Limitación de Frecuencia de un Osciloscopio

Los osciloscopios son una herramienta increíblemente útil en el mundo de la electrónica después de un multímetro. Sin un osciloscopio, es bastante difícil saber lo que está sucediendo en un circuito. Pero este tipo de equipo de prueba tiene sus propias limitaciones. Para superar esta limitación, uno debe comprender completamente los eslabones más débiles del sistema y compensarlos de la mejor manera posible.
La característica importante del osciloscopio es el ancho de banda. La velocidad a la que puede leer el número de muestras analógicas por segundo es el factor clave para un osciloscopio. Entendamos primero, ¿qué es el ancho de banda? La mayoría de nosotros creemos que la frecuencia máxima permitida por un osciloscopio es el ancho de banda. En realidad, el ancho de banda de un osciloscopio es la frecuencia en la que una señal de entrada sinusoidal se atenúa en 3dB, lo que equivale al 29.3% menos de la amplitud real de la señal.

Esto significa que en el punto de frecuencia máxima calificada, la amplitud mostrada por el instrumento es el 70.7% de la amplitud real de la señal. Supongamos que en la frecuencia máxima, la amplitud real es 5V pero se mostrará en la pantalla como ~3.5V.

Un osciloscopio con una especificación de ancho de banda de 1 GHz o inferior muestra una respuesta gaussiana o de paso bajo de frecuencia, que es un tercio de la frecuencia de -3 dB al principio y se desvanece lentamente a frecuencias más altas.
Los osciloscopios con especificaciones superiores a 1 GHz muestran una respuesta maximamente plana con un desvanecimiento más agudo cerca de la frecuencia de -3dB. La frecuencia más baja del osciloscopio en la que la señal de entrada se atenúa en 3 dB se considera como el ancho de banda del osciloscopio. El osciloscopio con una respuesta maximamente plana puede atenuar señales en banda que son menos comparativas con el osciloscopio con la respuesta gaussiana y realiza mediciones más precisas en las señales en banda.

Por otro lado, el osciloscopio con respuesta gaussiana atenúa señales fuera de banda que son menos comparativas con el osciloscopio con la respuesta maximamente plana. Esto significa que tal osciloscopio tiene un tiempo de subida más rápido en comparación con otros osciloscopios con la misma especificación de ancho de banda. La especificación de tiempo de subida de un osciloscopio está estrechamente relacionada con su ancho de banda.
Un osciloscopio de tipo respuesta gaussiana tendrá un tiempo de subida de aproximadamente 0.35/f BW basado en un criterio del 10% al 90%. Un osciloscopio de tipo respuesta maximamente plana tiene un tiempo de subida de aproximadamente 0.4/f BW basado en la nitidez de la característica de desvanecimiento de la frecuencia.

Debe entenderse que el tiempo de subida es la velocidad de borde más rápida que podría producir el osciloscopio si la señal de entrada tuviera un tiempo de subida teóricamente infinitamente rápido. Pero medir el valor teórico es imposible, por lo que es mejor calcular el valor práctico.

Precauciones necesarias para mediciones precisas en el osciloscopio

1. Lo primero que los usuarios deben saber es la limitación de ancho de banda del osciloscopio. El ancho de banda del osciloscopio debe ser lo suficientemente amplio para acomodar las frecuencias dentro de la señal y mostrar la forma de onda correctamente.

2. La sonda utilizada con el osciloscopio juega un papel importante en el rendimiento del equipo. El ancho de banda del osciloscopio, así como de la sonda, debe estar en una combinación adecuada. Usar una sonda de osciloscopio inadecuada puede arruinar el rendimiento de todo el equipo de prueba.

3. Para medir la frecuencia y la amplitud con precisión, el ancho de banda tanto del osciloscopio como de la sonda conectada a él deben estar bien por encima de la señal que se desea capturar con precisión. Por ejemplo, si la precisión requerida de la amplitud es de ~1%, entonces el factor de berate del osciloscopio por 0.1x, lo que significa que un osciloscopio de 100MHz puede capturar 10MHz con un error de amplitud del 1%.

4. Se debe tener en cuenta la activación correcta del osciloscopio para que la vista resultante de la forma de onda sea mucho más clara.

5. Los usuarios deben estar conscientes de los clips de tierra al tomar mediciones de alta velocidad. El cable del clip produce inductancia y resonancia en el circuito, lo que afecta las mediciones.

6. El resumen de todo el artículo es que para un osciloscopio analógico, el ancho de banda del osciloscopio es al menos tres veces mayor que la frecuencia analógica más alta del sistema. Para aplicaciones digitales, el ancho de banda del osciloscopio es al menos cinco veces mayor que la tasa de reloj más rápida del sistema.

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