Comprendre les principales spécifications des oscilloscopes numériques : taux d'échantillonnage, bande passante et résolution

Introduction
Lors de l'étude des signaux électriques, des oscilloscopes numériques sont nécessaires. Vous devez vous familiariser avec les aspects les plus importants d'un oscilloscope numérique si vous souhaitez en tirer le meilleur parti. Dans cette section, nous examinerons plus en profondeur ces trois principes fondamentaux, à savoir la résolution, la bande passante et la fréquence d'échantillonnage.

Ces facteurs ont un impact significatif sur les capacités opérationnelles de l'oscilloscope ainsi que sur son niveau de précision. Comprendre les liens qui existent entre ces facteurs peut vous aider à choisir un oscilloscope numérique qui est adapté aux exigences spécifiques de votre travail.

Taux d'échantillonnage
Le taux d'échantillonnage d'un oscilloscope numérique est l'un des facteurs les plus importants qui déterminent le niveau de précision et de fiabilité du signal qu'il affiche. C'est une mesure qui indique combien de lectures un oscilloscope est capable de capturer dans un certain laps de temps.

Le taux d'échantillonnage fait référence au nombre d'échantillons qui sont collectés en une seconde et est le plus souvent exprimé en mégaéchantillons par seconde (MS/s) ou en gigaséchantillons par seconde (GS/s).

L'augmentation de la fréquence d'échantillonnage est nécessaire si l'utilisateur souhaite que l'oscilloscope puisse capturer et reconstruire le signal avec un niveau de précision plus élevé. Selon le théorème d'échantillonnage de Nyquist-Shannon, votre taux d'échantillonnage doit être deux fois plus rapide que la fréquence maximale du signal pour que vous puissiez reconstruire correctement un signal. C'est un besoin pour vous d'être en mesure de le faire.

Vous allez avoir besoin d'un oscilloscope dont la fréquence d'échantillonnage est suffisamment élevée si vous souhaitez pouvoir collecter et examiner des signaux à haute fréquence sans rencontrer de crénelage ou de distorsion.

Vous pouvez voir une diminution du taux d'échantillonnage effectif si vous utilisez des outils analytiques complexes, tels que des fonctions mathématiques de forme d'onde ou un décodage de protocole série, ou si vous utilisez plusieurs voies en même temps.

Ces deux facteurs pourraient contribuer à une baisse du taux d'échantillonnage effectif. Pour que les mesures soient précises, il est nécessaire de connaître la relation entre le nombre de canaux actifs et la fréquence d'échantillonnage.

Bande passante
Sa "bande passante" fait référence à la gamme de fréquences qu'il peut détecter et afficher de manière cohérente, et le terme vient du mot "bande passante". Il fait référence à la plage de fréquences sur laquelle la réponse en amplitude de l'oscilloscope reste constante dans une certaine tolérance, qui est généralement de -3 dB.

C'est une idée fausse courante que la bande passante fournit une indication de la fréquence la plus élevée qui peut être vue sur un oscilloscope à un moment donné. D'autre part, la bande passante est la plage de fréquences dans laquelle l'oscilloscope peut effectuer des mesures d'amplitude précises.

Pour des mesures précises, il est recommandé d'utiliser des oscilloscopes dont la bande passante est au moins cinq fois supérieure à la composante de fréquence la plus élevée du signal d'intérêt.

Les capacités de temps de montée de l'oscilloscope sont l'un des aspects qui sont influencés par les besoins en bande passante. Le temps nécessaire pour que l'amplitude d'un signal passe de 10 % à 90 % de sa valeur la plus élevée est appelé temps de montée.

Un oscilloscope avec une bande passante plus large qui peut enregistrer et afficher avec précision des signaux temporels à montée rapide est excellent pour les applications qui nécessitent une analyse temporelle précise et des mesures haute fréquence. Ces types de mesures sont souvent nécessaires en conjonction les unes avec les autres.

Résolution
La plus petite augmentation de tension qu'un oscilloscope est capable d'afficher avec précision est appelée « résolution » de l'appareil. Le nombre de bits contenus dans l'ADC qui a été utilisé pour numériser le signal servira de facteur décisif. Les oscilloscopes ont généralement une résolution horizontale de 8 bits, mais ce nombre peut aller jusqu'à 10 bits ou même plus.

La résolution verticale de l'oscilloscope est directement liée à sa capacité à détecter et à afficher avec précision même les variations de tension les plus infimes.

Les oscilloscopes avec une résolution plus élevée sont mieux à même de mesurer les signaux faibles et de détecter les fluctuations infimes des formes d'onde que ceux avec une résolution plus faible. Cependant, il est important de garder à l'esprit que l'augmentation de la résolution pourrait également entraîner une augmentation du bruit de fond, ce qui aurait un impact sur le rapport signal sur bruit.

La résolution verticale de l'oscilloscope que vous choisissez doit être déterminée par les exigences de mesure que vous avez. Lorsqu'il s'agit de signaux de grande amplitude, il semble qu'une résolution de 8 bits serait suffisante.

Cependant, une résolution supérieure de 10 bits ou plus peut être nécessaire pour les applications qui nécessitent des mesures de tension précises ou qui incluent des signaux de faible amplitude. LISUN fournit également le meilleur oscilloscope numérique.

Le conditionnement du signal, le bruit de fond et les méthodes de traitement intégrées à l'oscilloscope peuvent tous avoir une influence sur la résolution effective. Pour cette raison, il est très nécessaire d'avoir une solide compréhension de la résolution effective de l'oscilloscope dans une variété de conditions de fonctionnement différentes et de prendre en compte toutes les limitations potentielles.

Interaction entre le taux d'échantillonnage, la bande passante et la résolution
Le taux d'échantillonnage, la bande passante et la résolution d'un oscilloscope sont autant de facteurs qui contribuent aux performances globales de l'instrument. Il existe un lien fort entre ces trois aspects de l'instrument. Pour que les résultats des mesures soient fiables, leur interaction doit être prise en considération.

La fréquence d'échantillonnage doit être suffisamment rapide pour capturer la bande passante du signal. Selon le théorème d'échantillonnage de Nyquist-Shannon, la fréquence d'échantillonnage doit être au moins deux fois plus grande que la bande passante du signal afin d'éviter que le repliement ne se produise. Par conséquent, il est essentiel de choisir un oscilloscope dont la fréquence d'échantillonnage est soit comparable soit supérieure à la bande passante qui serait nécessaire.

D'autres aspects essentiels à prendre en compte par rapport à la résolution sont la plage verticale et les paramètres de sensibilité de l'oscilloscope. Alors que la plage verticale définit la plage de tensions pouvant être affichées, la résolution détermine le plus petit incrément de tension pouvant être représenté de manière cohérente. Cela contraste avec le fait que la plage verticale décrit la plage de tensions qui peut être affichée.

Il est essentiel de choisir une résolution en fonction des niveaux de signal projetés et du degré de précision de mesure nécessaire pour garantir que l'oscilloscope affichera correctement le signal sans subir un bruit de quantification excessif ou une perte d'information.

De plus, la précision avec laquelle l'oscilloscope peut mesurer les composantes haute fréquence du signal est inversement proportionnelle au paramètre de bande passante utilisé. Utilisez un oscilloscope dont la bande passante est supérieure à la fréquence maximale qui vous intéresse afin d'obtenir des lectures fiables et une reproduction précise des formes d'onde.

Il est important de garder à l'esprit que la fréquence d'échantillonnage, la bande passante et la résolution qui ont été spécifiées sont le strict nécessaire pour que l'oscilloscope fonctionne correctement.

Les performances d'un oscilloscope dans des conditions réelles peuvent être affectées par divers facteurs, tels que la qualité du signal, les paramètres de la sonde et les niveaux de bruit ambiant.

Les caractéristiques de l'oscilloscope doivent être soigneusement examinées à la lumière des mesures qu'il est prévu d'effectuer avec l'instrument ainsi que de l'environnement dans lequel il sera utilisé.

Conclusion
Connaître la fréquence d'échantillonnage, la bande passante et la résolution d'un oscilloscope numérique est vital pour en tirer le meilleur parti. La bande passante d'un oscilloscope garantit qu'il mesurera correctement les signaux dans la plage de fréquences spécifiée, tandis que le taux d'échantillonnage définit la précision avec laquelle ils seront capturés.

La résolution d'un oscilloscope affecte sa capacité à détecter et à afficher des changements subtils dans un signal en dictant la plus petite augmentation de tension pouvant être affichée fidèlement. La sélection d'un oscilloscope qui répond à vos exigences de mesure et garantit une analyse précise et fiable du signal est possible en tenant compte de l'interaction entre ces paramètres et des éléments du monde réel tels que le bruit et la qualité du signal.

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