Обмеження частоти осцилографа

Обмеження шириною полоси пропускання

Осцилографи, подібно до мультиметрів, є важливими інструментами для розуміння електричних схем. Однак, вони мають обмеження. Для ефективного використання осцилографа важливо знати ці обмеження та знайти способи їх усунення.

Одним з ключових параметрів осцилографа є його ширина полоси пропускання. Ширина полоси пропускання визначає, наскільки швидко він може зразувати аналогові сигнали. Що таке ширина полоси пропускання? Багато хто думає, що це максимальна частота, яку може обробити осцилограф. Насправді, ширина полоси пропускання — це частота, при якій амплітуда сигналу падає на 3 дБ, або на 29,3% нижче від його справжньої амплітуди.

На максимально допустимій частоті осцилограф показує 70,7% фактичної амплітуди сигналу. Наприклад, якщо фактична амплітуда становить 5 В, осцилограф буде показувати її близько 3,5 В.

Осцилографи з шириною полоси пропускання 1 ГГц або менше мають гауссівську або низькопропускну частотну характеристику, яка починається при одній третині частоти -3 дБ і поступово зменшується на вищих частотах.

Осцилографи з характеристиками більше 1 ГГц демонструють максимально плоску частотну характеристику з гострим спадом поблизу частоти -3 дБ. Нижча частота осцилографа, при якій входячий сигнал знижується на 3 дБ, вважається шириной полоси пропускання. Осцилограф з максимальною плоскою характеристикою може знижувати внутрішньополосні сигнали менше, порівняно з осцилографом з гауссівською характеристикою, і проводити більш точні вимірювання внутрішньополосних сигналів.

З іншого боку, осцилограф з гауссівською характеристикою знижує зовнішньополосні сигнали менше, порівняно з осцилографом з максимальною плоскою характеристикою. Це означає, що такий осцилограф має швидший час наростання, порівняно з іншими осцилографами з такою ж характеристикою ширини полоси пропускання. Характеристика часу наростання осцилографа тісно пов'язана з його шириною полоси пропускання.

Осцилограф з гауссівською характеристикою матиме час наростання приблизно 0,35/f BW, залежно від критерію 10% до 90%. Осцилограф з максимальною плоскою характеристикою матиме час наростання приблизно 0,4/f BW, залежно від гостроти частотної характеристики.

Час наростання — це найшвидша швидкість наростання, яку осцилограф може показати, якщо входячий сигнал має нескінченно швидкий час наростання. Вимірювання цієї теоретичної величини неможливе, тому краще обчислити практичне значення.

Попередження для точних вимірювань за допомогою осцилографа

Перше, що користувачі повинні знати, — це обмеження ширини полоси пропускання осцилографа. Ширина полоси пропускання осцилографа повинна бути достатньою, щоб вмістити частоти всередині сигналу та правильно показати форму сигналу.

Зонд, використовуваний з осцилографом, грає важливу роль у продуктивності обладнання. Ширина полоси пропускання осцилографа та зонду повинні бути правильно підібрані. Використання неправильного зонду може погіршити продуктивність всього вимірювального обладнання.

Для точного вимірювання частоти та амплітуди, ширина полоси пропускання як осцилографа, так і зонду, повинна бути значно вище, ніж сигнал, який потрібно точно захопити. Наприклад, якщо потрібна точність амплітуди становить ~1%, то фактор запасу осцилографа повинен бути 0,1x, що означає, що осцилограф з шириною полоси пропускання 100 МГц може захопити сигнал 10 МГц з похибкою амплітуди 1%.

Необхідно враховувати правильне запускання осцилографа, щоб отримати чіткий перегляд форми сигналу.

Користувачам слід бути обережними з заземлюючими кліпсами при проведенні високоскоростних вимірювань. Дріт кліпси створює індуктивність та резонанс у схемі, що впливає на вимірювання.

Висновок статті полягає в тому, що для аналогового осцилографа, ширина полоси пропускання осцилографа повинна бути принаймні у три рази вища, ніж найвища аналогова частота системи. Для цифрових застосувань, ширина полоси пропускання осцилографа повинна бути принаймні у п'ять разів вища, ніж найшвидша тактовая частота системи.