Полоса пропускания - важнейшая характеристика осциллографа, соотношение полосы пропускания и амплитуды сигнала

Магазин Gtest(R) предлагает широкую номенклатуру осциллографов на приводимой в самом конце Раздела страничке сайта, а также рекомендуемые приборы и статьи для самообразования 

Проделайте небольшой тест. Задействуйте свой 100 MHz осциллограф для измерения сигнала 100MHz, 3.3V амплитудой. Вы получите неточное значение по амплитуде. Эта проблема имеет свои корни в полосе пропускания осциллографа.

 1.    Что есть полоса пропускания?

Полоса пропускания – важнейшая характеристика осциллографа, но что это такое? Полоса пропускания соотносится с аналоговой полосой пропускания аналогового внешнего интерфейса осциллографа и напрямую определяет способности прибора измерять сигналы. В точном определении, полоса пропускания осциллографа есть наивысшее значение частоты при амплитуде измеряемой синусоиды не ниже чем 3dB амплитуды синусоиды реального сигнала (то есть 70.7% истинной амплитуды сигнала), что также известно как -3dB точка отсечения по частоте. При повышении частоты сигнала, способность осциллографа точно воспроизводить его уровень снижается.

Когда измеряемая частота синусоиды одинакова с полосой пропускания осциллографа (усилитель осциллографа настроен на реакцию Гаусса), то мы можем увидеть, что ошибка при измерениях достигает 30%. Если же имеет место требование, чтобы погрешность измерений составляла не более 3%, то частота измеряемого сигнала должна быть существенно меньше полосы пропускания осциллографа. Например, при использовании 100MHz осциллографа для измерений синусоидального сигнала 100MHz, 1Vpp, полученные измерения будут 100MHz, 0.707Vpp, формы синусоиды. И это только для простого случая синусоиды, а нужно учитывать, что большинство сигналов значительно более сложные, чем обыкновенная синусоида, в их составе содержатся пакеты с высокочастотными составляющими.Таким образом, для того, чтобы достигнуть определённой точности при измерениях, необходимо применять фундаментальное правило, которое обычно упоминается как «стандарт 5»:

Требуемая полоса пропускания осциллографа = наивысшая частота измеряемого сигнала, делённая на 5.

2.    Правильный подбор полосы пропускания
 Комплексные сигналы в форме волны формируются разнообразием различных гармонических синусоидальных импульсов, полосы частот которых могут быть очень широкими. Когда полоса пропускания прибора недостаточно высока, то гармонические компоненты не будут эффективно усилены (блокированы или ослаблены), что может привести к искажению амплитуды, потере краёв сигнала, утрате характеристик сигнала, etc. Такие характеристики сигнала как коды символов и тональные посылки etc. не будут обладать исходными величинами.
Таким образом, для измерений сигналов с переменными частотами наличие надлежащей полосы пропускания осциллографа чрезвычайно важно. При измерениях высокочастотных сигналов, как то измерения 27MHz детекторного сигнала, необходимо измерение полной полосы пропускания.
Если на осциллографе присутствует ограничение по пропускной способности, как то ограничение выставлено на 20MHz, то отображаемая форма детекторного сигнала будет искажена и сами измерения не будут иметь смысла. При измерениях низкочастотных сигналов необходимо выставить ограничение по пропускной способности осциллографа на такой уровень, чтобы был задействован фильтр высокочастотных помех и, как результат, низкочастотные сигналы будут отображены на экране максимально точно.  

 3.     Полоса пропускания и время нарастания фронта импульса
 Что касается полосы пропускания прибора, то такая характеристика как время нарастания фронта импульса не может быть проигнорирована. Время нарастания фронта импульса обычно определяется как время, за которое амплитуда сигнала изменяется от  10% до 90% своей устойчивой величины.

 
Полоса пропускания осциллографа способна непосредственно определять минимальное время нарастания фронта сигнала. Характеристики системы осциллографа, измеряющей время нарастания фронта импульса, могут быть определены из установленной полосы пропускания прибора. Применяется формула: RT (время нарастания) = 0.35 / BW (полосы пропускания), при этом речь идёт об осциллографах ниже 1GHz полосы пропускания.
 
В данном уравнении 0.35 представляет собой коэффициент между полосой пропускания осциллографа и временем нарастания фронта импульса (10% -90% время нарастания в первом порядке модели Гаусса). Согласно этой формуле, если полоса пропускания осциллографа 200MHz, то можно рассчитать время нарастания фронта импульса RT = 1.75ns, что есть минимальное время для фиксации этой характеристики.

Магазин Gtest® - авторизованный поставщик осциллографов в Украину: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/ostcillografy