Limitació de freqüència d'un oscil·loscopi

Límit de banda

Els oscil·loscopis, com els multimetres, són eines essencials per entendre els circuits. No obstant això, tenen limitacions. Per utilitzar un oscil·loscopi de manera efectiva, és crucial conèixer aquestes limitacions i trobar formes de resoldre-les.

Una característica clau d'un oscil·loscopi és la seva banda. La banda determina quan ràpidament pot mostrejar senyals analògics. Què és la banda? Molts creuen que és la freqüència màxima que un oscil·loscopi pot gestionar. En realitat, la banda és la freqüència on l'amplitud del senyal disminueix en 3dB, o el 29,3% per sota de la seva amplitud real.

A la freqüència màxima especificada, l'oscil·loscopi mostra el 70,7% de l'amplitud real del senyal. Per exemple, si l'amplitud real és de 5V, l'oscil·loscopi la mostrarà com uns 3,5V.

Els oscil·loscopis amb una banda de 1 GHz o menys tenen una resposta de freqüència gaussiana o de passa baix, que comença a un terç de la freqüència -3 dB i disminueix gradualment a freqüències més altes.

Els oscil·loscopis amb una especificació superior a 1 GHz mostren una resposta màximament plana amb una caiguda més pronunciada propera a la freqüència -3 dB. La freqüència més baixa de l'oscil·loscopi a la qual el senyal d'entrada es redueix en 3 dB es considera la banda de l'oscil·loscopi. L'oscil·loscopi amb una resposta màximament plana pot atenuar els senyals in-band de manera menor comparativament amb l'oscil·loscopi amb resposta gaussiana i realitzar mesures més precises sobre els senyals in-band.

D'altra banda, l'oscil·loscopi amb resposta gaussiana atenua els senyals out-of-band de manera menor comparativament amb l'oscil·loscopi amb resposta màximament plana. Això significa que aquest oscil·loscopi té un temps de pujada més ràpid comparativament amb altres oscil·loscopis amb la mateixa especificació de banda. L'especificació del temps de pujada d'un oscil·loscopi està molt relacionada amb la seva banda.

Un oscil·loscopi de tipus de resposta gaussiana tindrà un temps de pujada d'aproximadament 0,35/f BW basat en un criteri del 10% al 90%. Un oscil·loscopi de tipus de resposta màximament plana tindrà un temps de pujada d'aproximadament 0,4/f BW basat en la nitidesa de la característica de caiguda de freqüència.

El temps de pujada és la velocitat d'aresta més ràpida que un oscil·loscopi pot mostrar si el senyal d'entrada té un temps de pujada infinitament ràpid. Mesurar aquest valor teòric és impossible, per tant, és millor calcular un valor pràctic.

Precaucions requerides per a mesuraments precisos en l'oscil·loscopi

La cosa més important que els usuaris han de saber és la limitació de banda de l'oscil·loscopi. La banda de l'oscil·loscopi hauria de ser prou ampla per acomodar les freqüències dins del senyal i mostrar la forma d'ona correctament.

La sonda utilitzada amb l'oscil·loscopi juga un paper important en el rendiment de l'equip. La banda de l'oscil·loscopi, així com la sonda, haurien de combinar-se de manera adequada. Utilitzar una sonda d'oscil·loscopi inadequada pot deteriorar el rendiment de tot l'equip de prova.

Per mesurar la freqüència i l'amplitud amb precisió, la banda de l'oscil·loscopi i la sonda connectada a aquest han de ser bastant superiors al senyal que vols capturar de manera precisa. Per exemple, si la precisió requerida de l'amplitud és d'aproximadament el 1%, llavors el factor de correcció de l'oscil·loscopi ha de ser de 0,1x, és a dir, un oscil·loscopi de 100 MHz pot capturar 10 MHz amb un error del 1% en l'amplitud.

Cal tenir en compte la triggernació correcta de l'oscil·loscopi perquè la vista resultant de la forma d'ona sigui més clara.

Els usuaris han de ser conscients de les pinces de terra mentre fan mesuraments de alta velocitat. El fil de la pinta produeix inductància i resonància en el circuit, que afecten les mesures.

El resum de tot l'article és que per a un oscil·loscopi analògic, la banda de l'oscil·loscopi ha de ser, com a mínim, tres vegades més gran que la freqüència analògica més alta del sistema. Per a les aplicacions digitals, la banda de l'oscil·loscopi ha de ser, com a mínim, cinc vegades més gran que la freqüència de rellotge més ràpida del sistema.