Limitação de Frequência de um Osciloscópio

Osciloscópios são uma ferramenta incrivelmente útil no mundo da eletrônica, após o multímetro. Sem um osciloscópio, é bastante difícil saber o que está acontecendo em um circuito. Mas este tipo de equipamento de teste tem suas próprias limitações. Para superar essa limitação, é necessário compreender plenamente os pontos fracos do sistema e compensá-los da melhor maneira possível.
A característica importante do osciloscópio é a largura de banda. Quão rápido o número de amostras analógicas por segundo que ele pode ler é o fator-chave para um osciloscópio. Vamos entender primeiro, o que é largura de banda? A maioria de nós acredita que a frequência máxima permitida pelo osciloscópio é a largura de banda. Na verdade, a largura de banda de um osciloscópio é a frequência na qual um sinal de entrada sinusoidal é atenuado em 3dB, que é 29,3% menor do que a amplitude real do sinal.

Isso significa que no ponto de frequência máxima, a amplitude mostrada pelo instrumento é 70,7% da amplitude real do sinal. Suponha que, na frequência máxima, a amplitude real seja 5V, mas será exibida na tela como ~3,5V.

Um osciloscópio com especificação de largura de banda de 1 GHz ou inferior mostra uma resposta Gaussiana ou de passagem baixa, que é um terço da frequência -3 dB no início e se reduz gradualmente em frequências mais altas.
Scopes com especificação superior a 1 GHz mostram uma resposta maximamente plana com uma redução mais acentuada perto da frequência -3dB. A menor frequência do osciloscópio na qual o sinal de entrada é atenuado em 3 dB é considerada a largura de banda do osciloscópio. O osciloscópio com uma resposta maximamente plana pode atenuar sinais in-band que são menos comparativos ao osciloscópio com a resposta Gaussiana e fazer medições mais precisas em sinais in-band.

Por outro lado, o scope com resposta Gaussiana atenua sinais fora da banda que são menos comparativos ao scope com a resposta maximamente plana. Isso significa que tal scope tem um tempo de subida mais rápido comparativo a outros scopes com a mesma especificação de largura de banda. A especificação de tempo de subida de um scope está intimamente relacionada à sua largura de banda.
Um osciloscópio do tipo resposta Gaussiana terá um tempo de subida de aproximadamente 0,35/f BW, baseado em um critério de 10% a 90%. Um scope do tipo resposta maximamente plana tem um tempo de subida de aproximadamente 0,4/f BW, baseado na nitidez da característica de redução da frequência.

Você deve entender que o tempo de subida é a velocidade de borda mais rápida que pode ser produzida pelo scope se o sinal de entrada tiver um tempo de subida teoricamente infinitamente rápido. Mas medir o valor teórico é impossível, então é melhor calcular o valor prático.

Precauções Necessárias para Medidas Precisas no Osciloscópio

1. A primeira coisa que os usuários devem saber é a limitação de largura de banda do scope. A largura de banda do osciloscópio deve ser suficientemente ampla para acomodar as frequências dentro do sinal e exibir corretamente a forma de onda.

2. A sonda usada com o scope desempenha um papel importante no desempenho do equipamento. A largura de banda do osciloscópio, bem como a sonda, deve estar em combinação adequada. Usar uma sonda de osciloscópio inadequada pode comprometer o desempenho de todo o equipamento de teste.

3. Para medir a frequência e a amplitude com precisão, a largura de banda tanto do scope quanto da sonda anexada a ele devem estar bem acima do sinal que você deseja capturar com precisão. Por exemplo, se a precisão requerida da amplitude for de ~1%, então o fator berate do scope deve ser de 0,1x, o que significa que um scope de 100MHz pode capturar 10MHz com um erro de amplitude de 1%.

4. É necessário levar em consideração a correção do disparo do scope para que a visão resultante da forma de onda seja muito mais clara.

5. Os usuários devem estar cientes dos clips de terra ao realizar medições de alta velocidade. O fio do clip produz indutância e zumbido no circuito, o que afeta as medições.

6. O resumo de todo o artigo é que, para o scope analógico, a largura de banda do scope é pelo menos três vezes maior que a frequência analógica mais alta do sistema. Para aplicações digitais, a largura de banda do scope é pelo menos cinco vezes maior que a taxa de clock mais rápida do sistema.

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