Смуга пропускання - найважливіша характеристика осцилографа, співвідношення смуги пропускання та амплітуди сигналу

Магазин Gtest(R) пропонує широку номенклатуру осцилографів на сторінці сайту, що наводиться в самому кінці Розділу, а також рекомендовані прилади та статті для самоосвіти

Виконайте невеликий тест. Задайте свій 100 MHz осцилограф для вимірювання сигналу 100MHz, 3.3V амплітудою. Ви отримаєте неточне значення за амплітудою. Ця проблема має своє коріння в смузі пропускання осцилографа.

1. Що таке смуга пропускання?

Смуга пропускання – найважливіша характеристика осцилографа, але що таке? Смуга пропускання співвідноситься з аналоговою смугою пропускання аналогового зовнішнього інтерфейсу осцилографа і визначає здатності приладу вимірювати сигнали. У точному визначенні, смуга пропускання осцилографа є найвищим значенням частоти при амплітуді вимірюваної синусоїди не нижче ніж 3dB амплітуди синусоїди реального сигналу (тобто 70.7% справжньої амплітуди сигналу), що також відомо як -3dB точка відсікання по частоті. При підвищенні частоти сигналу здатність осцилографа точно відтворювати його рівень знижується.

Коли частота синусоїди, що вимірюється, однакова зі смугою пропускання осцилографа (підсилювач осцилографа налаштований на реакцію Гаусса), то ми можемо побачити, що помилка при вимірюваннях досягає 30%. Якщо ж має місце вимога, щоб похибка вимірювань становила не більше 3%, то частота сигналу, що вимірюється повинна бути істотно менше смуги пропускання осцилографа. Наприклад, при використанні 100MHz осцилографа для вимірювання синусоїдального сигналу 100MHz, 1Vpp, отримані вимірювання будуть 100MHz, 0.707Vpp, форми синусоїди. І це тільки для простого випадку синусоїди, а потрібно враховувати, що більшість сигналів значно складніші, ніж звичайна синусоїда, в їх складі містяться пакети з високочастотними складовими. Таким чином, для того, щоб досягти певної точності при вимірюваннях, необхідно застосовувати фундаментальне правило яке зазвичай згадується як «стандарт 5»:
Необхідна смуга пропускання осцилографа = найвища частота сигналу, що вимірюється, поділена на 5.

2. Правильний підбір смуги пропускання

Комплексні сигнали у формі хвилі формуються різноманітністю різних гармонійних синусоїдальних імпульсів, смуги частот яких можуть бути дуже широкими. Коли смуга пропускання приладу недостатньо висока, то гармонійні компоненти не будуть ефективно посилені (блоковані або ослаблені), що може призвести до спотворення амплітуди, втрати країв сигналу, втрати характеристик сигналу, etc. Такі характеристики сигналу як коди символів та тональні посилки etc. не володітимуть вихідними величинами.
Таким чином, для вимірювань сигналів зі змінними частотами наявність належної смуги пропускання осцилографа є надзвичайно важливою. При вимірюваннях високочастотних сигналів, як вимірювання 27MHz детекторного сигналу, необхідний вимірювання повної смуги пропускання.
Якщо на осцилографі присутня обмеження по пропускній здатності, як то обмеження виставлено на 20MHz, то форма детекторного сигналу, що відображається, буде спотворена і самі вимірювання не будуть мати сенсу. При вимірюваннях низькочастотних сигналів необхідно виставити обмеження пропускної здатності осцилографа на такий рівень, щоб був задіяний фільтр високочастотних перешкод і, як результат, низькочастотні сигнали будуть відображені на екрані максимально точно.

3. Смуга пропускання та час наростання фронту імпульсу

Що стосується смуги пропускання приладу, то така характеристика, як час наростання фронту імпульсу, не може бути проігнорована. Час наростання фронту імпульсу зазвичай визначається як час, протягом якого амплітуда сигналу змінюється від 10% до 90% своєї стійкої величини.

Смуга пропускання осцилографа здатна безпосередньо визначати мінімальний час наростання фронту сигналу. Характеристики системи осцилографа, що вимірює час наростання фронту імпульсу, можуть бути визначені із встановленої смуги пропускання приладу. Застосовується формула: RT (час наростання) = 0.35/BW (смуги пропускання), при цьому йдеться про осцилографи нижче 1GHz смуги пропускання.

У даному рівнянні 0.35 є коефіцієнт між смугою пропускання осцилографа і часом наростання фронту імпульсу (10% -90% час наростання в першому порядку моделі Гаусса). Згідно з цією формулою, якщо смуга пропускання осцилографа 200MHz, можна розрахувати час наростання фронту імпульсу RT = 1.75ns, що є мінімальний час для фіксації цієї характеристики.

Магазин Gtest® - авторизований постачальник осцилографів в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/ostcillografy