Ograniczenie częstotliwości oscyloskopu

Limit przepustowości

Oscyloskopy, podobnie jak multimetry, są niezbędnymi narzędziami do zrozumienia obwodów. Jednak mają one pewne ograniczenia. Aby efektywnie korzystać z oscyloskopu, kluczowe jest zrozumienie tych ograniczeń i znalezienie sposobów na ich pokonanie.

Kluczową cechą oscyloskopu jest jego przepustowość. Przepustowość określa, jak szybko może on próbkować sygnały analogowe. Co to jest przepustowość? Wiele osób uważa, że to maksymalna częstotliwość, jaką oscyloskop może obsłużyć. W rzeczywistości, przepustowość to częstotliwość, przy której amplituda sygnału spada o 3 dB, czyli o 29,3% poniżej prawdziwej amplitudy.

Przy maksymalnej częstotliwości, oscyloskop pokazuje 70,7% rzeczywistej amplitudy sygnału. Na przykład, jeśli rzeczywista amplituda wynosi 5V, oscyloskop wyświetli ją jako około 3,5V.

Oscyloskopy o przepustowości 1 GHz lub mniej mają odpowiedź częstotliwościową typu Gaussa lub dolnopustowa, zaczynając od jednej trzeciej częstotliwości -3 dB i stopniowo malejącą przy wyższych częstotliwościach.

Oscyloskopy o specyfikacji większej niż 1 GHz mają maksymalnie płaską odpowiedź z ostrzejszym spadkiem w pobliżu częstotliwości -3 dB. Najniższa częstotliwość, przy której sygnał wejściowy jest osłabiony o 3 dB, jest uważana za przepustowość oscyloskopu. Oscyloskop o maksymalnie płaskiej odpowiedzi może osłabić sygnały w pasmie, które są mniejsze w porównaniu do oscyloskopu o odpowiedzi typu Gaussa, co pozwala na dokładniejsze pomiary sygnałów w paśmie.

Z drugiej strony, oscyloskop o odpowiedzi typu Gaussa osłabia sygnały poza pasmem, które są mniejsze w porównaniu do oscyloskopu o maksymalnie płaskiej odpowiedzi. Oznacza to, że taki oscyloskop ma krótszy czas narastania w porównaniu do innych oscyloskopów o tej samej specyfikacji przepustowości. Specyfikacja czasu narastania oscyloskopu jest ściśle związana z jego przepustowością.

Oscyloskop o odpowiedzi typu Gaussa będzie miał czas narastania około 0,35/f BW, oparty na kryterium 10-90%. Oscyloskop o maksymalnie płaskiej odpowiedzi ma czas narastania około 0,4/f BW, oparty na ostrości charakterystyki spadku częstotliwościowego.

Czas narastania to najkrótszy czas, w którym oscyloskop może wyświetlić krawędź sygnału, jeśli sygnał wejściowy ma nieskończenie szybkie narastanie. Pomiar tej teoretycznej wartości jest niemożliwy, dlatego lepiej jest obliczyć praktyczną wartość.

Wymagane środki ostrożności dla dokładnych pomiarów w oscyloskopie

Najważniejszą rzeczą, którą użytkownicy powinni wiedzieć, to ograniczenie przepustowości oscyloskopu. Przepustowość oscyloskopu powinna być wystarczająco szeroka, aby pomieścić częstotliwości w sygnale i poprawnie wyświetlić falę.

Sonda używana z oscyloskopem odgrywa ważną rolę w wydajności sprzętu. Przepustowość oscyloskopu oraz sonda powinny być odpowiednio połączone. Użycie niewłaściwej sondy oscyloskopowej może pogorszyć wydajność całego sprzętu testowego.

Aby dokładnie zmierzyć częstotliwość oraz amplitudę, przepustowość zarówno oscyloskopu, jak i do niego podpiętej sondy, powinna być znacznie wyższa od sygnału, który chcesz dokładnie uchwycić. Na przykład, jeśli wymagana dokładność amplitudy wynosi około 1%, to czynnik berate oscyloskopu wynosi 0,1x, co oznacza, że oscyloskop 100 MHz może uchwycić 10 MHz z błędem amplitudy 1%.

Trzeba wziąć pod uwagę prawidłowe wyzwalanie oscyloskopu, aby uzyskać bardziej przejrzysty widok fali.

Użytkownicy powinni być świadomi klipsów ziemnych podczas podejmowania pomiarów wysokiej prędkości. Drut klipa tworzy indukcyjność i dźwięki w obwodzie, co wpływa na pomiary.

Podsumowując, dla oscyloskopu analogowego, przepustowość oscyloskopu powinna być co najmniej trzy razy wyższa od najwyższej częstotliwości analogowej systemu. Dla aplikacji cyfrowych, przepustowość oscyloskopu powinna być co najmniej pięć razy wyższa od najszerszej częstotliwości zegarowej systemu.