Vadovas į osciloskopo pralaidumą

Pasirinkę osciloskopą matavimams, dažnai sutelkite dėmesį į jo specifikacijas, kad užtikrintumėte tikslius rezultatus.Tarp šių specifikacijų, pralaidumo, mėginių ėmimo greičio ir įrašo ilgio išsiskiria kaip pagrindiniai komponentai.Suprasti šias savybes yra svarbu, nes jos daro tiesioginę įtaką osciloskopo veikimui ir jo gebėjimui analizuoti sudėtingus signalus.Šis straipsnis gilinasi į pralaidumo koncepciją, jo padarinius ir ryšį su kita osciloskopo metrica, pateikiant aiškų vadovą, kaip pasiekti tikslų signalo matavimus.

Katalogas

Signalo analizės osciloskopo pralaidumo supratimas

Osciloskopo pralaidumas yra svarbus parametras, apibrėžiantis osciloskopo gebėjimą įvertinti signalo kokybę.Analoginis pralaidumas konkrečiai nurodo dažnį, kuriuo išmatuota sinuso bangos amplitudė mažėja 3 dB, palyginti su realiu signalu.Ši metrika reikalinga norint nustatyti signalų amplitudės tikslumą įvairiais dažniais.

Pavyzdžiui, amplitudės matavimo paklaida pasiekia maždaug 30%, kai bandymo sinuso bangos dažnis atitinka osciloskopo pralaidumą.Norėdami sumažinti šią paklaidą tik 3%, bandymo signalo dažnis turi išlikti mažesnis, paprastai 0,3 karto didesnis už osciloskopo pralaidumą.Norint tiksliai išmatuoti sudėtingus signalus, osciloskopo pralaidumas idealiu atveju turėtų būti penkis kartus didesnis nei tiriamo signalo dažnis, nes sudėtiniuose signaluose dažnai yra kelios harmonikos, viršijančios pagrindinį dažnį.

Pralaidumo apribojimai

Osciloskopai yra svarbi priemonė dinamiškai užfiksuoti ir analizuoti elektrinius signalus per laiko sritį.Tačiau analoginis pralaidumas labiau išryškėja, kai signalai tiriami dažnio srityje.Paprastai signalai apima daugybę spektrinių komponentų, įskaitant harmoniką ir už jo ribų, kaip aprašyta mėginių ėmimo teorijoje.Norint tiksliai įvertinti kiekvieno spektrinio komponento amplitudę ir fazę, esant sudėtingam signalui, reikia tikslios informacijos apie dažnį.Pralaidumas, savo iš esmės, rodo, kad sinusinės bangos, kurioje dažnis atitinka pralaidumą, amplitudės matavimo netikslumai gali pasiekti iki 30%, o vietoj sudėtingo paveikslo siūlo plačią eskizą.

Suprantant dažnio srities, raginama įžvalgą apie spektrinius komponentus, o osciloskopai sukėlė aštrią reljefą.Kai kuriuose scenarijuose tai dažnai gali priklausyti nuo tikslių duomenų ir tobulų sudėtingų sistemų.Atliekant griežto eksperimentavimo ir iteracinio bandymo ciklą, signalo struktūros subtilybės tampa akivaizdžios, atskleidžiančios, kokie tik pralaidumo skaičiai gali nepastebėti.Dinaminė harmonikų sąveika signale gali iš esmės pakeisti našumą, todėl reikia išsamios analizės, dažnai sukurtos naudojant patirtį ir sudėtingus diagnostinius metodus.Tai neįvertinta, tačiau pabrėžia poreikį progresuoti ne tik už pagrindinius pralaidumo vertinimus.

Ryšys tarp pralaidumo ir signalo kilimo laiko

Laiko srities matavimai, tokie kaip kvadratinių bangų kilimas ir kritimo laikas, yra svarbūs signalo analizei.Pakilimo laikas (t_r) Osciloskopo sistema yra matematiškai susijusi su jos pralaidumu (BW) per formulę:

t_r= 0,35/BW (arba 0,42/BW konkrečiais atvejais)

Šis ryšys reiškia, kad didesnis pralaidumas leidžia greičiau išmatuoti pakilimo laiką.Daugeliui įprastų signalų pakilimo laikas apskaičiuojamas kaip 7% signalo laikotarpio (t), kuris atitinka 5 × F laikrodį.Tačiau šiuolaikiniai aukštos kokybės osciloskopai dažnai nukrypsta nuo paprasto pirmosios eilės Gauso RC filtro atsako modelio, parodydami sudėtingesnį elgesį su aukštesnės eilės atsako charakteristikomis.

Pavyzdžiui, pažangūs osciloskopai, turintys plokščios amplitudės ir dažnio reakcijas ir pažangias filtravimo metodus, pasiekia tikslesnį kilimo laiko iki juostos masto koeficientą (pvz., 0,4 arba 0,45).Šie instrumentai užtikrina tikslią bangos formos reprodukciją, net ir didelės spartos serijinių duomenų srautams.Nepaisant šių patobulinimų, vienintelis patikimas būdas patikrinti osciloskopo kilimo laiką yra išbandyti jį idealiu žingsnio signalu, kurio kilimo laikas yra greitesnis nei osciloskopo galimybės.

Be įvertinimų, pagrįstų pralaidumu, tikslūs kilimo laiko vertinimai reikalauja panaudoti idealius žingsnių įvestis.Ši technika sustiprina matavimo tikslumą, suteikdamas daugiau supratimo apie signalo dinamiką.Buvo nustatyta, kad naudojant išsamų metodą, kuris susilieja su pralaidumo vertinimais su tiesiogine matavimo taktika, gaunami tvirtesni ir patikimesni rezultatai.

Zondo pralaidumo ir signalo kilimo laiko skirtumai

Zondai yra svarbūs osciloskopo sistemos komponentai, tiesiogiai paveikiantys matavimo tikslumą ir signalo ištikimybę.Norint užfiksuoti ir analizuoti greitųjų signalų fiksavimą ir analizę, reikia suprasti zondo pralaidumo ir signalo kilimo laiko sąveiką.Tai tiria, kaip tai daro įtaką bangos formos reprodukcijai, pasirinkti tinkamus zondus ir optimizuoti signalo matavimus.

Pralaidumas

Zondai vaidina svarbų vaidmenį matuojant signalą, o jų pralaidumas turi atitikti arba viršyti osciloskopo specifikacijas.Pavyzdžiui, 100 MHz osciloskopo zondas yra skirtas gaudyti signalus iki 100 MHz, be per didelio silpnėjimo.Esant maksimaliam zondo pralaidumui, signalo amplitudė mažėja 3 dB, todėl pastebimas iškraipymas už šio taško ribų.

Norėdami sumažinti klaidas, zondo pralaidumas turėtų būti nuo 3 iki 5 kartų didesnis už signalo dažnį.Pvz., Norint išmatuoti 100 MHz kvadratinės bangos, reikalingas zondas, kurio pralaidumas yra nuo 300 MHz iki 500 MHz, kad būtų užfiksuoti aukšto dažnio komponentai ir išsaugoti bangos formos vientisumą.

Pakilimo laikas

Nors pralaidumas apibūdina dažnio srities našumą, pakilimo laikas parodo laiko srities tikslumą.Greitesnis pakilimo laikas užtikrina geresnį signalo atkūrimą laiko srityje.Zondų pakilimo laikas turėtų būti bent 3–5 kartus greičiau nei tiriamas signalas, kad būtų pasiekti patikimi rezultatai.

Mėginių ėmimo greitis

Skaitmeniniai osciloskopai yra apibrėžti pagal jų mėginių ėmimo greitį, paprastai išreikštą gigasamplaktuose per sekundę (GS/s).1 GS/s atrankos greitis reiškia, kad osciloskopas užfiksuoja vieną milijardą duomenų taškų per sekundę.Tačiau šis greitis nėra pastovus;Tai skiriasi priklausomai nuo osciloskopo skiriamosios gebos ir nustatymų.Tiksliam signalo atkūrimui mėginių ėmimo greitis turi būti bent 2,5 karto didesnis už signalo pralaidumą, o sudėtingoms bangų formoms rekomenduojama didesni.

Įrašo ilgis

Įrašų ilgis nustato, kiek duomenų osciloskopas gali užfiksuoti per tam tikrą laiką.Jis apskaičiuojamas taip:

Įrašo ilgis = mėginių ėmimo greitis × nuskaitymo greitis × 10

Ilgesnis įrašo ilgis leidžia osciloskopui išsaugoti išsamesnę bangos formos informaciją, kritišką analizuojant ilgas signalų sekas ar trumpalaikius įvykius.

Išvada

Tinkamo osciloskopo pasirinkimas tiksliems matavimams apima sudėtingų pralaidumo, kilimo laiko, zondo specifikacijų, mėginių ėmimo greičio ir rekordinio ilgio supratimą.Nors pralaidumas išlieka kertiniu akmens specifikacija, jis turi būti įvertintas kartu su šiais kitais parametrais, siekiant užtikrinti, kad osciloskopas atitiktų šiuolaikinės greitos ir sudėtingos signalo analizės reikalavimus.Įvertindami šiuos veiksnius holistiškai, jų programose galite pasiekti tikslius, patikimus ir reikšmingus matavimus.

Dažnai užduodami klausimai [DUK]

1. Kaip apskaičiuoti juostos pralaidumo filtro pralaidumą?

Pralaidumas yra diapazonas tarp viršutinio ribinio dažnio ir apatinio ribinio dažnio.

Naudokite formulę: pralaidumas (bw) = f₂ - f₁,

kur F₂ yra viršutinė ribinė dažnis, o F₁ yra apatinis ribinis dažnis.

2. Kaip aš galiu padidinti filtro grandinės pralaidumą?

Galite padidinti filtro grandinės pralaidumą šiais būdais: sumažinkite filtro grandinės kokybės koeficientą (Q).Įveskite neigiamus atsiliepimus, kad sumažintumėte grandinės padidėjimą.Sujunkite kelis etapus, kad sukurtumėte sudėtinį filtrą su patobulintu pralaidumu.

3. Ką reiškia 3DB ir 6DB pralaidumas?

3DB pralaidumas reiškia dažnių diapazoną, kai galia sumažėja iki 50% didžiausios vertės (arba 3DB žemiau smailės).6dB pralaidumas parodo diapazoną, kai galia sumažėja iki 25% didžiausios vertės (arba 6db žemiau smailės).