Comprensione delle specifiche chiave negli oscilloscopi digitali: frequenza di campionamento, larghezza di banda e risoluzione

Introduzione
Quando si studiano i segnali elettrici, sono necessari oscilloscopi digitali. È necessario conoscere gli aspetti più importanti di un oscilloscopio digitale se si desidera ottenere il massimo dall'utilizzo di uno. In questa sezione, daremo uno sguardo più approfondito a questi tre fondamentali, ovvero risoluzione, larghezza di banda e frequenza di campionamento.

Questi fattori hanno un impatto significativo sulle capacità operative dell'oscilloscopio e sul suo livello di precisione. Acquisire una comprensione delle connessioni esistenti tra questi fattori può aiutarti a selezionare a oscilloscopio digitale su misura per soddisfare i requisiti specifici del tuo lavoro.

Frequenza di campionamento
La frequenza di campionamento di a oscilloscopio digitale è uno dei fattori più importanti che determina il livello di accuratezza e affidabilità del segnale che visualizza. È una misura che indica quante letture un oscilloscopio è in grado di catturare in un certo lasso di tempo.

La frequenza di campionamento si riferisce al numero di campioni raccolti in un secondo ed è spesso indicata in megacampioni al secondo (MS/s) o gigacampioni al secondo (GS/s).

L'aumento della frequenza di campionamento è necessario se l'utente desidera che l'oscilloscopio sia in grado di catturare e ricostruire il segnale con un livello di precisione più elevato. Secondo il teorema del campionamento di Nyquist-Shannon, la tua frequenza di campionamento deve essere due volte più veloce della frequenza massima del segnale per poter ricostruire correttamente un segnale. Questa è una necessità per te per poterlo fare.

Avrai bisogno di un oscilloscopio con una frequenza di campionamento sufficientemente alta se vuoi essere in grado di raccogliere ed esaminare i segnali ad alte frequenze senza incontrare alcun aliasing o distorsione.

È possibile notare una diminuzione della frequenza di campionamento effettiva se si utilizzano strumenti analitici complicati, come le funzioni matematiche delle forme d'onda o la decodifica del protocollo seriale, o se si utilizzano molti canali contemporaneamente.

Entrambi questi fattori potrebbero contribuire a un calo della frequenza di campionamento effettiva. Affinché le misurazioni siano accurate, è necessario essere consapevoli della relazione tra il numero di canali attivi e la frequenza di campionamento.

Larghezza di banda
La sua "larghezza di banda" si riferisce alla gamma di frequenze che può costantemente rilevare e visualizzare, e il termine deriva dalla parola "larghezza di banda". Si riferisce all'intervallo di frequenza attraverso il quale la risposta in ampiezza dell'oscilloscopio rimane costante entro una certa tolleranza, che tipicamente è di -3 dB.

È un'idea sbagliata comune che la larghezza di banda fornisca un'indicazione della frequenza più alta che può essere vista su un oscilloscopio in qualsiasi momento. D'altra parte, la larghezza di banda è l'intervallo di frequenza in cui l'oscilloscopio può eseguire misurazioni accurate dell'ampiezza.

Per misurazioni accurate, si consiglia di utilizzare oscilloscopi con una larghezza di banda almeno cinque volte maggiore della componente di frequenza più alta del segnale che interessa.

Le capacità del tempo di salita dell'oscilloscopio sono uno degli aspetti influenzati dalle esigenze di larghezza di banda. Il tempo impiegato dall'ampiezza di un segnale per aumentare dal 10% al 90% del suo valore più alto è indicato come tempo di salita.

Un oscilloscopio con una larghezza di banda maggiore in grado di registrare e mostrare con precisione i segnali del tempo di salita rapida è eccellente per le applicazioni che richiedono un'analisi temporale precisa e misurazioni ad alta frequenza. Questi tipi di misurazioni sono spesso richiesti in combinazione tra loro.

Risoluzione
Il più piccolo aumento di tensione che un oscilloscopio è in grado di visualizzare con precisione viene definito "risoluzione" del dispositivo. Il numero di bit contenuti all'interno dell'ADC che è stato utilizzato per digitalizzare il segnale servirà come fattore decisivo. Gli oscilloscopi hanno in genere una risoluzione orizzontale di 8 bit, tuttavia questo numero può variare fino a 10 bit o anche superiore.

La risoluzione verticale dell'oscilloscopio è direttamente collegata alla sua capacità di rilevare e visualizzare accuratamente anche le minime variazioni di tensione.

Gli oscilloscopi con una risoluzione maggiore sono in grado di misurare meglio i segnali deboli e rilevare le minime fluttuazioni nelle forme d'onda rispetto a quelli con una risoluzione inferiore. Tuttavia, è importante tenere presente che l'aumento della risoluzione potrebbe potenzialmente comportare anche un aumento del rumore di fondo, che avrebbe un impatto sul rapporto segnale/rumore.

La risoluzione verticale dell'oscilloscopio che scegli dovrebbe essere determinata dai requisiti di misurazione che hai. Quando si ha a che fare con segnali di grande ampiezza, sembra che una risoluzione di 8 bit sia sufficiente.

Tuttavia, potrebbe essere necessaria una risoluzione maggiore di 10 bit o più per le applicazioni che richiedono misurazioni precise della tensione o che includono segnali di bassa ampiezza. LISUN fornisce anche il miglior oscilloscopio digitale.

Il condizionamento del segnale, il rumore di fondo ei metodi di elaborazione incorporati nell'oscilloscopio possono tutti influenzare la risoluzione effettiva. Per questo motivo, è assolutamente necessario avere una solida conoscenza della risoluzione effettiva dell'oscilloscopio in una varietà di condizioni operative diverse e tenere conto di eventuali limitazioni potenziali.

Interazione tra frequenza di campionamento, larghezza di banda e risoluzione
La frequenza di campionamento, la larghezza di banda e la risoluzione di un oscilloscopio sono tutti fattori che contribuiscono alle prestazioni complessive dello strumento. Esiste un forte legame tra questi tre aspetti dello strumento. Affinché i risultati delle misurazioni siano affidabili, la loro interazione deve essere presa in considerazione.

La frequenza di campionamento deve essere abbastanza veloce da catturare la larghezza di banda del segnale. Secondo il teorema del campionamento di Nyquist-Shannon, la frequenza di campionamento dovrebbe essere almeno doppia rispetto alla larghezza di banda del segnale per evitare che si verifichi l'aliasing. Di conseguenza, è essenziale scegliere un oscilloscopio la cui frequenza di campionamento sia paragonabile o superiore alla larghezza di banda richiesta.

Altri aspetti essenziali da considerare in relazione alla risoluzione sono l'intervallo verticale e le impostazioni di sensibilità dell'oscilloscopio. Mentre l'intervallo verticale definisce l'intervallo di tensioni che possono essere esibite, la risoluzione determina l'incremento di tensione più piccolo che può essere rappresentato in modo coerente. Ciò è in contrasto con il fatto che l'intervallo verticale descrive l'intervallo di tensioni che possono essere visualizzate.

È essenziale scegliere una risoluzione basata sui livelli di segnale proiettati e sul grado di precisione della misura necessario per garantire che l'oscilloscopio visualizzi correttamente il segnale senza subire un'eccessiva quantità di rumore di quantizzazione o una perdita di informazioni.

Inoltre, la precisione con cui l'oscilloscopio può misurare le componenti ad alta frequenza del segnale è inversamente proporzionale al parametro della larghezza di banda utilizzato. Utilizzare un oscilloscopio con una larghezza di banda maggiore della frequenza massima di interesse per ottenere letture affidabili e una riproduzione accurata della forma d'onda.

È importante tenere presente che la frequenza di campionamento, la larghezza di banda e la risoluzione che sono state specificate sono le necessità fondamentali per l'oscilloscopio affinché funzioni correttamente.

Le prestazioni di un oscilloscopio nelle impostazioni del mondo reale possono essere influenzate da una varietà di fattori, come la qualità del segnale, i parametri della sonda e i livelli di rumore ambientale.

Le caratteristiche dell'oscilloscopio devono essere attentamente riviste alla luce delle misurazioni che si prevede di effettuare con lo strumento e dell'ambiente in cui verrà utilizzato.

Conclusione
Conoscere la frequenza di campionamento, la larghezza di banda e la risoluzione di a oscilloscopio digitale è fondamentale per ottenere il massimo da esso. La larghezza di banda di un oscilloscopio garantisce che misurerà correttamente i segnali all'interno dell'intervallo di frequenza specificato, mentre la frequenza di campionamento definisce quanto accuratamente verranno catturati.

La risoluzione di un oscilloscopio influisce sulla sua capacità di rilevare e mostrare sottili cambiamenti in un segnale dettando il più piccolo aumento di tensione che può essere visualizzato fedelmente. La selezione di un oscilloscopio che si adatta alle vostre esigenze di misurazione e garantisce un'analisi del segnale accurata e affidabile è possibile prendendo in considerazione l'interazione tra questi parametri ed elementi del mondo reale come il rumore e la qualità del segnale.

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