Comprensión de las especificaciones clave en los osciloscopios digitales: tasa de muestreo, ancho de banda y resolución

Introducción
Cuando se estudian señales eléctricas, se necesitan osciloscopios digitales. Debe estar familiarizado con los aspectos más importantes de un osciloscopio digital si desea aprovechar al máximo su uso. En esta sección, analizaremos más en profundidad esos tres fundamentos, a saber, la resolución, el ancho de banda y la frecuencia de muestreo.

Estos factores tienen un impacto significativo en las capacidades operativas del osciloscopio, así como en su nivel de precisión. Obtener una comprensión de las conexiones que existen entre estos factores puede ayudarlo a seleccionar un osciloscopio digital que se adapta a los requisitos específicos de su trabajo.

Tasa de muestreo
La frecuencia de muestreo de un osciloscopio digital es uno de los factores más importantes que determina el nivel de precisión y confiabilidad de la señal que muestra. Es una medida que indica cuántas lecturas es capaz de capturar un osciloscopio en un tiempo determinado.

La tasa de muestreo se refiere a la cantidad de muestras que se recopilan en un segundo y, con mayor frecuencia, se expresa en megamuestras por segundo (MS/s) o gigamuestras por segundo (GS/s).

Es necesario aumentar la frecuencia de muestreo si el usuario desea que el osciloscopio pueda capturar y reconstruir la señal con un mayor nivel de precisión. De acuerdo con el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon, su frecuencia de muestreo debe ser el doble de rápida que la frecuencia máxima de la señal para que pueda reconstruir correctamente una señal. Esta es una necesidad para que puedas hacerlo.

Necesitará un osciloscopio que tenga una frecuencia de muestreo lo suficientemente alta si desea poder recopilar y examinar señales a altas frecuencias sin encontrar ningún alias o distorsión.

Puede ver una disminución en la frecuencia de muestreo efectiva si está empleando herramientas analíticas complicadas, como funciones matemáticas de forma de onda o decodificación de protocolos en serie, o si está utilizando muchos canales al mismo tiempo.

Ambos factores podrían contribuir a una disminución en la tasa de muestreo efectiva. Para que las mediciones sean precisas, es necesario conocer la relación entre el número de canales activos y la frecuencia de muestreo.

Ancho de banda
Su "ancho de banda" se refiere al rango de frecuencia que puede detectar y mostrar de manera consistente, y el término proviene de la palabra "ancho de banda". Se refiere al rango de frecuencia en el que la respuesta de amplitud del osciloscopio permanece constante dentro de una determinada tolerancia, que normalmente es de -3 dB.

Es un error común pensar que el ancho de banda proporciona una indicación de la frecuencia más alta que se puede ver en un osciloscopio en un momento dado. Por otro lado, el ancho de banda es el rango de frecuencia en el que el osciloscopio puede realizar mediciones de amplitud precisas.

Para mediciones precisas, se recomienda utilizar osciloscopios que tengan un ancho de banda que sea al menos cinco veces mayor que el componente de frecuencia más alta de la señal de interés.

Las capacidades de tiempo de subida del osciloscopio son uno de los aspectos que se ven influenciados por las necesidades de ancho de banda. La cantidad de tiempo que tarda la amplitud de una señal en aumentar del 10 % al 90 % de su valor más alto se denomina tiempo de subida.

Un osciloscopio con un ancho de banda más grande que puede registrar y mostrar con precisión señales de tiempo de aumento rápido es excelente para aplicaciones que necesitan análisis de tiempo preciso y mediciones de alta frecuencia. Este tipo de medidas a menudo se requieren en conjunto.

Resolución
El aumento más pequeño de voltaje que un osciloscopio es capaz de mostrar con precisión se conoce como la "resolución" del dispositivo. El número de bits contenidos dentro del ADC que se utilizó para digitalizar la señal servirá como factor decisivo. Los osciloscopios suelen tener una resolución horizontal de 8 bits, sin embargo, este número puede variar hasta 10 bits o incluso más.

La resolución vertical del osciloscopio está directamente relacionada con su capacidad para detectar y mostrar con precisión incluso las variaciones de voltaje más mínimas.

Los osciloscopios con una resolución más alta son más capaces de medir señales débiles y detectar fluctuaciones diminutas en las formas de onda que aquellos con una resolución más baja. Sin embargo, es importante tener en cuenta que aumentar la resolución también podría resultar en un aumento del ruido de fondo, lo que tendría un impacto en la relación señal/ruido.

La resolución vertical del osciloscopio que elija debe estar determinada por los requisitos de medición que tenga. Cuando se trata de señales que tienen una gran amplitud, parece que una resolución de 8 bits sería suficiente.

Sin embargo, una resolución más alta de 10 bits o más puede ser necesaria para aplicaciones que necesitan mediciones de voltaje precisas o incluyen señales de baja amplitud. LISUN también proporciona el mejor osciloscopio digital.

El acondicionamiento de la señal, el ruido de fondo y los métodos de procesamiento integrados en el osciloscopio tienen el potencial de influir en la resolución efectiva. Debido a esto, es muy necesario tener una comprensión sólida de la resolución efectiva del osciloscopio en una variedad de condiciones de funcionamiento diferentes y tener en cuenta las posibles limitaciones.

Interacción entre la frecuencia de muestreo, el ancho de banda y la resolución
La frecuencia de muestreo, el ancho de banda y la resolución de un osciloscopio son factores que contribuyen al rendimiento general del instrumento. Existe un fuerte vínculo entre estos tres aspectos del instrumento. Para que los resultados de las mediciones sean fiables, se debe tener en cuenta su interacción.

La frecuencia de muestreo debe ser lo suficientemente rápida para capturar el ancho de banda de la señal. De acuerdo con el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon, la frecuencia de muestreo debe ser al menos el doble del ancho de banda de la señal para evitar que se produzca un aliasing. En consecuencia, es fundamental elegir un osciloscopio cuya frecuencia de muestreo sea comparable o superior al ancho de banda que se necesitaría.

Otros aspectos esenciales a considerar en relación con la resolución son los ajustes de rango vertical y sensibilidad del osciloscopio. Mientras que el rango vertical define el rango de voltajes que se pueden exhibir, la resolución determina el incremento de voltaje más pequeño que se puede representar consistentemente. Esto contrasta con el hecho de que el rango vertical describe el rango de voltajes que se pueden mostrar.

Es fundamental elegir una resolución en función de los niveles de la señal proyectada y el grado de precisión de medida necesario para garantizar que el osciloscopio muestre correctamente la señal sin sufrir un exceso de ruido de cuantificación o una pérdida de información.

Además, la precisión con la que el osciloscopio puede medir los componentes de alta frecuencia de la señal está inversamente relacionada con el parámetro de ancho de banda que se utiliza. Utilice un osciloscopio que tenga un ancho de banda mayor que la frecuencia máxima de interés para obtener lecturas confiables y una reproducción precisa de la forma de onda.

Es importante tener en cuenta que la frecuencia de muestreo, el ancho de banda y la resolución que se han especificado son las necesidades básicas del osciloscopio para que funcione correctamente.

El rendimiento de un osciloscopio en entornos reales puede verse afectado por una variedad de factores, como la calidad de la señal, los parámetros de la sonda y los niveles de ruido ambiental.

Las características del osciloscopio deben revisarse cuidadosamente a la luz de las medidas que se planea tomar con el instrumento, así como del entorno en el que se utilizará.

Conclusión
Conocer la frecuencia de muestreo, el ancho de banda y la resolución de un osciloscopio digital es fundamental para sacarle el máximo partido. El ancho de banda de un osciloscopio garantiza que medirá correctamente las señales dentro del rango de frecuencia especificado, mientras que la frecuencia de muestreo define la precisión con la que se capturarán.

La resolución de un osciloscopio afecta su capacidad para detectar y mostrar cambios sutiles en una señal al dictar el aumento de voltaje más pequeño que se puede mostrar fielmente. Es posible seleccionar un osciloscopio que se adapte a sus demandas de medición y garantice un análisis de señal preciso y fiable teniendo en cuenta la interacción entre estos parámetros y elementos del mundo real como el ruido y la calidad de la señal.

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