示波器的输入电阻和电容有什么作用？

我观看了有关如何使用示波器的YouTube视频，如何使用示波器。

它表示在示波器的每个输入端口上并联连接有16 pF的电容和一个1 Mohm的电阻。但是，我仍然不明白为什么里面有一个电容器和电阻器，以及这些东西的目的是什么。

为什么这些东西在输入端口上？他们在做什么？

如果示波器输入具有无限电阻和零电容，那将是非常好的，但是不幸的是这是不可能的。灵敏的输入放大器将始终具有少量的输入电容，并且放大器的输入将始终具有少量泄漏电流。别忘了示波器引线-它可能长一米，很容易引入10 pF。

一个1兆欧的电阻可能足以将泄漏电流转换为几毫伏的偏移，即足够小，以至于不会给出任何重要的错误测量值。因此，当将探头尖端和大地连接在一起时，在1 Mohm和1 nA泄漏的情况下，示波器的偏移变化为毫伏。还有一个噪声问题-如果不连接探头，并且在显示屏上看到100 mVp-p的纹波，您将不会被打动。

当不连接探头时，1 Mohm电阻器和（例如）15 pF电容器形成低通电路，随后具有约15 kHz的噪声带宽。假设您的示波器模拟通道的噪声可能为（例如）10 uV /$\sqrt{Hz}$，纹波约为1 mV RMS或约6 mVp-p（6 sigma计算）。分析起来比这要复杂得多，但是希望我的简单计算可以暗示，还有其他需要考虑的事情可能会给人一种印象，即当探头未连接到电路时，示波器的性能并不好。

此外，制造商之间需要通过所有范围进行标准化，这意味着1 Mohm通常被接受。

示波器的输入阻抗由于特殊原因而受到限制，以适应各种输入信号。通常，输入灵敏度（电压范围）限制为5-10V。在当今的电子产品中，它已经足够了，但是在过去，人们一直在研究具有100-200-600 V信号的真空管放大器。因此，必须有探头将信号衰减10X-100X。这是在所谓的“无源探头”中完成的，它们是分压器。

因此，要获得分压器，您需要具有有限的输入阻抗，因此1 Mohm是一个合理的值，并且对于10倍衰减，探头电阻必须大9 Mohm。为了方便用户，还有一根1米长的电缆。所有这些必需的元件都具有寄生电容，这在这篇不错的文章中也进行了介绍，以及其中的图片：

因此，9 Mohm：1 Mohm电阻器为DC信号提供了10：1的分压器。但是，对于AC信号，探头的寄生电容会导致阻抗实际上低于9 Mohm，必须对其进行补偿以对高频信号保持相同的衰减并保持AC信号的真实形状。并且应该在广泛的频率范围内进行。这是通过添加一些输入电容来完成的，因此分频器“与频率无关”。

实际上，此电容不是通用的，对于每个制造商甚至示波器型号都是单独的。结果，无源10X探头不能完全互换，并且其AC补偿可能会失败。我已经看到了各种示波器上的8 pF，10 pF和13 pF输入。

总而言之，示波器的输入阻抗值旨在适应频率补偿的1：10/1：100探头。

为了获得平衡的10：1简单分压器，请在探头中调整电缆电容以匹配低于标准75Ω同轴电缆的电缆电容，并可能使用100Ω（定制）同轴电缆，也许10 pF / ft（ 33 pF / ft）。

示波器前置放大器和同轴馈电的每种设计均具有不同的电容额定值，但标准电阻为1MΩ。因此，示波器探头和示波器必须通过前面板上的方波测试端口进行校准，以提供方波响应。在更好的探头中，还存在电感性和两级RC平衡。

但是，接地引线电感无法得到补偿，因此对于f> 10 MHz或上升时间<30 ns的测量，必须使用两个插针之间的尖端和针形来显着减小或消除接地带的长度。

我们的一位ADC设计师刚刚谈到了示波器前端设计，您应该在这里查看：

https://www.youtube.com/playlist?list=PLzHyxysSubUmxGOMVpiKLxouweh2AAlG1

它详细介绍了示波器的前端和ADC如何一起工作。

探头中的电阻和电容构成分压器的一个部分，示波器中的电阻以及电缆和示波器中的组合电容构成另一部分。使用方波源时，可调节可变电容器以在示波器上显示方波。探头中的电容太大时，您会在方波显示中看到过冲（尖锐的尖角）。如果电容太小，则会看到下冲（圆角）。该系统的目标是使示波器上的信号代表您正在探测的信号。当探头的RC时间常数与电缆+示波器的RC时间常数相同时，就会发生这种情况。

当然，如果要在高频下探测非常高的阻抗源，则可能会遇到麻烦。在这种情况下，您将需要某种隔离放大器来查看波形的真实表示。