Warum haben die meisten Testgeräte eine Spannungseingangsimpedanz von 10 MΩ?

Ich spreche nur für Geräte, die für Spannungsmessungen interessant sind.

Multimeter, Oszilloskope und herkömmliche Lock-In-Verstärker scheinen hauptsächlich Eingangsimpedanzen von 10 MΩ zu haben. Ich verstehe die Notwendigkeit einer hohen Eingangsimpedanz, um die Stromaufnahme zu stoppen und den Spannungsteilereffekt zu vermeiden. Warum entscheiden sich Hersteller in ihrem Design nicht für Eingangsimpedanzen höherer Bereiche?

Wäre ein 100-MΩ-Eingangsimpedanz-Multimeter für den Kunden nicht wertvoller?

100 MOhm werden gegenüber 10 MOhm keinen großen Vorteil haben. Und für noch höhere Werte werden Verstärker mit bipolaren Eingängen unbrauchbar. Wenn Leute eine wirklich hohe Eingangsimpedanz von TOhm benötigen, ist ohnehin eine spezielle Verkabelung und dergleichen erforderlich
Das Elektrometer Modell 640 von Keithley verwendet Schutzvorrichtungen und eine Saphirisolierung für einen Eingangswiderstand von mehr als 10^16 Ohm, der um weniger als 2 pF überbrückt wird. Nur zu deiner Information. (Ich habe ähnliches mit Würfeln und manuellem Drahtbonden erreicht.)
@tobalt Also meinst du, dass 10 MOhm nur eine angenehm gute Zahl ist?
@BlackPenguin ja genau. Er ist niedrig genug, dass er durch einen einfachen Widerstand eingestellt werden kann und nicht von Schwankungen des tatsächlichen Eingangsverstärkers abhängt.
@jonk sind diese 2 pF Eingangskapazität nicht ein absoluter Showstopper? Wenn Sie tatsächlich z. B. an einem 1e15-Ohm-Probe messen wollten, müssen Sie mit Stunden Einschwingzeit rechnen.
@tobalt schau dir das Datenblatt an. Es ist alles da. (Entschuldigung, ich habe keinen Verweis darauf eingefügt.)
Die meisten Oszilloskope haben tatsächlich 1 Megaohm, nicht 10. Nur wenn sie mit einer 10:1-Sonde verwendet werden, ergeben sie einen Eingangswiderstand von 10 Megaohm. Das machen auch nicht alle Scopes.
100 Megaohm würden mehr kosten und für die meisten Anwendungen keinen signifikanten Mehrwert darstellen. Ich habe selten Probleme damit, dass 10 Megaohm zu niedrig sind.
@KevinWhite Danke, ich habe mich gerade gefragt, warum alle Messgeräte und Oszilloskope 1 MOhm haben und in irgendeiner Weise minderwertig sind. (Nun, die meisten von ihnen sind minderwertig, aber nicht in Bezug auf die Eingangsimpedanz)
Ich bin mir nicht sicher, sprechen wir über Oszilloskope oder DMMs? Ein ziemlich verbreitetes (und altes) DMM wie das Keythley2000 hat eine Impedanz von >10 GΩ für die Bereiche 10/1/0,1 V.
Wird niemand darüber sprechen, wie die Eingangsimpedanz eines Multimeters als Strom-Shunt verwendet werden kann, um kleine Ströme zu messen? Das ist der wahre Grund, warum die Eingangsimpedanz immer ein „schöner“ Wert wie 10 M oder 1 M ist: Ein DMM im Spannungsmodus ist ein Nanoamperemeter

Antworten (4)

  • Denken Sie daran, dass der eigentliche ADC im Messgerät keine unendliche Eingangsimpedanz hat. Es wird etwas Strom auf der Spannungsteilerschaltung liefern oder senken. Das bedeutet, dass eine Erhöhung der Widerstandswerte des Spannungsteilers zu erhöhten Bias-Strom-Offsets führt, die die Genauigkeit beeinträchtigen.
  • Die Potentialteilerwiderstände sind schwieriger zu handhaben, da Leckagen über die Leiterplatte, Schaltkontakte, automatische Bereichswähler usw. schwieriger zu handhaben sind.
  • Standardisierung der Eingangsimpedanz. Benutzer erwarten jetzt 10 MΩ.
  • Es ist hoch genug für die meisten Anwendungen.
  • Ich weiß nicht, ob es ein Faktor ist, aber sie müssen sowohl an AC als auch an DC arbeiten.

Wäre ein 100-MΩ-Eingangsimpedanz-Multimeter für den Kunden nicht wertvoller?

Für manche vielleicht. Die erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Streufeldern könnte für andere ein Problem darstellen.

Die Frage ist, wie viel unendlich ist. Ich habe hier ein 8846A-Multimeter und dieses MM zieht weniger als 10 nA bei 10 V, also hat dieses Gerät vermutlich mehr als 10 GOhm Eingangswiderstand und es ist digital und hat sicherlich einen Analog-Digital-Wandler. Wie würden Sie das erklären?

Nachdem ich mit Testequipment mit 100 MΩ Eingangsimpedanz gearbeitet habe, kann ich sagen, dass es nicht nur Vorteile hat. Es erfordert eine viel sorgfältigere Handhabung als normale Voltmeter oder Oszilloskope. Wenn Sie beispielsweise ein Kabel mit der bloßen Hand berühren, wird es aufgeladen, was zu Spannungsoffsets führt, die mehrere zehn Sekunden oder sogar Minuten dauern, bis sie vollständig abgebaut sind. In vielen Fällen würden durch solche Effekte verursachte Fehler die erhöhte Präzision aufwiegen, die durch eine höhere Eingangsimpedanz erkauft wird.

Wie Neil_UK und Vladimir Cravero betont haben, ist die Eingangsimpedanz nicht (zumindest nicht die einzige) Ursache für ein solches Verhalten. Wie mir jetzt klar wurde, liegt ein weiterer Grund für diesen Effekt darin, dass ich einen Verstärker mit hoher Verstärkung verwendet habe, um sehr kleine Spannungsunterschiede zu messen. In dieser Situation kann das Berühren einer Leitung den Verstärker in die Sättigung treiben, die dann lange braucht, um sich zu erholen.

Ergänzend nehme ich oft eine Spannungsmessung zwischen zwei Punkten vor, die sich als schwebend herausstellen. Bei einer gewissen Eingangsleitfähigkeit ist dieser Zustand leicht zu erkennen: Die Spannung beginnt bei einem Wert ungleich Null und fällt dann gegen Null ab. Wenn der Eingangswiderstand viel höher wäre, würde ich stattdessen eine willkürliche konstante Spannung sehen, und das würde es viel schwieriger machen, herauszufinden, was los ist.
Bei einer zu hohen Eingangsimpedanz hätten Sie also eine zu hohe RC-Zeit für eine bequeme Messung?
Die Dauer von 10 Sekunden, bis sich die Messwerte stabilisiert haben, hängt von Ihrer Quellenimpedanz ab, nicht von der hohen Eingangsimpedanz des Messgeräts. Ohne die hohe Eingangsimpedanz des Messgeräts könnten Sie Ihre Quelle nicht einmal lesen.
Als noch größeres Problem gilt: Wenn ein Oszilloskop keinen Gleichstrom von der Sonde zieht, die Sonde und das Kabel jedoch eine gewisse parasitäre Kapazität aufweisen (unvermeidlich), kann sich eine intermittierende Sondenverbindung wie ein unvorhersehbares Sample-and-Hold verhalten.
Diese Antwort muss ungenau sein, in dem Sinne, dass einige Informationen fehlen. Ich weiß nicht, welche Verkabelung Sie verwenden, aber 100 MΩ x 10 nF = 1 s und 10 nF sind eine RIESIGE Streukapazität. Ich arbeite mit >10GΩ-Instrumenten, und obwohl ich die Eingänge sicherlich aufladen kann, dauert es einige Sekunden, bis sie sich entladen. Darüber hinaus erwarte ich, dass das Instrument auch einen gewissen Gleichstromvorspannungsstrom in/aus den Anschlüssen hat, der wahrscheinlich in nicht vernachlässigbarer Weise zum Laden/Entladen beiträgt.
Vladimir Cravero, Sie haben teilweise recht. Wenn ich jetzt so darüber nachdenke, liegt der Hauptgrund für so lange Zeitskalen darin, dass das Messgerät, von dem ich gesprochen habe, einen Verstärker mit hoher Verstärkung enthält. Es läuft in die Sättigung und benötigt dann lange Zeit, um wieder normal zu funktionieren.

Ideal wäre eine unendliche Eingangsimpedanz. „Hoch genug für die meisten Menschen“ erweist sich als kommerziell praktikabler.

Praktische Verstärker mit Eingangswiderständen von 1 MΩ und 10 MΩ mit angemessener Bandbreite lassen sich relativ einfach und kostengünstig herstellen, und diese erfüllen ein riesiges Marktsegment.

Wenn ein Benutzer eine höhere Eingangsimpedanz benötigt, ist es für diese wenigen Benutzer sinnvoller, einen benutzerdefinierten Eingangsverstärker zu verwenden, der für ihre spezielle Anwendung bestimmt ist. Wenn Sie beispielsweise Eingangsströme von fA messen möchten, dann wird die Ladungsspeicherung auf isolierenden Oberflächen und die kosmische Strahlenionisierung von Lufträumen bedeutsam. Sie möchten nicht mit der technischen Toleranz dieser Effekte in jedem 10-Dollar-Multimeter beginnen.

"Unendliche Eingangsimpedanz wäre ideal." Nein, würde es nicht. Das ist eine dieser Halbwahrheiten, die wir wirklich zu Ende bringen müssen. Eine unendliche Eingangsimpedanz bringt Ihnen eins und nur eines – dass Ihr Messgerät keinen Einfluss auf die zu testende Schaltung hat. Alles andere, was mit unendlicher Eingangsimpedanz einhergeht, ist ein Albtraum, der Messungen schwierig und fehleranfällig macht. Wenn ich tatsächlich ein Messgerät mit unendlicher Eingangsimpedanz herstellen könnte, wäre ich bereit zu wetten, dass Sie als Erstes eine kleine Last hinzufügen würden. Für deine geistige Gesundheit.
@J ... Ich denke, wenn andere Dinge gleich sind , wäre es "besser", wenn ein DMM mit 10 MOhm-Eingang nicht den Eingangsstrom ziehen würde, den es hat. Tatsächlich entlädt mein relativ billiges DMM ANENG AN8002 seinen Eingang im 200-mV-Bereich und sieht so nahezu unendlich aus, wie ich messen kann. Vermutlich hat es einen 10-MOhm-Reiheneingangswiderstand mit schaltbaren Shunts, um den Eingangsspannungsteiler zu erzeugen, und ohne Teilung sehe ich nur den Pufferverstärkereingang. Mit einer niedrigen Quellenimpedanz ist es einfach wunderbar, es reicht sogar automatisch bis zu 20 mV Vollausschlag mit rauschfreier Auflösung bis 10 uV.
Ich denke , "andere Dinge sind gleich" ist ein weiteres Kriterium, das uns aus dem Bereich der Realität herausführt . Ich meine, hier greife ich häufig zum „LoZ“-Modus meines Fluke, weil eine Messgerätimpedanz von 3 kOhm alle Störsignale übertönt, die ich nicht messen möchte . Und wenn wir über automatisierte Maschinen sprechen, sieht man häufig ADCs mit Eingangsimpedanzen von 10k, 5k oder sogar 1,5k. Es gibt kein „ideal“ – jede Anwendung hat andere Herausforderungen und andere Ziele, und absolute Genauigkeit ist nur eines dieser Ziele.
@J ... Wenn ich etwas nicht messen möchte, stelle ich meinem idealen Messgerät einen expliziten externen Filter oder Shunt in den Weg. Aus diesem Grund habe ich das Beispiel meines sehr "realm of reality" AN8002 gegeben, £ 12 bei BangBad, mit Versand! Bei einem DUT mit hoher Quellenimpedanz ist es überall.

Für die meisten Benutzer ist dies ein glücklicher Mittelweg, der eine zufriedenstellende Genauigkeit ermöglicht und gleichzeitig eine nachlässige Verwendung zulässt.

Zu niedrig und Ihre Signalquelle wird stärker belastet und verzerrt, als Sie tolerieren können. Zu hoch und Ihre Signalströme werden so stark reduziert, dass sie sich den Größenordnungen der Leckströme in den Isoliermaterialien nähern, aus denen alles besteht (und Verunreinigungen darauf). Signal-Rausch-Verhältnis in gewisser Weise. Der saubere, gut definierte Signalstrom in Ihren Leiterbahnen beginnt sich mit den Leckströmen zu vermischen, die in diese Leiterbahnen aus der Umgebung hinein und aus diesen herausfließen.

Danke, der zu detektierende Strom, der dem Leckstrom nahe kommt, macht für mich Sinn!
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