Frekvenční omezení osciloskopu

Omezení pásma

Osciloskopy, stejně jako multimetry, jsou nezbytnými nástroji pro porozumění obvodům. Avšak mají svá omezení. Aby bylo možné efektivně využívat osciloskop, je klíčové znát tato omezení a najít způsoby, jak jim čelit.

Klíčovou charakteristikou osciloskopu je jeho pásmo. Pásmo určuje, jak rychle může vzorkovat analogové signály. Co je to pásmo? Mnoho lidí si myslí, že je to maximální frekvence, kterou může osciloskop zpracovat. Ve skutečnosti je pásmo frekvence, kde amplituda signálu klesne o 3 dB, nebo 29,3 % pod skutečnou amplitudu.

Při maximální povolené frekvenci zobrazuje osciloskop 70,7 % skutečné amplitudy signálu. Například, pokud je skutečná amplituda 5 V, zobrazí ji osciloskop jako přibližně 3,5 V.

Osciloskopy s pásmem 1 GHz nebo nižším mají gaussovskou nebo nízkopropustnou frekvenční charakteristiku, která začíná na jednu třetinu -3 dB frekvence a postupně klesá při vyšších frekvencích.

Osciloskopy s specifikací vyšší než 1 GHz ukazují maximálně rovnou odezvu s ostrějším klesáním blízko -3 dB frekvence. Nejnižší frekvence osciloskopu, při které je vstupní signál zeslaben o 3 dB, je považována za pásmo osciloskopu. Osciloskop s maximálně rovnou odezvou může méně zeslabit signály uvnitř pásma a provádět přesnější měření uvnitř pásma.

Na druhou stranu osciloskop s gaussovskou odezvou zeslabuje signály mimo pásmo méně ve srovnání s osciloskopem s maximálně rovnou odezvou. To znamená, že takový osciloskop má rychlejší dobu stoupání ve srovnání s ostatními osciloskopy se stejnou specifikací pásma. Specifikace doby stoupání osciloskopu je úzce spojena s jeho pásmem.

Osciloskop s gaussovskou odezvou bude mít dobu stoupání přibližně 0,35/f BW na základě kritéria 10% až 90%. Osciloskop s maximálně rovnou odezvou bude mít dobu stoupání přibližně 0,4/f BW na základě ostrosti charakteristiky klesání frekvence.

Doba stoupání je nejrychlejší hranice, kterou může osciloskop zobrazit, pokud má vstupní signál nekonečně rychlou dobu stoupání. Měření této teoretické hodnoty je nemožné, takže je lepší vypočítat praktickou hodnotu.

Předběžné opatření pro přesné měření v osciloskopu

První věc, kterou musí uživatelé znát, je omezení pásma osciloskopu. Pásmo osciloskopu by mělo být dostatečně široké, aby mohlo akomodovat frekvence uvnitř signálu a správně zobrazit vlnovou formu.

Sonda používaná s osciloskopem hraje důležitou roli v výkonu zařízení. Pásmo osciloskopu i sondy by mělo být správně kombinováno. Použití nesprávné sondy může poškodit výkon celého testovacího zařízení.

Pro přesné měření frekvence a amplitudy by mělo být pásmo jak osciloskopu, tak sondy, která je k němu připojena, dostatečně vysoké nad signál, který chcete přesně zachytit. Například, pokud je požadovaná přesnost amplitudy ~1%, pak faktor berate osciloskopu je 0,1x, což znamená, že osciloskop 100 MHz může zachytit 10 MHz s chybou 1 % v amplitudě.

Je třeba zohlednit správné spouštění osciloskopu, aby výsledný pohled na vlnovou formu byl mnohem jasnější.

Uživatelé by měli být obeznámeni s přípojkami k zemi při provádění měření vysokých rychlostí. Drát přípojky vytváří indukci a kmitání v obvodu, což ovlivňuje měření.

Shrnutí celého článku je, že pro analogový osciloskop by mělo být pásmo alespoň třikrát vyšší než nejvyšší analogová frekvence systému. Pro digitální aplikace by mělo být pásmo alespoň pětkrát vyšší než nejrychlejší hodinový signál systému.