Limitazione di Frequenza di un Oscilloscopio

Gli oscilloscopi sono uno strumento incredibilmente utile nel mondo elettronico dopo un multimetro. Senza uno strumento di questo tipo, è piuttosto difficile sapere cosa sta accadendo in un circuito. Tuttavia, questo tipo di attrezzatura ha le sue proprie limitazioni. Per superare queste limitazioni, è necessario comprendere appieno i punti deboli del sistema e compensarli nel miglior modo possibile.
La caratteristica importante dell'oscilloscopio è la banda passante. Quanto rapidamente può leggere il numero di campioni analogici al secondo è il fattore chiave per un oscilloscopio. Vediamo prima, cos'è la banda passante? La maggior parte di noi crede che la frequenza massima consentita da uno strumento sia la banda passante. In realtà, la banda passante di un oscilloscopio è la frequenza alla quale un segnale d'ingresso sinusoidale viene attenuato di 3 dB, ovvero il 29,3% in meno rispetto all'amplitudine vera del segnale.

Significa che al punto di frequenza massima, l'amplitudine mostrata dallo strumento è il 70,7% dell'amplitudine effettiva del segnale. Supponiamo che alla frequenza massima, l'amplitudine reale sia di 5V, ma verrà visualizzata sullo schermo come ~3,5V.

Un oscilloscopio con specifiche di banda passante di 1 GHz o inferiore mostra una risposta gaussiana o una risposta di banda bassa che è un terzo della frequenza -3 dB all'inizio e si riduce gradualmente a frequenze più alte.
Gli strumenti con specifiche superiori a 1 GHz mostrano una risposta massimamente piatta con una caduta più brusca vicino alla frequenza -3dB. La frequenza più bassa dell'oscilloscopio alla quale il segnale d'ingresso viene attenuato di 3 dB è considerata come la banda passante dello strumento. L'oscilloscopio con una risposta massimamente piatta può attenuare i segnali in banda in misura minore rispetto all'oscilloscopio con risposta gaussiana e può eseguire misurazioni più accurate sui segnali in banda.

D'altra parte, lo strumento con risposta gaussiana attenua i segnali fuori banda in misura minore rispetto allo strumento con risposta massimamente piatta. Ciò significa che tale strumento ha un tempo di salita più rapido rispetto ad altri strumenti con le stesse specifiche di banda passante. La specifica del tempo di salita di uno strumento è strettamente correlata alla sua banda passante.
Un oscilloscopio di tipo risposta gaussiana avrà un tempo di salita di circa 0,35/f BW basato su un criterio del 10% al 90%. Un oscilloscopio di tipo risposta massimamente piatta ha un tempo di salita di circa 0,4/f BW basato sulla nettezza della caratteristica di roll-off della frequenza.

È necessario comprendere che il tempo di salita è la velocità di bordo più rapida che può essere prodotta dallo strumento se il segnale d'ingresso ha un tempo di salita teoricamente infinitamente veloce. Ma per misurare il valore teorico è impossibile, quindi è meglio calcolare il valore pratico.

Precauzioni richieste per misurazioni precise nell'oscilloscopio

1. La prima cosa che gli utenti devono conoscere è la limitazione di banda passante dello strumento. La banda passante dell'oscilloscopio deve essere abbastanza ampia da ospitare le frequenze all'interno del segnale e visualizzare correttamente la forma d'onda.

2. Il sondino utilizzato con lo strumento svolge un ruolo importante nelle prestazioni dell'attrezzatura. La banda passante dell'oscilloscopio e del sondino dovrebbero essere in combinazione appropriata. L'uso di un sondino non adatto può compromettere le prestazioni di tutta l'attrezzatura di prova.

3. Per misurare con precisione la frequenza e l'amplitudine, la banda passante sia dello strumento che del sondino collegato devono essere ben al di sopra del segnale che si desidera catturare con precisione. Ad esempio, se la precisione richiesta dell'amplitudine è di ~1%, allora il fattore di berate dello strumento sarà di 0,1x, ciò significa che uno strumento da 100MHz può catturare 10MHz con un errore di ampiezza del 1%.

4. È necessario prendere in considerazione l'innescamento corretto dello strumento in modo che la vista risultante della forma d'onda sia molto più chiara.

5. Gli utenti dovrebbero essere consapevoli dei clip di massa durante le misurazioni ad alta velocità. Il filo del clip produce induttanza e risonanza nel circuito, influenzando le misurazioni.

6. Il riassunto dell'articolo intero è che per uno strumento analogico, la banda passante dello strumento deve essere almeno tre volte superiore alla frequenza analogica più alta del sistema. Per le applicazioni digitali, la banda passante dello strumento deve essere almeno cinque volte superiore alla frequenza oraria più veloce del sistema.

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