Frequentiebeperking van een oscilloscoop
Oscilloscopen zijn een uiterst nuttig hulpmiddel in de elektronica na een multimeter. Zonder een oscilloscoop is het erg moeilijk om te weten wat er in een circuit gebeurt. Maar dit type testapparatuur heeft ook zijn beperkingen. Om deze beperkingen te overwinnen, moet men de zwakste schakels in het systeem volledig begrijpen en daar op de beste manier voor compenseren.
Het belangrijkste kenmerk van een oscilloscoop is de bandbreedte. Hoe snel het aantal analoge monsters per seconde dat het kan lezen, is de sleutelfactor voor een oscilloscoop. Laten we eerst begrijpen, wat is bandbreedte? De meesten van ons geloven dat de maximale toegestane frequentie door een oscilloscoop de bandbreedte is. Eigenlijk is de bandbreedte van een oscilloscoop de frequentie waarop een sinusvormig ingangssignaal met 3dB wordt afgezwakt, wat 29,3% lager is dan de ware amplitude van het signaal.
Dit betekent dat op het maximum toegestane frequentiepunt, de amplitude die door het instrument wordt weergegeven 70,7% is van de werkelijke amplitude van het signaal. Stel bijvoorbeeld dat de werkelijke amplitude bij de maximale frequentie 5V is, maar op het scherm zal het worden weergegeven als ~3,5V.
Een oscilloscoop met een specificatie van 1 GHz bandbreedte of lager toont een Gaussische respons of laagdoorlaat frequentierespons, die één derde is van de -3 dB frequentie aan het begin en langzaam afloopt bij hogere frequenties.
Oscilloscopen met een specificatie groter dan 1 GHz tonen een maximaal vlakke respons met een scherpere afloop nabij de -3dB frequentie. De laagste frequentie van een oscilloscoop waarbij het ingangssignaal met 3 dB wordt afgezwakt, wordt beschouwd als de bandbreedte van de oscilloscoop. Een oscilloscoop met een maximaal vlakke respons kan in-band signalen minder afzwakken vergeleken met een oscilloscoop met een Gaussische respons en doet nauwkeuriger metingen op in-band signalen.
Aan de andere kant verzwakt een oscilloscoop met een Gaussische respons uit-bandsignalen minder in vergelijking met een oscilloscoop met een maximaal vlakke respons. Dit betekent dat zo'n oscilloscoop een snellere stijgtijd heeft in vergelijking met andere oscilloscopen met dezelfde bandbreedtespecificatie. De stijgtijd-specificatie van een oscilloscoop staat in nauw verband met de bandbreedte.
Een oscilloscoop met een Gaussische respons heeft ongeveer een stijgtijd van 0,35/f BW gebaseerd op een criterium van 10% tot 90%. Een oscilloscoop met een maximaal vlakke respons heeft ongeveer een stijgtijd van 0,4/f BW gebaseerd op de scherpte van de frequentieafloopkenmerken.
Je moet begrijpen dat de stijgtijd de snelste randversnelling is die door de oscilloscoop kan worden geproduceerd als het ingangssignaal een theoretisch oneindig snelle stijgtijd heeft. Maar om de theoretische waarde te meten is onmogelijk, dus het is beter om de praktische waarde te berekenen.
Voorzorgsmaatregelen voor nauwkeurige metingen met een oscilloscoop
Het eerste wat gebruikers moeten weten, is de bandbreedtebeperking van de oscilloscoop. De bandbreedte van de oscilloscoop moet voldoende breed zijn om de frequenties binnen het signaal te bevatten en de golfvorm correct weer te geven.
De sonde die met de oscilloscoop wordt gebruikt, speelt een belangrijke rol in de prestaties van het apparaat. De bandbreedte van zowel de oscilloscoop als de sonde moet goed op elkaar afgestemd zijn. Het gebruik van een onjuiste oscilloscoopsonde kan de prestaties van het hele testapparaat verstoren.
Om de frequentie en amplitude nauwkeurig te meten, moeten de bandbreedten van zowel de oscilloscoop als de eraan verbonden sonde ver boven het signaal liggen dat je precies wilt vastleggen. Bijvoorbeeld, als de vereiste nauwkeurigheid van de amplitude ~1% is, dan moet de bandbreedtefactor van de oscilloscoop 0,1x zijn, wat betekent dat een 100MHz oscilloscoop 10MHz kan vastleggen met een 1%-fout in de amplitude.
Men moet rekening houden met de juiste trigger van de oscilloscoop, zodat het resultante beeld van de golfvorm veel duidelijker is.
Gebruikers moeten zich bewust zijn van de grondclips bij het nemen van hoge-snelheidsmetingen. Het draadje van de clip produceert inductie en ringing in het circuit, wat de metingen beïnvloedt.
De samenvatting van het hele artikel is dat voor een analoge oscilloscoop, de bandbreedte van de oscilloscoop minstens drie keer hoger is dan de hoogste analoge frequentie van het systeem. Voor digitale toepassingen is de bandbreedte van de oscilloscoop minstens vijf keer hoger dan de snelste kloksnelheid van het systeem.
Verklaring: Eerbiedig het origineel, goede artikelen zijn de moeite waard om te delen, indien er sprake is van inbreuk neem dan contact op om te verwijderen.
