デジタル オシロスコープの主要な仕様を理解する: サンプリング レート、帯域幅、解像度

概要
電気信号を研究する場合、デジタル オシロスコープが必要です。 デジタル オシロスコープを最大限に活用するには、デジタル オシロスコープの最も重要な側面を理解しておく必要があります。 このセクションでは、これら XNUMX つの基本、つまり解像度、帯域幅、サンプル レートについてさらに詳しく見ていきます。

これらの要因は、オシロスコープの動作能力および精度レベルに大きな影響を与えます。 これらの要素間に存在する関連性を理解すると、選択する際に役立ちます。 デジタルオシロスコープ 作業の特定の要件を満たすように調整されています。

サンプリング・レート
のサンプリングレート デジタルオシロスコープ 表示される信号の精度と信頼性のレベルを決定する最も重要な要素の XNUMX つです。 これは、オシロスコープが一定時間内に何回の読み取り値を取得できるかを示す測定値です。

サンプリング レートは、XNUMX 秒間に収集されるサンプルの数を指し、通常は XNUMX 秒あたりのメガサンプル (MS/s) または XNUMX 秒あたりのギガサンプル (GS/s) で表されます。

オシロスコープがより高レベルの精度で信号を捕捉および再構築できるようにしたい場合は、サンプル レートを高める必要があります。 ナイキスト・シャノンのサンプリング定理によれば、信号を正しく再構成するには、サンプル レートが信号の最大周波数の XNUMX 倍である必要があります。 これはあなたがそうできるようにするために必要なことです。

エイリアシングや歪みを発生させずに高周波数で信号を収集して検査できるようにするには、十分に高いサンプルレートを持つオシロスコープが必要になります。

波形演算関数やシリアル プロトコル デコードなどの複雑な分析ツールを使用している場合、または同時に多くのチャネルを使用している場合、実効サンプリング レートの低下が見られることがあります。

これらの要因は両方とも、実効サンプリング レートの低下に寄与する可能性があります。 測定を正確に行うには、アクティブなチャネルの数とサンプルレートの関係を認識する必要があります。

帯域幅
その「帯域幅」は、一貫して検出して表示できる周波数範囲を指し、この用語は「帯域幅」という言葉から来ています。 これは、オシロスコープの振幅応答が特定の許容誤差内 (通常は -3 dB) 内で一定に保たれる周波数範囲を指します。

帯域幅がオシロスコープで一度に確認できる最高周波数を示すものであるというのはよくある誤解です。 一方、帯域幅は、オシロスコープが全体にわたって正確な振幅測定を実行できる周波数範囲です。

正確な測定を行うには、対象となる信号の最高周波数成分の少なくとも XNUMX 倍の帯域幅を持つオシロスコープを使用することをお勧めします。

オシロスコープの立ち上がり時間機能は、必要な帯域幅の影響を受ける側面の 10 つです。 信号の振幅が最大値の 90% から XNUMX% に増加するまでにかかる時間は、立ち上がり時間と呼ばれます。

より広い帯域幅を備え、高速立ち上がり時間信号を正確に記録および表示できるオシロスコープは、正確なタイミング解析や高周波測定が必要なアプリケーションに最適です。 これらの種類の測定は、多くの場合、相互に組み合わせて必要になります。

解像度
オシロスコープが正確に表示できる最小の電圧上昇は、デバイスの「分解能」と呼ばれます。 信号をデジタル化するために使用された ADC 内に含まれるビット数が決定要素として機能します。 オシロスコープの水平解像度は通常 8 ビットですが、この数値は最大 10 ビットまたはそれ以上になる場合があります。

オシロスコープの垂直解像度は、非常に微細な電圧変動を検出して正確に表示する能力に直接関係しています。

分解能が高いオシロスコープは、分解能が低いオシロスコープよりも弱い信号を測定し、波形の微細な変動を検出することができます。 ただし、解像度を上げるとノイズ フロアも増加する可能性があり、信号対雑音比に影響を与える可能性があることに留意することが重要です。

選択するオシロスコープの垂直解像度は、測定要件によって決定する必要があります。 振幅の大きな信号を扱う場合は、8 ビットの分解能で十分と思われます。

ただし、正確な電圧測定が必要なアプリケーションや低振幅信号が含まれるアプリケーションには、10 ビット以上の高い分解能が必要になる場合があります。 LISUN 最高のデジタルオシロスコープも提供します。

信号調整、バックグラウンドノイズ、およびオシロスコープに組み込まれている処理方法はすべて、実効分解能に影響を与える可能性があります。 このため、さまざまな異なる動作条件におけるオシロスコープの実効分解能をしっかりと理解し、潜在的な制限を考慮することが非常に必要です。

サンプリングレート、帯域幅、解像度間の相互作用
オシロスコープのサンプリング レート、帯域幅、分解能はすべて、機器の全体的なパフォーマンスに影響する要素です。 楽器のこれら XNUMX つの側面の間には強いつながりがあります。 測定結果を信頼できるものにするためには、それらの相互作用を考慮する必要があります。

サンプル レートは、信号の帯域幅を捉えるのに十分な速さである必要があります。 ナイキスト・シャノンのサンプリング定理によれば、エイリアシングの発生を避けるために、サンプル レートは信号の帯域幅の少なくとも XNUMX 倍である必要があります。 したがって、必要な帯域幅と同等かそれ以上のサンプリングレートを持つオシロスコープを選択することが重要です。

分解能に関して考慮すべきその他の重要な側面は、オシロスコープの垂直範囲と感度設定です。 垂直範囲は表示できる電圧の範囲を定義しますが、解像度は一貫して表現できる最小の電圧増分を決定します。 これは、垂直方向の範囲が表示できる電圧の範囲を表すという事実とは対照的です。

オシロスコープが過剰な量子化ノイズや情報の損失に悩まされることなく信号を適切に表示することを保証するために、投影される信号レベルと必要な測定精度の程度に基づいて解像度を選択することが重要です。

さらに、オシロスコープが信号の高周波成分を測定できる精度は、使用される帯域幅パラメータに反比例します。 信頼性の高い読み取り値と正確な波形再現を得るには、対象となる最大周波数よりも広い帯域幅を持つオシロスコープを使用してください。

オシロスコープが適切に機能するためには、指定されたサンプル レート、帯域幅、分解能が最低限必要であることに留意することが重要です。

実際の設定におけるオシロスコープのパフォーマンスは、信号品質、プローブパラメータ、周囲のノイズレベルなどのさまざまな要因の影響を受ける可能性があります。

オシロスコープの特性は、機器を使用して実行される予定の測定および機器が使用される環境を考慮して慎重に検討する必要があります。

まとめ
サンプルレート、帯域幅、解像度を知る デジタルオシロスコープ それを最大限に活用するには重要です。 オシロスコープの帯域幅は、指定された周波数範囲内の信号を適切に測定することを保証し、サンプリング レートは信号をどの程度正確に捕捉するかを定義します。

オシロスコープの分解能は、忠実に表示できる最小の電圧増加を決定することにより、信号の微妙な変化を検出して表示する能力に影響します。 これらのパラメータとノイズや信号品質などの現実世界の要素との相互作用を考慮することで、測定要求に適合し、正確で信頼性の高い信号解析を保証するオシロスコープを選択することが可能になります。

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