Почему согласование 50 Ом приводит к меньшему шуму, чем согласование 1 МОм в показаниях осциллографа?

Первое, что нужно учитывать, это шум Джонсона резистора, который нельзя устранить. Чем выше сопротивление, тем больше шум. Уменьшение полосы пропускания также уменьшит шум Джонсона. Так что, если у вашего осциллографа есть настройки полосы пропускания, и если вам не нужна большая полоса пропускания для вашего сигнала, вы можете получить более точные результаты, используя режимы с уменьшенной полосой пропускания.

Второе, что следует учитывать, — это шум, который влияет на осциллограф, особенно если он передается через проводку пробника через магнитное поле. Изменяющееся во времени магнитное поле индуцирует ток в зонде. Нагрузочное сопротивление внутри осциллографа преобразует этот ток в напряжение. Если согласующий резистор равен 50 Ом, это приведет к гораздо меньшему напряжению, чем если бы он был 1 МОм.

Как правило, оконечная нагрузка с более низким импедансом более устойчива к шуму. Это очень важная концепция, когда вы сталкиваетесь с ситуациями, когда требуется помехоустойчивость. Обычно любой путь передачи шума будет иметь некоторое последовательное сопротивление или ограничение основной мощности просто по своей природе. Таким образом, чем ниже ваше оконечное сопротивление, тем ниже напряжение из-за шумовой связи. Иногда конденсатор емкостью 20 пФ на цифровом входе может сделать разницу между хлипким и совершенно ненадежным куском хлама и надежным продуктом.

Часто, если мне нужно подключить осциллограф к шунтирующему резистору, я использую функцию согласования 50 Ом осциллографа. Это значительно снижает шум, а поскольку сопротивление шунта намного меньше 50 Ом (для шунтов, с которыми я имею дело), ​​можно не беспокоиться о чрезмерном токе, протекающем в осциллограф, даже если ток шунта может быть высоким.

Это изображение было официально передано в общественное достояние его создателем (не мной). Получено здесь: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f6/JohnsonNoiseEquivalentCircuits.svg )

Потому что для создания такого же шумового напряжения на 50 Ом требуется намного больше наведенного шумового тока по сравнению с 1 МОм. Компромисс в том, что им сложнее управлять.

Кирпич и лист бумаги: какой из них более устойчив к помехам и нежелательному движению на ветру? Что легче переместить, когда вы действительно хотите это переместить? Вы не можете иметь это в обоих направлениях. Та же идея.

Потому что шум Джонсона-Найквиста . Резисторы создают тепловой шум, мощность которого пропорциональна абсолютной температуре. В этом случае резистор с более высоким номиналом будет генерировать большее шумовое напряжение , при этом напряжение будет пропорционально$\sqrt{R}$.

Настройка O-scope в качестве$1\mathrm{M}\Omega$инструмент дает вам шум от этого$1\mathrm{M}\Omega$резистор; если вы измеряете какой-то узел со сверхнизким импедансом, например, в источнике питания, вы не получаете абсолютно никакой точности от высокого импеданса. Таким образом, вы измеряете в$50\Omega$, и получить меньше шума.

Вам не нужно использовать 50 Ом, большее значение также будет иметь меньше шума. Возьмем sqrt (500 МГц) = 22,360 и разделим 74 мкВ на это значение.

Входной шум прицела составляет порядка 3,3 нановольт, в то время как резистор на 50 Ом имеет точечный шум около 0,9 нВ, поэтому мы могли бы увеличить согласующую нагрузку почти в 10 раз всего за 3 дБ. То есть, согласование 500 Ом на этом осциллографе Keysight будет около 100 мкВ шума.

Ключевой вопрос заключается в том, что такое точечный шум инструмента. Оно составляет 3,3 нВ в режиме 50 Ом и около 11 нВ в режиме 1 Мэг, что эквивалентно 7,8 кОм. Мы никогда не сможем опуститься ниже этих точечных значений, даже если мы используем закороченный вход. (Игнорируя текущий шум на данный момент. Я немного удивлен, что прицел, подобный указанному устройству, может иметь такие тихие входы. Может быть, он идет с ценой в 50 тысяч.)