Limitação de Frequência de um Osciloscópio

Limite de Banda

Os osciloscópios, como os multímetros, são ferramentas essenciais para entender circuitos. No entanto, eles têm limitações. Para usar um osciloscópio efetivamente, é crucial conhecer essas limitações e encontrar maneiras de lidar com elas.

Um recurso chave do osciloscópio é sua banda passante. A banda passante determina quão rápido ele pode amostrar sinais analógicos. O que é banda passante? Muitos pensam que é a frequência máxima que o osciloscópio pode lidar. Na verdade, a banda passante é a frequência onde a amplitude do sinal diminui em 3dB, ou 29,3% abaixo de sua amplitude real.

Na frequência máxima especificada, o osciloscópio mostra 70,7% da amplitude real do sinal. Por exemplo, se a amplitude real for 5V, o osciloscópio a exibirá como cerca de 3,5V.

Osciloscópios com banda passante de 1 GHz ou menos têm uma resposta de frequência gaussiana ou de passagem baixa, começando em um terço da frequência -3 dB e diminuindo gradualmente em frequências mais altas.

Scopes com especificação superior a 1 GHz mostram uma resposta maximamente plana com um rolamento mais acentuado perto da frequência -3dB. A menor frequência do osciloscópio na qual o sinal de entrada é atenuado por 3 dB é considerada a banda passante do scope. O osciloscópio com resposta maximamente plana pode atenuar sinais dentro da banda que são menores em comparação com o osciloscópio com a resposta gaussiana e fazer medições mais precisas em sinais dentro da banda.

Por outro lado, o scope com resposta gaussiana atenua sinais fora da banda que são menores em comparação com o scope com a resposta maximamente plana. Isso significa que tal scope tem um tempo de subida mais rápido em comparação com outros scopes com a mesma especificação de banda passante. A especificação de tempo de subida de um scope está intimamente relacionada à sua banda passante.

Um osciloscópio do tipo de resposta gaussiana terá um tempo de subida de aproximadamente 0,35/f BW com base no critério de 10% a 90%. Um scope do tipo de resposta maximamente plana tem um tempo de subida de aproximadamente 0,4/f BW com base na nitidez da característica de rolamento de frequência.

O tempo de subida é a velocidade de borda mais rápida que um osciloscópio pode exibir se o sinal de entrada tiver um tempo de subida infinitamente rápido. Medir esse valor teórico é impossível, então é melhor calcular um valor prático.

Precauções Necessárias para Medições Precisas no Osciloscópio

A primeira coisa que os usuários devem saber é a limitação de banda passante do scope. A banda passante do osciloscópio deve ser suficientemente ampla para acomodar as frequências dentro do sinal e exibir corretamente a forma de onda.

A sonda usada com o scope desempenha um papel importante no desempenho do equipamento. A banda passante do osciloscópio, bem como a sonda, devem estar em combinação adequada. Usar uma sonda de osciloscópio inadequada pode prejudicar o desempenho de todo o equipamento de teste.

Para medir a frequência e a amplitude com precisão, a banda passante tanto do scope quanto da sonda anexada a ele devem estar bem acima do sinal que você deseja capturar com precisão. Por exemplo, se a precisão necessária da amplitude for de ~1%, então o fator berate do scope deve ser de 0,1x, o que significa que um scope de 100MHz pode capturar 10MHz com um erro de 1% na amplitude.

É necessário levar em consideração a gatilhagem correta do scope para que a visualização resultante da forma de onda seja muito mais clara.

Os usuários devem estar cientes dos clipe de terra ao realizar medições de alta velocidade. O fio do clipe produz indutância e ressonância no circuito, o que afeta as medições.

O resumo de todo o artigo é que, para um scope analógico, a banda passante do scope deve ser pelo menos três vezes maior que a frequência analógica mais alta do sistema. Para aplicações digitais, a banda passante do scope deve ser pelo menos cinco vezes maior que a taxa de clock mais rápida do sistema.