Frekvensbegränsning av ett oscilloskop

Bandbreddsbegränsning

Oscilloskop, precis som multimeter, är viktiga verktyg för att förstå kretsar. De har dock begränsningar. För att använda ett oscilloskop effektivt är det viktigt att känna till dessa begränsningar och hitta sätt att hantera dem.

En nyckelfunktion hos ett oscilloskop är dess bandbredd. Bandbredden bestämmer hur snabbt det kan sampla analoga signaler. Vad är bandbredd? Många tror att det är den maximala frekvensen som en skop kan hantera. Faktiskt är bandbredden den frekvens där amplituden av en signal sjunker med 3dB, eller 29,3% under dess sanna amplitud.

Vid den maximala angivna frekvensen visar oscilloskopet 70,7% av signalens faktiska amplitud. Till exempel, om den faktiska amplituden är 5V, kommer scopet att visa det som ca 3,5V.

Oscilloskop med en bandbredd på 1 GHz eller mindre har en gaussisk eller lågpassfrekvensrespons, som börjar vid en tredjedel av -3 dB-frekvensen och gradvis minskar vid högre frekvenser.

Scop med specifikationer över 1 GHz visar en maximalt platt respons med en skärpare fallavtagning nära -3dB-frekvensen. Den lägsta frekvensen hos oscilloskop där inmatade signalen dämpas med 3 dB betraktas som bandbredden för scopet. Ett oscilloskop med en maximalt platt respons kan dämpa inombandssignaler som är mindre jämfört med ett oscilloskop med gaussisk respons och göra mer exakta mätningar på inombandssignaler.

Å andra sidan dämpar scop med gaussisk respons utombandssignaler som är mindre jämfört med scop med maximalt platt respons. Det innebär att ett sådant scop har en snabbare stigande tid jämfört med andra scop med samma bandbreddsspecifikation. Stigandetidspecifikationen för ett scop är nära relaterad till dess bandbredd.

Ett oscilloskop med gaussisk respons kommer att ha en stigande tid på ungefär 0,35/f BW baserat på en 10%-90%-kriterium. Ett scop med maximalt platt respons har en stigande tid på ungefär 0,4/f BW baserat på skärpan i frekvensfallavtagningskaraktäristiken.

Stigande tid är den snabbaste kantutveckling som ett oscilloskop kan visa om inmatade signalen har en oändligt snabb stigande tid. Att mäta detta teoretiska värde är omöjligt, så det är bättre att beräkna ett praktiskt värde.

Förberedelser Krävda för Exakta Mätningar i Oscilloskop

Det viktigaste som användare måste veta är bandbreddsgränsen för scopet. Bandbredden för oscilloskopet bör vara tillräckligt bred för att rymma frekvenserna inom signalen och visa vågformen korrekt.

Den sonde som används med scopet spelar en viktig roll för utrustningens prestanda. Bandbredden för både oscilloskopet och sonden bör vara i rätt kombination. Användning av felaktig oscilloskopsond kan ruinera hela testutrustningens prestanda.

För att mäta både frekvens och amplitud exakt bör bandbredden för både scopet och den anslutna sonden vara väl över signalen du vill fånga exakt. Till exempel, om den önskade noggrannheten för amplituden är ~1%, då ska bredden på scopet vara 0,1x, vilket betyder att ett 100MHz-scop kan fånga 10MHz med 1% fel i amplitud.

Man måste ta hänsyn till rätt utlösning av scopet så att den resulterande vyen av vågformen blir mycket tydligare.

Användare bör vara medvetna om jordklipp när de tar snabba mätningar. Tråden i klippet producerar induktans och ringning i kretsen, vilket påverkar mätningarna.

Sammanfattningsvis, för analoga scop bör bandbredden på scopet vara minst tre gånger högre än den högsta analoga frekvensen i systemet. För digitala applikationer bör bandbredden på scopet vara minst fem gånger högre än den snabbaste klockfrekvensen i systemet.