Ограничение частоты осциллографа

Ограничение полосы пропускания

Осциллографы, как и мультиметры, являются важными инструментами для понимания схем. Однако у них есть ограничения. Для эффективного использования осциллографа важно знать эти ограничения и найти способы их преодоления.

Ключевая характеристика осциллографа — это его полоса пропускания. Полоса пропускания определяет, насколько быстро он может отсчитывать аналоговые сигналы. Что такое полоса пропускания? Многие считают, что это максимальная частота, которую может обрабатывать осциллограф. На самом деле, полоса пропускания — это частота, при которой амплитуда сигнала падает на 3 дБ, или на 29,3% ниже его истинной амплитуды.

На максимальной номинальной частоте осциллограф показывает 70,7% истинной амплитуды сигнала. Например, если истинная амплитуда составляет 5 В, осциллограф покажет ее примерно 3,5 В.

Осциллографы с полосой пропускания 1 ГГц или меньше имеют гауссовскую или низкочастотную характеристику, начинающуюся на одной трети частоты -3 дБ и постепенно уменьшающуюся на более высоких частотах.

Осциллографы с характеристикой выше 1 ГГц демонстрируют максимально плоскую характеристику с более резким спадом около частоты -3 дБ. Низшая частота, при которой входной сигнал ослабляется на 3 дБ, считается полосой пропускания осциллографа. Осциллограф с максимально плоской характеристикой ослабляет сигналы в полосе пропускания меньше, чем осциллограф с гауссовской характеристикой, и делает более точные измерения сигналов в полосе пропускания.

С другой стороны, осциллограф с гауссовской характеристикой ослабляет сигналы вне полосы пропускания меньше, чем осциллограф с максимально плоской характеристикой. Это означает, что такой осциллограф имеет более быстрое время нарастания по сравнению с другими осциллографами с одинаковой характеристикой полосы пропускания. Характеристика времени нарастания осциллографа тесно связана с его полосой пропускания.

Осциллограф с гауссовской характеристикой будет иметь время нарастания примерно 0,35/ф BW, основываясь на критерии 10% до 90%. Осциллограф с максимально плоской характеристикой имеет время нарастания примерно 0,4/ф BW, основываясь на резкости характеристики спада частоты.

Время нарастания — это самая быстрая скорость фронта, которую может отобразить осциллограф, если входной сигнал имеет бесконечно быстрое время нарастания. Измерение этой теоретической величины невозможно, поэтому лучше рассчитать практическое значение.

Меры предосторожности для точных измерений на осциллографе

Первое, что должны знать пользователи, — это ограничение полосы пропускания осциллографа. Полоса пропускания осциллографа должна быть достаточно широкой, чтобы вместить частоты в сигнале и правильно отображать форму сигнала.

Используемый с осциллографом зонд играет важную роль в производительности оборудования. Полоса пропускания осциллографа, а также зонда, должны быть в правильном сочетании. Использование неправильного зонда для осциллографа может испортить работу всего тестового оборудования.

Для точного измерения частоты и амплитуды полоса пропускания как осциллографа, так и подключенного к нему зонда, должна быть значительно выше частоты сигнала, который вы хотите захватить. Например, если требуется точность амплитуды до ~1%, то коэффициент полосы пропускания осциллографа должен быть 0,1x, что означает, что осциллограф с полосой пропускания 100 МГц может захватить сигнал 10 МГц с ошибкой амплитуды 1%.

Необходимо учитывать правильное срабатывание триггера осциллографа, чтобы результативный вид формы сигнала был намного четче.

Пользователи должны быть в курсе использования заземляющих клипс при проведении высокоскоростных измерений. Провод клипсы создает индуктивность и колебания в цепи, что влияет на измерения.

Резюмируя, для аналогового осциллографа полоса пропускания должна быть как минимум в три раза выше, чем самая высокая аналоговая частота системы. Для цифровых приложений полоса пропускания осциллографа должна быть как минимум в пять раз выше, чем самая быстрая тактовая частота системы.