Oscilloskoopin taajuusrajoitus

Taajuusalue

Oskiloskoopit, kuten multimetrit, ovat välttämättömiä välineitä sähköpiirien ymmärtämiseen. Ne kuitenkin myös rajoituksiaan. Oskiloskoopin tehokkaaseen käyttöön on tärkeää tietää nämä rajoitukset ja löytää tapoja niiden hallintaan.

Yksi oskiloskoopin keskeisistä ominaisuuksista on sen taajuusalue. Taajuusalue määrittää, kuinka nopeasti se voi ottaa näyteitä analogisista signaaleista. Mikä on taajuusalue? Monet ajattelevat, että se on suurin taajuus, jota laite voi käsitellä. Itse asiassa taajuusalue on taajuus, jolla signaalin amplitudi laskee 3 dB eli 29,3 % alamman arvonsa verrattuna todelliseen amplitudille.

Maksimissaan sertifioitussa taajuudessa oskiloskoopi näyttää 70,7 % signaalin todellisesta amplitudista. Esimerkiksi, jos todellinen amplitudi on 5 V, laite näyttää sen noin 3,5 V:n.

Oskiloskoopilla, jonka taajuusalue on 1 GHz tai alle, on gaussilaista tai alipäästysuodatusta vastaava taajuusvastepalautteensa, joka alkaa -3 dB taajuuden kolmannella osalla ja laskee hitaasti korkeammilla taquissa.

Laitteilla, joiden spesifiikat ylittävät 1 GHz, on mahdollisimman tasainen vastaus ja terävä laskeva kulma lähellä -3 dB taajuutta. Oskiloskoopin taajuusalueeksi pidetään taajuus, jolla syöttötunnus heikkenee 3 dB. Oskiloskoopilla, jolla on mahdollisimman tasainen vastaus, voidaan heikentää in-band-signaaleja vähemmän verrattuna oskiloskooppiin, jolla on gaussilaista vastaava taajuusvaste, ja se antaa tarkemmat mittaukset in-band-signaaleista.

Toisaalta, oskiloskoopilla, jolla on gaussilaista vastaava taajuusvaste, out-band-signaalit heikkenevät vähemmän verrattuna oskiloskooppiin, jolla on mahdollisimman tasainen vastaus. Tämä tarkoittaa, että sellaisella oskiloskoopilla on nopeampi nousuaika verrattuna muuhun samaa taajuusalueen spesifikaation omaaviin laitteisiin. Oskiloskoopin nousuaikan spesifikaatiolla on läheinen yhteys sen taajuusalueeseen.

Gaussilaisella vastauksella varustettu oskiloskoopiillla on noin 0,35/f BW nousuaika perustuen 10-90 % kriteeriin. Mahdollisimman tasaisella vastauksella varustetulla oskiloskoopilla on noin 0,4/f BW nousuaika perustuen taajuuslaskevan piirityksen terävyyteen.

Nousuaika on nopein reunojen nopeus, joka oskiloskoopi voi näyttää, jos syöttötunnus on äärettömän nopea. Tätä teoreettista arvoa ei ole mahdollista mitata, joten parempi on laskea käytännöllinen arvo.

Varotoimet tarkoille mittauksille oskiloskoopissa

Käyttäjien on ensisijaisesti tiedettävä oskiloskoopin taajuusrajan rajoitus. Oskiloskoopin taajuusalueen pitäisi olla riittävän leveä, jotta se pystyisi sisältämään signaalin sisällä olevat taajuudet ja näyttämään aaltomuodon oikein.

Laitteen suorituskyvyn kannalta käytetty tutkimusjohto on tärkeässä roolissa. Oskiloskoopin ja tutkimusjohton taajuusalueiden pitäisi olla oikeassa kombinaatiossa. Epäasianmukaisen tutkimusjohton käyttö voi vaarantaa koko mittalaitteen toiminnan.

Tarkkaa taajuuden ja amplitudin mittaamiseksi sekä oskiloskoopin että liitettävän tutkimusjohton taajuusalueen tulisi olla huomattavasti suurempi kuin haluatte mittaamanne signaalin. Esimerkiksi, jos vaadittu amplitudin tarkkuus on noin 1 %, oskiloskoopin taajuusalueen tulisi olla ainakin 10 kertaa suurempi kuin mittaamanne signaalin taajuus. 100 MHz:n oskiloskoopi voi siis mitata 10 MHz:n signaalin 1 % virhemarginaalilla.

On otettava huomioon oikea oskiloskoopin käynnistys, jotta aaltomuodon näyttö olisi selkeämpi.

Käyttäjien tulisi olla tietoisia maanjohdistimista nopeiden mittauksien yhteydessä. Johdistimen kierron tuottama induktanssi ja sointu voivat vaikuttaa mittaustuloksiin.

Artikkelin yhteenveto on, että analoogiselle oskiloskoopille taajuusalueen tulisi olla vähintään kolme kertaa suurempi kuin järjestelmän suurin analoginen taajuus. Digitaalisissa sovelluksissa oskiloskoopin taajuusalueen tulisi olla vähintään viisi kertaa suurempi kuin järjestelmän nopein kellutaajuus.