ข้อจำกัดความถี่ของออสซิลโลสโคป

ข้อจำกัดของแบนด์วิธ

ออสซิลโลสโคป เช่นเดียวกับมัลติมิเตอร์ เป็นเครื่องมือที่สำคัญในการทำความเข้าใจวงจร แต่พวกเขามีข้อจำกัด ในการใช้ออสซิลโลสโคปอย่างมีประสิทธิภาพ มันเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องรู้จักข้อจำกัดเหล่านี้และหาวิธีแก้ไข

คุณสมบัติหลักของออสซิลโลสโคปคือแบนด์วิธ แบนด์วิธกำหนดว่าสามารถสุ่มตัวอย่างสัญญาณแอนะล็อกได้เร็วเพียงใด แบนด์วิธคืออะไร? หลายคนคิดว่าเป็นความถี่สูงสุดที่สโคปสามารถรองรับได้ แท้จริงแล้ว แบนด์วิธคือความถี่ที่ขนาดสัญญาณลดลง 3dB หรือ 29.3% ต่ำกว่าขนาดจริง

ที่ความถี่สูงสุดที่ระบุ ออสซิลโลสโคปแสดงขนาดสัญญาณ 70.7% ของขนาดจริง ตัวอย่างเช่น หากขนาดจริงคือ 5V สโคปจะแสดงเป็นประมาณ 3.5V

ออสซิลโลสโคปที่มีแบนด์วิธ 1 GHz หรือน้อยกว่า มีการตอบสนองความถี่แบบเกาส์เซียนหรือแบบผ่านต่ำ เริ่มต้นที่หนึ่งในสามของความถี่ -3 dB และลดลงค่อยๆ ที่ความถี่สูงขึ้น

สโคปที่มีการกำหนดค่ามากกว่า 1 GHz แสดงการตอบสนองที่ราบรื่นสูงสุดพร้อมการลดลงอย่างรวดเร็วใกล้กับความถี่ -3dB ความถี่ต่ำสุดของออสซิลโลสโคปที่สัญญาณขาเข้าถูกลดระดับลง 3 dB จะถือเป็นแบนด์วิธของสโคป ออสซิลโลสโคปที่มีการตอบสนองที่ราบรื่นสูงสุดสามารถลดระดับสัญญาณในแบนด์ที่น้อยกว่าเมื่อเทียบกับออสซิลโลสโคปที่มีการตอบสนองแบบเกาส์เซียน และทำการวัดสัญญาณในแบนด์ได้อย่างแม่นยำมากขึ้น

ในทางกลับกัน สโคปที่มีการตอบสนองแบบเกาส์เซียนลดระดับสัญญาณนอกแบนด์ที่น้อยกว่าเมื่อเทียบกับสโคปที่มีการตอบสนองที่ราบรื่นสูงสุด หมายความว่าสโคปดังกล่าวมีเวลาขึ้น (rise time) ที่เร็วกว่าเมื่อเทียบกับสโคปที่มีการกำหนดค่าแบนด์วิธเดียวกัน การกำหนดค่าเวลาขึ้นของสโคปมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับแบนด์วิธ

ออสซิลโลสโคปที่มีการตอบสนองแบบเกาส์เซียนจะมีเวลาขึ้นประมาณ 0.35/f BW ตามเกณฑ์ 10% ถึง 90% สโคปที่มีการตอบสนองที่ราบรื่นสูงสุดจะมีเวลาขึ้นประมาณ 0.4/f BW ตามความคมชัดของการลดลงของความถี่

เวลาขึ้นคือความเร็วขอบที่เร็วที่สุดที่ออสซิลโลสโคปสามารถแสดงได้หากสัญญาณขาเข้ามีเวลาขึ้นที่เร็วไม่จำกัด การวัดค่าทฤษฎีนี้เป็นไปไม่ได้ ดังนั้นควรคำนวณค่าปฏิบัติ

การระวังสำหรับการวัดที่แม่นยำในออสซิลโลสโคป

สิ่งที่ผู้ใช้ต้องรู้เป็นอย่างแรกคือข้อจำกัดของแบนด์วิธของสโคป แบนด์วิธของออสซิลโลสโคปควรมีขนาดกว้างพอที่จะรองรับความถี่ภายในสัญญาณและแสดงรูปคลื่นได้อย่างถูกต้อง

โพรบที่ใช้ร่วมกับสโคปมีบทบาทสำคัญในการทำงานของอุปกรณ์ แบนด์วิธของออสซิลโลสโคปและโพรบควรมีการผสมผสานที่เหมาะสม การใช้โพรบออสซิลโลสโคปที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ทดสอบทั้งหมดเสียหาย

เพื่อวัดความถี่และขนาดอย่างแม่นยำ แบนด์วิธของสโคปและโพรบที่ต่อเข้ากับสโคปควรสูงกว่าสัญญาณที่ต้องการจับอย่างแม่นยำ ตัวอย่างเช่น หากความแม่นยำของขนาดที่ต้องการคือ ~1% ควรคูณค่าความถี่ของสโคปด้วย 0.1x หมายความว่าสโคป 100MHz สามารถจับสัญญาณ 10MHz ด้วยความผิดพลาดของขนาด 1%

ต้องพิจารณาการทริกเกอร์ของสโคปให้ถูกต้อง เพื่อให้มุมมองของรูปคลื่นชัดเจนมากขึ้น

ผู้ใช้ควรระวังการใช้คลิปกราวน์ขณะวัดความเร็วสูง สายของคลิปสร้างความเหนี่ยวนำและการสั่นสะเทือนในวงจรซึ่งส่งผลต่อการวัด

สรุปบทความทั้งหมดคือ สำหรับออสซิลโลสโคปแอนะล็อก แบนด์วิธของสโคปควรมากกว่าความถี่แอนะล็อกสูงสุดของระบบอย่างน้อย 3 เท่า สำหรับการใช้งานดิจิตอล แบนด์วิธของสโคปควรมากกว่าความถี่นาฬิกาเร็วสุดของระบบอย่างน้อย 5 เท่า