Limitación de Frecuencia de un Osciloscopio
Límite de Ancho de Banda
Los osciloscopios, al igual que los multímetros, son herramientas esenciales para comprender los circuitos. Sin embargo, tienen limitaciones. Para usar un osciloscopio de manera efectiva, es crucial conocer estas limitaciones y encontrar formas de abordarlas.
Una característica clave de un osciloscopio es su ancho de banda. El ancho de banda determina qué tan rápido puede muestrear señales analógicas. ¿Qué es el ancho de banda? Muchos piensan que es la frecuencia máxima que un osciloscopio puede manejar. En realidad, el ancho de banda es la frecuencia en la que la amplitud de una señal disminuye en 3dB, o 29.3% por debajo de su amplitud real.
En la frecuencia máxima calificada, el osciloscopio muestra el 70.7% de la amplitud real de la señal. Por ejemplo, si la amplitud real es de 5V, el osciloscopio la mostrará como aproximadamente 3.5V.
Los osciloscopios con un ancho de banda de 1 GHz o menos tienen una respuesta de frecuencia gaussiana o de paso bajo, comenzando en un tercio de la frecuencia -3 dB y disminuyendo gradualmente a frecuencias más altas.
Los osciloscopios con especificaciones superiores a 1 GHz muestran una respuesta maximamente plana con un corte más agudo cerca de la frecuencia -3dB. La frecuencia más baja del osciloscopio en la que la señal de entrada se atenúa en 3 dB se considera como el ancho de banda del osciloscopio. El osciloscopio con una respuesta maximamente plana puede atenuar las señales en banda que son menores en comparación con el osciloscopio con respuesta gaussiana y realiza mediciones más precisas en las señales en banda.
Por otro lado, el osciloscopio con respuesta gaussiana atenúa las señales fuera de banda que son menores en comparación con el osciloscopio con respuesta maximamente plana. Esto significa que tal osciloscopio tiene un tiempo de subida más rápido en comparación con otros osciloscopios con la misma especificación de ancho de banda. La especificación del tiempo de subida de un osciloscopio está estrechamente relacionada con su ancho de banda.
Un osciloscopio de tipo respuesta gaussiana tendrá un tiempo de subida de aproximadamente 0.35/f BW basado en un criterio del 10% al 90%. Un osciloscopio de tipo respuesta maximamente plana tiene un tiempo de subida de aproximadamente 0.4/f BW basado en la nitidez de la característica de corte de frecuencia.
El tiempo de subida es la velocidad de borde más rápida que un osciloscopio puede mostrar si la señal de entrada tiene un tiempo de subida infinitamente rápido. Medir este valor teórico es imposible, por lo que es mejor calcular un valor práctico.
Precauciones Necesarias para Mediciones Precisas en Osciloscopio
Lo primero que los usuarios deben saber es la limitación de ancho de banda del osciloscopio. El ancho de banda del osciloscopio debe ser lo suficientemente amplio para acomodar las frecuencias dentro de la señal y mostrar correctamente la forma de onda.
La sonda utilizada con el osciloscopio juega un papel importante en el rendimiento del equipo. El ancho de banda del osciloscopio, así como de la sonda, debe estar en una combinación adecuada. Usar una sonda de osciloscopio inadecuada puede deteriorar el rendimiento de todo el equipo de prueba.
Para medir la frecuencia y la amplitud con precisión, el ancho de banda tanto del osciloscopio como de la sonda conectada a él deben estar bien por encima de la señal que se desea capturar con precisión. Por ejemplo, si la precisión requerida de la amplitud es de ~1%, entonces el factor de berate del osciloscopio debe ser 0.1x, lo que significa que un osciloscopio de 100MHz puede capturar 10MHz con un error de amplitud del 1%.
Se debe tener en cuenta la correcta activación del osciloscopio para que la vista resultante de la forma de onda sea mucho más clara.
Los usuarios deben estar conscientes de los clips de tierra al tomar mediciones de alta velocidad. El cable del clip produce inductancia y resonancia en el circuito, lo que afecta las mediciones.
El resumen de todo el artículo es que, para un osciloscopio analógico, el ancho de banda del osciloscopio debe ser al menos tres veces mayor que la frecuencia analógica más alta del sistema. Para aplicaciones digitales, el ancho de banda del osciloscopio debe ser al menos cinco veces mayor que la tasa de reloj más rápida del sistema.
