Перейти к содержанию

Ограничение полосы осциллографа (BW Limit)

На экране осциллографа шумная «толстая» линия, а нужно увидеть пульсации в несколько милливольт. Одна кнопка — BW Limit — включает в канале фильтр нижних частот, и всё, что выше 20 МГц, ослабляется. Разбираем, когда это помогает, а когда искажает измерение.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Ограничение полосы (bandwidth limit, кнопка BW Limit) — фильтр нижних частот во входном канале осциллографа, который можно включить поверх штатной полосы прибора. У RIGOL MSO1000Z/DS1000Z он один — 20 МГц: составляющие сигнала выше этой частоты ослабляются, и видимый шум уменьшается (руководство UGA19111-1110, гл. 2). Собственная полоса этих осциллографов — 50, 70 или 100 МГц по модели; что значит полоса и как её выбирать, объясняет термин «Полоса пропускания осциллографа».

Что меняется на экране

RIGOL прямо предупреждает: ограничение уменьшает шум, но вместе с ним ослабляет или убирает и высокочастотные составляющие самого сигнала. Tektronix объясняет, как это выглядит: любой сигнал, кроме синуса, состоит из основной частоты и гармоник, у симметричного меандра — нечётных. Гармоники за границей полосы ослабляются сильнее, поэтому углы скругляются, а фронты затягиваются; на частоте −3 дБ амплитуда ниже примерно на 30 % (ABCs of Probes, с. 28).

Режим каналаШум и иглыФронты и звон
Полная полоса (по умолчанию)видны все, линия толщепоказаны в пределах полосы прибора
BW Limit 20 МГцвыше 20 МГц ослабленысглажены; время нарастания не меньше примерно 17,5 нс (наш расчёт по Tr ≈ 0,35/BW)

Когда включать

Ограничение полезно для медленных сигналов на фоне широкополосного шума — например, для пульсаций импульсного источника, если их сравнивают со спецификацией в полосе 20 МГц; порядок такого измерения разобран в ответе «Как измерить пульсации блока питания осциллографом». Постоянную составляющую при этом убирают закрытым входом, а случайный шум повторяющегося сигнала — усреднением; это разные инструменты, и они дополняют друг друга.

Выключать ограничение нужно, когда измеряют фронты, звон и короткие иглы переключения: фильтр делает их меньше и медленнее, чем в схеме (наш вывод из описания RIGOL и Tektronix). Если после включения BW Limit «пропал» звон, это не значит, что его нет, — его просто отфильтровал прибор. Связь полосы и фронта — в термине «Время нарастания».

Не путать

С полосой щупа: щуп в положении 1X сам сужает полосу системы, и тогда кнопка BW Limit может ничего не менять — подробнее в термине «Щуп осциллографа 1X и 10X».

Частые вопросы

Что делает кнопка BW Limit на осциллографе?

Включает в канале фильтр, который сужает полосу: у RIGOL MSO1000Z/DS1000Z — до 20 МГц. Составляющие сигнала выше 20 МГц ослабляются, поэтому линия на экране становится тоньше. По умолчанию функция выключена, а когда включена, в метке канала горит буква «B».

Когда включать ограничение полосы?

RIGOL описывает назначение так: ограничение уменьшает шум на экране и ослабляет составляющие выше 20 МГц. Отсюда наши рекомендации: включать, когда интересует медленный сигнал на фоне высокочастотного шума — пульсации блока питания, сигнал датчика, звуковая частота, — и когда спецификация пульсаций задана в полосе 20 МГц; выключать для фронтов, звона и коротких игл, которые оно сглаживает (наш вывод).

Почему с ограничением полосы фронт выглядит медленнее?

Фронт состоит из гармоник высокой частоты, а фильтр их ослабляет: по Tektronix, углы скругляются, перепады затягиваются. По формуле Tr ≈ 0,35/BW полоса 20 МГц соответствует времени нарастания около 17,5 нс (наш расчёт) — быстрее этого фронт с включённым BW Limit не показать.

Источники

  1. RIGOL. MSO1000Z/DS1000Z Series Digital Oscilloscope, User's Guide (UGA19111-1110, Aug. 2016) — гл. 2, Bandwidth Limit (с. 2-3): функция уменьшает шум на экране; при ограничении 20 МГц составляющие выше 20 МГц ослабляются; включается кнопкой BW Limit в меню канала, по умолчанию выключена, в метке канала появляется буква «B»; примечание — ограничение уменьшает шум, но ослабляет или убирает и высокочастотные составляющие сигнала; гл. 18: полоса −3 дБ DC…100/70/50 МГц по моделям, Bandwidth Limit 20 МГц, расчётное время нарастания 3,5/5/7 нс
  2. Tektronix. ABCs of Probes, Primer (60W-6053-15) — с. 28, рис. 3.2: главное следствие ограничения полосы — уменьшение амплитуды; на частоте −3 дБ амплитуда ниже примерно на 30 %; гармоники выше полосы ослабляются сильнее, отсюда скруглённые углы и затянутые фронты; симметричный меандр — основная частота и нечётные гармоники

Нашли ошибку?

Смотрите также