難しい妥協案です。それらは広範囲のゲイン/減衰を持つ必要があり、ユーザーエラーに耐える必要があり、高帯域幅を渡す必要があります。非常に高いDC抵抗の要件を追加すると、問題がさらに複雑になります。特に、オシロスコープの入力レベル範囲の上限を処理するために必要な減衰器は、非常に高いDC抵抗が必要な場合、はるかに複雑/敏感になります。
2. それは事実上の標準であり、他の何かに変更すると既存のプローブなどとの非互換性につながります。
3. とにかく多くの利益はありません。

ポイント3をさらに説明すると、中程度の周波数（数キロヘルツ以上）では、スコープ入力の1メガオームのDC抵抗は、入力インピーダンス全体の支配的な要因ではありません。主な要因は容量であり、ケーブルがおそらく最大の貢献をしています。

（実際、UHF /マイクロ波周波数では、スコープの入力インピーダンスを50オームに下げるのが一般的であるため、ケーブルのインダクタンスが容量を相殺し、ケーブルが適切に整合した伝送ラインになります）

これが意味することは、高い入力インピーダンスが望ましい場合は、スコープよりもプローブの時点で対処する方がはるかに良いことです。一般的な使用におけるコスト/柔軟性/入力インピーダンスの典型的な妥協点は、x10パッシブプローブです。

本当に高いDC抵抗が必要な場合、解決策は、可能な限り測定点の近くに、できればスコープの前にFETベースのアンプを追加することです。

多くのことは、歴史と事実上の標準化のために彼らがそうである方法です。

汎用のオシロスコープ入力は、回路に負荷をかけないこと、高電圧による損傷を受けないこと、適度に低いノイズを持つこと、適切な帯域幅を維持することの間の難しい妥協点です。

15pF〜30pFと並列の1Mohmは、多くのアプリケーションで多くの人々を満足させます。メーカーが市場のごく一部に対応するために、異なる入力の汎用オシロスコープを作成するインセンティブはほとんどありません。

より良いノイズ、差動入力、またはより高い入力インピーダンスが必要な場合は、カスタムプリアンプを使用します。より広い帯域幅が必要な場合は、50オームの入力インピーダンスに切り替えます。

ニッチな用途に対応する高価格で作られた特別な目的のオシロスコープがあります。

実際、広帯域入力の場合、これはとてつもなく高くなります。

実際にインピーダンスが1メガオームの実際のインピーダンス（伝送線から見た場合、抵抗。ただし、同軸ケーブル、金メッキ、導波管配管の場合。RF男）の実用的なコネクタやケーブルはありません。 1メガオーム（伝送ラインインピーダンス）入力に15-45pfのコンデンサを接続すると、それは無視されます。

それが1メガオームである理由は、標準の10：1プローブをサポートするためです。これは、高インピーダンスおよび高DCオフセットでオーディオ周波数信号を伝送する種類の回路に過負荷をかける必要はありません（オーディオ真空管回路、ちょうどその時代）。

ただし、RFまたは高速デジタル回路を扱うと、スコープ入力の並列容量（プローブ、ケーブル、コネクタのために小さくしすぎることはできません）が支配的になり、実際の入力抵抗をもたらします1メガヘルツに達すると5〜10キロオーム、10メガヘルツに達すると500〜1000オームになります。VHF（ヒント：ACMOSまたはF-TTL回路は、VHFでクロックしなくてもVHFになります）に到達し、（理由内で）長い50オームを接続できるため、一致した50オーム入力を使用する方が良いでしょうさらに大きな容量性負荷の代わりに、回路端に50オームの入力があります。

従来の種類のプローブと入力を使用すると、RF回路に簡単に過負荷がかかります。RF最適化されたオシロスコープは、50オームの入力インピーダンスに切り替えることができる入力を持っている傾向があります（任意のオシロスコープ入力は、並列/スルーターミネータを使用できます）-興味深いことに、プローブを使用できるようになりましたFETプローブ）は、実際にプローブポイントではるかに高い有効入力インピーダンスを示すように作成できます。または、古いRG58ケーブルを使用して、回路への信頼できる50オーム接続を提供します。