Frekvensbegrensning av et oscilloskop

Båndbreddebegrensning

Oscilloskoper, som multimeter, er nødvendige verktøy for å forstå kretser. De har imidlertid begrensninger. For å bruke et oscilloskop effektivt, er det viktig å kjenne til disse begrensningene og finne måter å håndtere dem på.

En nøkkelfunksjon hos et oscilloskop er dens båndbredde. Båndbredde bestemmer hvor raskt den kan prøve analoge signaler. Hva er båndbredde? Mange tenker at det er den maksimale frekvensen en skop kan håndtere. Faktisk er båndbredden frekvensen der amplituden til et signal synker med 3dB, eller 29,3% under den sanne amplituden.

Ved den maksimale spesifiserte frekvensen viser oscilloskopet 70,7% av signalets faktiske amplitud. For eksempel, hvis den faktiske amplituden er 5V, vil skopen vise det som omtrent 3,5V.

Oscilloskoper med en båndbredde på 1 GHz eller mindre har en gassisk eller lavpassfrekvensrespons, som starter ved en tredjedel av -3 dB-frekvensen og gradvis minker ved høyere frekvenser.

Skoper med spesifikasjoner over 1 GHz viser en maksimalt flat respons med en skarpere nedbryting nær -3dB-frekvensen. Den laveste frekvensen for et oscilloskop hvor inngangssignalet blir dempet med 3 dB regnes som båndbredden til skopen. Et oscilloskop med en maksimalt flat respons kan dempe in-band-signaler som er mindre sammenlignet med et oscilloskop med gassisk respons, og gjøre mer nøyaktige målinger på in-band-signaler.

På den andre siden, demper skopen med gassisk respons out-band-signaler som er mindre sammenlignet med skopen med maksimalt flat respons. Dette betyr at slik skope har en raskere stigetid sammenlignet med andre skoper med samme båndbreddespesifikasjon. Stigetidspesifikasjonen til en skope er nært relatert til dens båndbredde.

Et oscilloskop med gassisk respons vil ha en stigetid på omtrent 0,35/f BW basert på en 10% til 90% kriterie. En skope med maksimalt flat respons har en stigetid på omtrent 0,4/f BW basert på skarpheten av frekvensnedbrytningskarakteristikk.

Stigetid er den raskeste kantfarten et oscilloskop kan vise hvis inngangssignalet har en uendelig rask stigetid. Å måle denne teoretiske verdien er umulig, så det er bedre å beregne en praktisk verdi.

Forsiktighetsregler for nøyaktige målinger i oscilloskop

Det viktigste brukerne må vite, er båndbreddebegrensningen til skopen. Båndbredden til oscilloskopet skal være bred nok til å akkommodere frekvensene i signalet og vise bølgeformen korrekt.

Sonden som brukes med skopen, spiller en viktig rolle for utstyrets ytelse. Båndbredden til både oscilloskopet og sonden skal være i riktig kombinasjon. Bruk av feil oscilloskopsonde kan ødelegge ytelsen til hele testutstyret.

For å måle frekvens samt amplitud nøyaktig, skal båndbredden til både skopen og sonden som er koblet til den, være langt over signalet du ønsker å fange nøyaktig. For eksempel, hvis den ønskede nøyaktigheten for amplituden er til ~1%, da berate faktoren til skopen med 0,1x, det betyr at et 100MHz-skope kan fange 10MHz med en 1% feil i amplitud.

Man må ta hensyn til riktig utløsning av skopen slik at den resulterende visningen av bølgeformen blir mye klarere.

Brukere bør være oppmerksomme på jordklipp når de tar høyhastighetsmålinger. Ledningen til klippet produserer induktans og ringing i kretsen, noe som påvirker målingene.

Sammenfatning av hele artikkelen er at for analoge skoper, er båndbredden til skopen minst tre ganger høyere enn den høyeste analoge frekvensen i systemet. For digitale applikasjoner, er båndbredden til skopen minst fem ganger høyere enn den raskeste klokkesignalfrekvensen i systemet.