Frequentiebeperking van een oscilloscoop

Bandbreedte Limiet

Oscilloscopen, net als multimeters, zijn essentiële hulpmiddelen om circuits te begrijpen. Ze hebben echter beperkingen. Om een oscilloscoop effectief te gebruiken, is het cruciaal deze beperkingen te kennen en manieren te vinden om hiermee om te gaan.

Een belangrijk kenmerk van een oscilloscoop is de bandbreedte. Bandbreedte bepaalt hoe snel analoogsignalen kunnen worden gesampled. Wat is bandbreedte? Velen denken dat dit de maximale frequentie is die een scope kan verwerken. Eigenlijk is bandbreedte de frequentie waarbij de amplitude van een signaal met 3dB, of 29,3% onder de werkelijke amplitude, afneemt.

Bij de maximale gecertificeerde frequentie toont de oscilloscoop 70,7% van de werkelijke amplitude van het signaal. Bijvoorbeeld, als de werkelijke amplitude 5V is, zal de scope dit weergeven als ongeveer 3,5V.

Oscilloscopen met een bandbreedte van 1 GHz of minder hebben een Gaussische of laagdoorlaatfrequentierespons, beginnend bij een derde van de -3 dB-frequentie en geleidelijk afnemend bij hogere frequenties.

Scopes met specificaties groter dan 1 GHz tonen een maximaal platte respons met een scherpere afname in de buurt van de -3dB-frequentie. De laagste frequentie van de oscilloscoop waarop het ingangssignaal met 3 dB wordt gedempt, wordt beschouwd als de bandbreedte van de scope. De oscilloscoop met een maximaal platte respons kan in-band signalen minder dempen vergeleken met de oscilloscoop met de Gaussische respons en doet nauwkeurigere metingen op in-band signalen.

Aan de andere kant dempt de scope met Gaussische respons uit-bandsignalen minder vergeleken met de scope met de maximaal platte respons. Dit betekent dat zo'n scope een snellere risetijd heeft vergeleken met andere scopes met dezelfde bandbreedtespecificatie. De risetijd-specificatie van een scope is nauw verbonden met de bandbreedte.

Een oscilloscoop met een Gaussische respons heeft een risetijd van ongeveer 0,35/f BW, gebaseerd op een 10%-tot-90%-criterium. Een scope met een maximaal platte respons heeft een risetijd van ongeveer 0,4/f BW, gebaseerd op de scherpte van de frequentieafnamekarakteristiek.

Risetijd is de snelste randverhoging die een oscilloscoop kan weergeven als het ingangssignaal een oneindig snelle risetijd heeft. Het meten van deze theoretische waarde is onmogelijk, dus het is beter om een praktische waarde te berekenen.

Voorzorgsmaatregelen voor Nauwkeurige Metingen met Oscilloscopen

Het eerste wat gebruikers moeten weten, is de bandbreedtebeperking van de scope. De bandbreedte van de oscilloscoop moet voldoende breed zijn om de frequenties binnen het signaal te bevatten en de golfforme correct weer te geven.

De sonde die met de scope wordt gebruikt speelt een belangrijke rol in de prestaties van de apparatuur. De bandbreedte van zowel de oscilloscoop als de sonde moet goed op elkaar afgestemd zijn. Het gebruik van een onjuiste oscilloscoopsonde kan de prestaties van de hele testapparatuur verstoren.

Om frequentie en amplitude nauwkeurig te meten, moeten de bandbreedten van zowel de scope als de eraan gekoppelde sonde ver boven het signaal liggen dat je precies wilt vastleggen. Bijvoorbeeld, als de vereiste nauwkeurigheid van de amplitude ~1% is, dan moet de bandbreedte van de scope 0,1x groter zijn, wat betekent dat een 100MHz-scope 10MHz kan vastleggen met een 1% fout in de amplitude.

Men moet rekening houden met de juiste trigger van de scope, zodat de resulterende weergave van de golfforme veel duidelijker is.

Gebruikers moeten zich bewust zijn van grondclips bij het nemen van hoogesnelheidsmetingen. Het draadje van de clip produceert inductie en ringing in het circuit, wat de metingen beïnvloedt.

De samenvatting van het hele artikel is dat voor analoge scopes, de bandbreedte van de scope ten minste drie keer hoger moet zijn dan de hoogste analoge frequentie van het systeem. Voor digitale toepassingen moet de bandbreedte van de scope ten minste vijf keer hoger zijn dan de snelste kloksnelheid van het systeem.