Frekvensbegrænsning af et oscilloskop

Båndbreddegrænse

Oscilloskoper, ligesom multimeter, er afgørende værktøjer for at forstå kredsløb. De har dog begrænsninger. For at bruge et oscilloskop effektivt, er det afgørende at kende disse begrænsninger og finde måder at håndtere dem på.

En vigtig egenskab ved et oscilloskop er dets båndbredde. Båndbredde bestemmer hvor hurtigt det kan prøve analoge signaler. Hvad er båndbredde? Mange tror, det er den maksimale frekvens, som en scope kan håndtere. Faktisk er båndbredde den frekvens, hvor et signals amplitude falder med 3dB, eller 29,3% under den sande amplitude.

Ved den maksimalt godkendte frekvens viser oscilloskopet 70,7% af signalets faktiske amplitude. For eksempel, hvis den faktiske amplitude er 5V, vil scopet vise det som ca. 3,5V.

Oscilloskoper med en båndbredde på 1 GHz eller mindre har en Gaussisk eller lavpasfrekvensrespons, der starter ved en tredjedel af -3 dB-frekvensen og gradvist falder ved højere frekvenser.

Scoper med specifikationer over 1 GHz viser en maksimalt flad respons med en skarpere nedgang nær -3dB-frekvensen. Den laveste frekvens hos et oscilloskop, hvor inputsignal er dæmpet med 3 dB, betragtes som scopets båndbredde. Oscilloskopet med en maksimalt flad respons kan dæmpe in-bandsignal, der er mindre i forhold til oscilloskopet med Gaussisk respons, og udføre mere præcise målinger på in-bandsignaler.

På den anden side dæmper scopet med Gaussisk respons out-bandsignaler, der er mindre i forhold til scopet med maksimalt flad respons. Det betyder, at sådant scop har en hurtigere stigningstid i forhold til andre scoper med samme båndbreddebegrænsning. Stigningstidspecifikationen for et scop er tæt forbundet med dets båndbredde.

Et oscilloskop med Gaussisk respons vil have en stigningstid på cirka 0,35/f BW baseret på et 10% til 90% kriterium. Et scop med maksimalt flad respons har en stigningstid på cirka 0,4/f BW baseret på skarpheden af frekvensnedgangskarakteristikken.

Stigningstid er den hurtigste kantfart, et oscilloskop kan vise, hvis inputsignal har en uendelig hurtig stigningstid. At måle denne teoretiske værdi er umuligt, så det er bedre at beregne en praktisk værdi.

Foranstaltninger Krævet for Præcise Målinger i Oscilloskop

Det vigtigste, brugere skal vide, er båndbreddebegrænsningen af scopet. Båndbredden af oscilloskopet skal være bred nok til at rumme frekvenserne inden i signalet og vise bølgeformen korrekt.

Den probe, der anvendes med scopet, spiller en vigtig rolle for udstyrsprestationen. Båndbredden af oscilloskopet samt probe skal være i korrekt kombination. Brug af en upassende oscilloskopprobe kan ødelægge prestationsniveauet for hele testudstyret.

For at måle frekvens samt amplituden præcist, skal båndbredden af både scopet og den tilsluttede probe være langt over det signal, du ønsker at fange præcist. For eksempel, hvis den ønskede præcision af amplituden er ~1%, så divider scopes faktor med 0,1x, hvilket betyder, at et 100MHz-scope kan fange 10MHz med en 1% fejl i amplituden.

Man skal tage højde for korrekt udløsning af scopet, så den resulterende visning af bølgeformen er meget klarere.

Brugere bør være opmærksomme på jordklipper, når de foretager hurtige målinger. Ledningen i klippet producerer induktance og ringing i kredsløbet, hvilket påvirker målingerne.

Opsamlingen af hele artiklen er, at for analoge scop, skal båndbredden af scopet være mindst tre gange højere end den højeste analoge frekvens i systemet. For digitale applikationer, skal båndbredden af scopet være mindst fem gange højere end den hurtigste urtakt i systemet.