محدودیت فرکانس یک اسکوپ

محدوده پهنای باند

اسیلوسکوپ‌ها، مانند ولتمترهای چند منظوره، ابزارهای ضروری برای درک مدارها هستند. با این حال، محدودیت‌هایی دارند. برای استفاده مؤثر از یک اسیلوسکوپ، شناخت این محدودیت‌ها و یافتن راه‌حل‌هایی برای مقابله با آن‌ها بسیار مهم است.

یکی از ویژگی‌های کلیدی یک 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 حداکثر فرکانسی است که اسیلوسکوپ می‌تواند مدیریت کند. در واقع، پهنای باند فرکانسی است که دامنه سیگنال ۳ دسی‌بل یا ۲۹/۳٪ زیر دامنه واقعی خود کاهش می‌یابد.

در فرکانس حداکثر مشخص شده، اسیلوسکوپ ۷۰/۷٪ دامنه واقعی سیگنال را نمایش می‌دهد. به عنوان مثال، اگر دامنه واقعی ۵ ولت باشد، اسیلوسکوپ آن را حدود ۳/۵ ولت نمایش می‌دهد.

اسیلوسکوپ‌هایی با پهنای باند یک گیگاهرتز یا کمتر، پاسخ فرکانسی گوسی یا پایین‌گذر دارند که از یک‌سوم فرکانس -۳ دسی‌بل شروع می‌شود و در فرکانس‌های بالاتر تدریجاً کاهش می‌یابد.

اسیلوسکوپ‌هایی با مشخصات بیش از یک گیگاهرتز، پاسخ بیشینه صاف با یک قطع تیز نزدیک به فرکانس -۳ دسی‌بل نشان می‌دهند. کمترین فرکانسی که در آن سیگنال ورودی ۳ دسی‌بل کاهش می‌یابد، به عنوان پهنای باند اسیلوسکوپ در نظر گرفته می‌شود. اسیلوسکوپ با پاسخ بیشینه صاف می‌تواند سیگنال‌های داخل باند را کمتر از اسیلوسکوپ با پاسخ گوسی کاهش دهد و اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری روی سیگنال‌های داخل باند انجام دهد.

از طرف دیگر، اسیلوسکوپ با پاسخ گوسی سیگنال‌های خارج باند را کمتر از اسیلوسکوپ با پاسخ بیشینه صاف کاهش می‌دهد. این به این معناست که چنین اسیلوسکوپی زمان صعود سریع‌تری نسبت به اسیلوسکوپ‌های دیگر با مشخصات پهنای باند یکسان دارد. مشخصه زمان صعود یک اسیلوسکوپ به طور نزدیکی با پهنای باند آن مرتبط است.

یک اسیلوسکوپ با پاسخ گوسی زمان صعود تقریباً ۰/۳۵/f BW بر اساس معیار ۱۰٪ تا ۹۰٪ خواهد داشت. یک اسیلوسکوپ با پاسخ بیشینه صاف زمان صعود تقریباً ۰/۴/f BW بر اساس تیزی مشخصه قطع فرکانسی خواهد داشت.

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

احتیاط‌های لازم 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 موج را به درستی نمایش دهد.

سنسری که با اسیلوسکوپ استفاده می‌شود نقش مهمی در عملکرد تجهیزات دارد. پهنای باند اسیلوسکوپ و سنسر باید ترکیب صحیحی داشته باشند. استفاده از سنسر نامناسب می‌تواند عملکرد کلی تجهیزات آزمون را خراب کند.

برای اندازه‌گیری دقیق فرکانس و دامنه، پهنای باند هر دو اسیلوسکوپ و سنسر متصل به آن باید به اندازه کافی بالاتر از سیگنالی باشد که می‌خواهید دقیقاً ثبت کنید. به عنوان مثال، اگر دقت مورد نیاز دامنه حدود ۱٪ است، عامل بروت اسیلوسکوپ را ۰/۱x کاهش دهید، یعنی اسیلوسکوپ ۱۰۰ مگاهرتزی می‌تواند ۱۰ مگاهرتز را با خطای ۱٪ در دامنه ثبت کند.

باید توجه داشت که اسیلوسکوپ به درستی تریگر شود تا نمای نهایی موج واضح‌تر باشد.

کاربران باید در مورد کلیپ‌های زمین در هنگام انجام اندازه‌گیری‌های سریع آگاه باشند. سیم کلیپ اندوکتانس و جریان دامنه‌ای به مدار اضافه می‌کند که اندازه‌گیری‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

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