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16 Jun, 2023 345 Gesehen Autor: Raza Rabbani

Grundlegende Spezifikationen in digitalen Oszilloskopen verstehen: Abtastrate, Bandbreite und Auflösung

Einleitung
Bei der Untersuchung elektrischer Signale sind digitale Oszilloskope erforderlich. Sie müssen mit den wichtigsten Aspekten eines digitalen Oszilloskops vertraut sein, wenn Sie es optimal nutzen möchten. In diesem Abschnitt werfen wir einen detaillierteren Blick auf diese drei Grundlagen, nämlich Auflösung, Bandbreite und Abtastrate.

Diese Faktoren haben einen erheblichen Einfluss auf die Betriebsfähigkeiten des Oszilloskops sowie auf seine Genauigkeit. Ein Verständnis für die Zusammenhänge zwischen diesen Faktoren zu erlangen, kann Ihnen bei der Auswahl helfen digitales Oszilloskop das auf die spezifischen Anforderungen Ihrer Arbeit zugeschnitten ist.

Abtastrate
Die Abtastrate von a digitales Oszilloskop ist einer der wichtigsten Faktoren, der den Grad der Genauigkeit und Zuverlässigkeit des angezeigten Signals bestimmt. Dabei handelt es sich um eine Messung, die angibt, wie viele Messwerte ein Oszilloskop in einem bestimmten Zeitraum erfassen kann.

Die Abtastrate bezieht sich auf die Anzahl der Proben, die in einer Sekunde gesammelt werden, und wird am häufigsten in Megasamples pro Sekunde (MS/s) oder Gigasamples pro Sekunde (GS/s) angegeben.

Eine Erhöhung der Abtastrate ist erforderlich, wenn der Benutzer möchte, dass das Oszilloskop das Signal mit höherer Präzision erfassen und rekonstruieren kann. Nach dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem muss Ihre Abtastrate doppelt so schnell sein wie die maximale Frequenz des Signals, damit Sie ein Signal korrekt rekonstruieren können. Dazu ist es notwendig, dass Sie dazu in der Lage sind.

Sie benötigen ein Oszilloskop mit einer ausreichend hohen Abtastrate, wenn Sie Signale bei hohen Frequenzen erfassen und untersuchen möchten, ohne dass Aliasing oder Verzerrungen auftreten.

Sie können einen Rückgang der effektiven Abtastrate feststellen, wenn Sie komplizierte Analysetools wie Wellenform-Mathefunktionen oder die Decodierung serieller Protokolle verwenden oder wenn Sie viele Kanäle gleichzeitig verwenden.

Beide Faktoren können zu einem Rückgang der effektiven Abtastrate beitragen. Für genaue Messungen ist es notwendig, den Zusammenhang zwischen der Anzahl der aktiven Kanäle und der Abtastrate zu kennen.

Bandbreite
Seine „Bandbreite“ bezieht sich auf den Frequenzbereich, den es konsistent erkennen und anzeigen kann, und der Begriff kommt vom Wort „Bandbreite“. Es bezieht sich auf den Frequenzbereich, über den der Amplitudengang des Oszilloskops innerhalb einer bestimmten Toleranz, die typischerweise bei -3 dB liegt, konstant bleibt.

Es ist ein weit verbreitetes Missverständnis, dass die Bandbreite einen Hinweis auf die höchste Frequenz liefert, die zu einem bestimmten Zeitpunkt auf einem Oszilloskop sichtbar ist. Andererseits ist die Bandbreite der Frequenzbereich, in dem das Oszilloskop überall genaue Amplitudenmessungen durchführen kann.

Für genaue Messungen wird empfohlen, Oszilloskope zu verwenden, deren Bandbreite mindestens fünfmal größer ist als die höchste Frequenzkomponente des interessierenden Signals.

Die Anstiegszeitkapazitäten des Oszilloskops sind einer der Aspekte, die vom Bandbreitenbedarf beeinflusst werden. Die Zeit, die es dauert, bis die Amplitude eines Signals von 10 % auf 90 % seines Höchstwerts ansteigt, wird als Anstiegszeit bezeichnet.

Ein Oszilloskop mit einer größeren Bandbreite, das schnell ansteigende Zeitsignale genau aufzeichnen und anzeigen kann, eignet sich hervorragend für Anwendungen, die eine präzise Zeitanalyse und Hochfrequenzmessungen erfordern. Derartige Messungen sind häufig in Verbindung miteinander erforderlich.

Grundlegende Spezifikationen in digitalen Oszilloskopen verstehen: Abtastrate, Bandbreite und Auflösung

OSP1102 Digitales Oszilloskop

Auflösung
Der kleinste Spannungsanstieg, den ein Oszilloskop genau anzeigen kann, wird als „Auflösung“ des Geräts bezeichnet. Der entscheidende Faktor ist die Anzahl der im ADC enthaltenen Bits, die zur Digitalisierung des Signals verwendet wurden. Oszilloskope haben normalerweise eine horizontale Auflösung von 8 Bit, diese Zahl kann jedoch bis zu 10 Bit oder sogar höher betragen.

Die vertikale Auflösung des Oszilloskops steht in direktem Zusammenhang mit seiner Fähigkeit, selbst kleinste Spannungsschwankungen zu erkennen und genau anzuzeigen.

Oszilloskope mit einer höheren Auflösung können schwache Signale besser messen und kleinste Schwankungen in Wellenformen erkennen als Oszilloskope mit einer niedrigeren Auflösung. Es ist jedoch wichtig zu bedenken, dass eine Erhöhung der Auflösung möglicherweise auch zu einer Erhöhung des Grundrauschens führen kann, was sich auf das Signal-Rausch-Verhältnis auswirken würde.

Die vertikale Auflösung des von Ihnen gewählten Oszilloskops sollte sich nach Ihren Messanforderungen richten. Bei Signalen mit großer Amplitude scheint eine Auflösung von 8 Bit ausreichend zu sein.

Für Anwendungen, die präzise Spannungsmessungen erfordern oder Signale mit niedriger Amplitude umfassen, kann jedoch eine höhere Auflösung von 10 Bit oder mehr erforderlich sein. LISUN bietet auch das beste digitale Oszilloskop.

Signalkonditionierung, Hintergrundrauschen und die im Oszilloskop integrierten Verarbeitungsmethoden können möglicherweise einen Einfluss auf die effektive Auflösung haben. Aus diesem Grund ist es sehr wichtig, ein fundiertes Verständnis der effektiven Auflösung des Oszilloskops unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu haben und mögliche Einschränkungen zu berücksichtigen.

Zusammenspiel von Abtastrate, Bandbreite und Auflösung
Die Abtastrate, Bandbreite und Auflösung eines Oszilloskops sind Faktoren, die zur Gesamtleistung des Instruments beitragen. Zwischen diesen drei Aspekten des Instruments besteht eine starke Verbindung. Damit die Ergebnisse der Messungen zuverlässig sind, müssen ihre Wechselwirkungen berücksichtigt werden.

Die Abtastrate muss schnell genug sein, um die Bandbreite des Signals zu erfassen. Nach dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem sollte die Abtastrate mindestens doppelt so groß sein wie die Bandbreite des Signals, um Aliasing zu vermeiden. Daher ist es wichtig, ein Oszilloskop zu wählen, dessen Abtastrate entweder mit der erforderlichen Bandbreite vergleichbar oder höher ist.

Weitere wesentliche Aspekte, die es in Bezug auf die Auflösung zu berücksichtigen gilt, sind der vertikale Bereich und die Empfindlichkeitseinstellungen des Oszilloskops. Während der vertikale Bereich den Spannungsbereich definiert, der angezeigt werden kann, bestimmt die Auflösung den kleinsten Spannungsinkrement, der konsistent dargestellt werden kann. Dies steht im Gegensatz dazu, dass der vertikale Bereich den Bereich der darstellbaren Spannungen beschreibt.

Es ist wichtig, eine Auflösung basierend auf den projizierten Signalpegeln und der erforderlichen Messgenauigkeit zu wählen, um sicherzustellen, dass das Oszilloskop das Signal ordnungsgemäß anzeigt, ohne dass es zu übermäßigem Quantisierungsrauschen oder Informationsverlust kommt.

Darüber hinaus steht die Genauigkeit, mit der das Oszilloskop hochfrequente Komponenten des Signals messen kann, im umgekehrten Verhältnis zum verwendeten Bandbreitenparameter. Verwenden Sie ein Oszilloskop mit einer Bandbreite, die größer als die relevante Maximalfrequenz ist, um zuverlässige Messwerte und eine genaue Wellenformwiedergabe zu erhalten.

Es ist wichtig zu bedenken, dass die angegebene Abtastrate, Bandbreite und Auflösung das Nötigste für die ordnungsgemäße Funktion des Oszilloskops sind.

Die Leistung eines Oszilloskops in realen Umgebungen kann durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst werden, wie z. B. die Signalqualität, Sondenparameter und Umgebungsgeräuschpegel.

Die Eigenschaften des Oszilloskops müssen im Hinblick auf die Messungen, die mit dem Instrument durchgeführt werden sollen, sowie auf die Umgebung, in der es verwendet wird, sorgfältig überprüft werden.

Schlussfolgerung
Kenntnis der Abtastrate, Bandbreite und Auflösung eines digitales Oszilloskop ist wichtig, um das Beste daraus zu machen. Die Bandbreite eines Oszilloskops garantiert, dass es Signale innerhalb des angegebenen Frequenzbereichs ordnungsgemäß misst, während die Abtastrate definiert, wie genau sie erfasst werden.

Die Auflösung eines Oszilloskops beeinflusst seine Fähigkeit, subtile Änderungen in einem Signal zu erkennen und anzuzeigen, indem sie den kleinsten Spannungsanstieg vorgibt, der originalgetreu angezeigt werden kann. Die Auswahl eines Oszilloskops, das Ihren Messanforderungen entspricht und eine genaue und zuverlässige Signalanalyse garantiert, ist möglich, indem die Wechselwirkung zwischen diesen Parametern und realen Elementen wie Rauschen und Signalqualität berücksichtigt wird.

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