محدودیت فرکانس اسکوپ الکتریکی

محدودیت پهنای باند

اسیلوسکوپ‌ها، مانند وولتمترهای دیجیتال، ابزارهای ضروری برای درک مدارهای الکتریکی هستند. با این حال، آنها محدودیت‌هایی دارند. برای استفاده مؤثر از یک اسیلوسکوپ، بسیار مهم است که این محدودیت‌ها را بشناسید و راه‌حل‌هایی برای رفع آنها پیدا کنید.

یک ویژگی کلیدی اسیلوسکوپ پهنای باند آن است. پهنای باند تعیین می‌کند که چقدر سریع می‌تواند سیگنال‌های آنالوگ را نمونه‌برداری کند. پهنای باند چیست؟ بسیاری فکر می‌کنند که فرکانس ماکسیممی است که اسیلوسکوپ می‌تواند مدیریت کند. در واقع، پهنای باند فرکانسی است که دامنه سیگنال 3dB یا 29.3% کمتر از دامنه واقعی خود می‌شود.

در فرکانس حداکثر مشخص شده، اسیلوسکوپ 70.7% از دامنه واقعی سیگنال را نشان می‌دهد. به عنوان مثال، اگر دامنه واقعی 5V باشد، اسیلوسکوپ آن را حدود 3.5V نمایش می‌دهد.

اسیلوسکوپ‌هایی با پهنای باند 1 GHz یا کمتر، پاسخ فرکانسی گاوسی یا پایین‌گذر دارند که از یک سوم فرکانس -3dB شروع می‌شود و در فرکانس‌های بالاتر به تدریج کاهش می‌یابد.

اسیلوسکوپ‌هایی با مشخصات بیش از 1 GHz پاسخ بیشینه صافی با یک کاهش تیز در نزدیکی فرکانس -3dB دارند. کمترین فرکانس اسیلوسکوپ که سیگنال ورودی در آن 3dB کاهش می‌یابد به عنوان پهنای باند اسیلوسکوپ در نظر گرفته می‌شود. اسیلوسکوپ با پاسخ بیشینه صافی می‌تواند سیگنال‌های درون باند را کمتر از اسیلوسکوپ با پاسخ گاوسی کاهش دهد و اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری روی سیگنال‌های درون باند انجام دهد.

از طرف دیگر، اسیلوسکوپ با پاسخ گاوسی سیگنال‌های خارج باند را کمتر از اسیلوسکوپ با پاسخ بیشینه صافی کاهش می‌دهد. این به این معناست که چنین اسیلوسکوپی زمان صعودی سریع‌تری نسبت به اسیلوسکوپ‌های دیگر با مشخصات پهنای باند یکسان دارد. مشخصات زمان صعودی یک اسیلوسکوپ به طور نزدیک با پهنای باند آن مرتبط است.

یک اسیلوسکوپ با پاسخ گاوسی زمان صعودی حدود 0.35/f BW بر اساس معیار 10% تا 90% دارد. یک اسیلوسکوپ با پاسخ بیشینه صافی زمان صعودی حدود 0.4/f BW بر اساس تیزی ویژگی کاهش فرکانسی دارد.

زمان صعودی سریع‌ترین سرعت لبه‌ای است که یک اسیلوسکوپ می‌تواند نمایش دهد اگر سیگنال ورودی دارای زمان صعودی بی‌نهایت سریع باشد. اندازه‌گیری این مقدار نظری غیرممکن است، بنابراین بهتر است مقدار عملی را محاسبه کنید.

احتیاط‌های مورد نیاز برای اندازه‌گیری‌های دقیق در اسیلوسکوپ

مهم‌ترین چیزی که کاربران باید بدانند محدودیت پهنای باند اسیلوسکوپ است. پهنای باند اسیلوسکوپ باید به اندازه کافی گسترده باشد تا بتواند فرکانس‌های موجود در سیگنال را در بر بگیرد و موج‌نما را به درستی نمایش دهد.

سنجه‌ای که با اسیلوسکوپ استفاده می‌شود نقش مهمی در عملکرد تجهیزات دارد. پهنای باند اسیلوسکوپ و سنجه باید ترکیب مناسبی داشته باشند. استفاده از سنجه اسیلوسکوپ نامناسب می‌تواند عملکرد کل تجهیزات آزمون را خراب کند.

برای اندازه‌گیری دقیق فرکانس و دامنه، پهنای باند هم اسیلوسکوپ و هم سنجه متصل به آن باید به طور قابل توجهی بالاتر از سیگنالی باشد که می‌خواهید به طور دقیق ثبت کنید. به عنوان مثال، اگر دقت مورد نیاز دامنه حدود 1% باشد، عامل برتری اسیلوسکوپ را 0.1x در نظر بگیرید، یعنی اسیلوسکوپ 100MHz می‌تواند 10MHz را با خطای 1% در دامنه ثبت کند.

باید توجه داشت که تریگر صحیح اسیلوسکوپ انجام شود تا نمای نهایی موج‌نما واضح‌تر باشد.

کاربران باید در مورد کلیپ‌های زمین در هنگام انجام اندازه‌گیری‌های با سرعت بالا مطلع باشند. سیم کلیپ اندوکتانس و نوساناتی به مدار اضافه می‌کند که اندازه‌گیری‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

خلاصه مقاله این است که برای اسیلوسکوپ آنالوگ، پهنای باند اسیلوسکوپ حداقل سه برابر فرکانس آنالوگ بالاترین سیستم است. برای کاربردهای دیجیتال، پهنای باند اسیلوسکوپ حداقل پنج برابر سریع‌ترین نرخ ساعت سیستم است.