Vì sao biên độ đo được thấp hơn giá trị thực?
Khi đo một tín hiệu có tần số cao bằng máy hiện sóng, người dùng có thể thấy biên độ hiển thị nhỏ hơn giá trị thực. Đây không hẳn là lỗi của thiết bị mà thường liên quan trực tiếp đến băng thông của máy hiện sóng. Với tín hiệu có tần số càng cao, khả năng hiển thị chính xác mức tín hiệu của máy hiện sóng càng giảm.
Một ví dụ đơn giản là dùng máy hiện sóng 100 MHz để đo dạng sóng 100 MHz. Trong trường hợp này, biên độ đo được có thể không còn khớp hoàn toàn với biên độ thực. Theo mô tả nguồn, khi tần số tín hiệu đo bằng với băng thông của máy và đáp ứng khuếch đại có dạng Gaussian, sai số đo có thể vào khoảng 30%. Điều đó cho thấy băng thông là yếu tố cần được xem xét đầu tiên khi đánh giá kết quả đo biên độ.
Băng thông máy hiện sóng là gì?
Băng thông là thông số quan trọng của máy hiện sóng, đặc biệt là băng thông tương tự của phần đầu vào tương tự. Thông số này cho biết tần số cao nhất mà tại đó biên độ sóng sin đo được không thấp hơn mức -3 dB của tín hiệu thực, tức khoảng 70,7% biên độ tín hiệu thực. Điểm này còn được gọi là tần số cắt -3 dB.
Khi tần số tín hiệu tăng lên, máy hiện sóng sẽ khó tái hiện đầy đủ mức tín hiệu hơn. Nếu đo các tín hiệu phức tạp, việc thiếu băng thông còn có thể làm mất các thành phần hài, gây méo biên độ, mất chi tiết cạnh tín hiệu và làm cho kết quả trở nên kém giá trị.
Quy tắc chọn băng thông khi đo
Với tín hiệu hình sin, nguồn mô tả một quy tắc thực hành thường dùng là băng thông của máy hiện sóng nên lớn hơn khoảng 5 lần tần số cao nhất của tín hiệu cần đo. Quy tắc này giúp tăng khả năng đạt độ chính xác mong muốn khi đo các dạng sóng thực tế, vì đa số tín hiệu trong thực tế phức tạp hơn sóng sin và chứa nhiều thành phần hài.
Ví dụ, khi đo một tinh thể 27 MHz, nguồn khuyến nghị sử dụng chế độ đo với toàn bộ băng thông. Nếu bật giới hạn băng thông ở mức 20 MHz, dạng sóng tinh thể có thể bị méo và phép đo sẽ không còn nhiều giá trị tham khảo. Ngược lại, với tín hiệu tần số thấp, có thể bật giới hạn băng thông để lọc bớt nhiễu tần số cao và quan sát tín hiệu rõ hơn.
Biên độ đo có thể giảm khi tín hiệu đo tiến gần giới hạn băng thông của máy hiện sóng.
Ảnh hưởng của băng thông đến dạng sóng phức tạp
Nhiều tín hiệu không chỉ gồm một sóng sin đơn lẻ mà là tổng hợp của nhiều sóng hài khác nhau. Nếu băng thông của máy hiện sóng không đủ rộng, các thành phần hài này sẽ không được khuếch đại hiệu quả, thậm chí bị suy giảm. Kết quả là dạng sóng có thể bị méo, mất cạnh, mất chi tiết dữ liệu hoặc không còn phản ánh đúng đặc tính của tín hiệu.
Vì vậy, chọn đúng băng thông không chỉ giúp xem biên độ chính xác hơn mà còn giúp quan sát hình dạng tín hiệu trung thực hơn. Đây là điểm đặc biệt quan trọng trong các phép đo liên quan đến điện tử và sản xuất thiết bị.
Mối liên hệ giữa băng thông và thời gian tăng
Băng thông còn liên quan trực tiếp đến thời gian tăng của hệ thống đo. Thời gian tăng thường được hiểu là khoảng thời gian tín hiệu tăng từ 10% lên 90% giá trị ổn định cực đại. Từ thông số băng thông, có thể ước tính thời gian sườn tối thiểu có thể quan sát được của hệ thống.
Theo công thức trong nguồn, với máy hiện sóng dưới 1 GHz, có thể dùng RT = 0,35 / BW để tính. Trong đó RT là thời gian tăng và BW là băng thông. Chẳng hạn, nếu băng thông của máy là 200 MHz thì RT xấp xỉ 1,75 ns. Giá trị này thể hiện mức tăng nhỏ nhất mà hệ thống có thể quan sát.
Khi nào nên dùng giới hạn băng thông?
Giới hạn băng thông có ích trong các phép đo tín hiệu tần số thấp, khi người dùng muốn giảm nhiễu tần số cao để quan sát tín hiệu rõ ràng hơn. Tuy nhiên, với tín hiệu tần số cao hoặc tín hiệu cần giữ nguyên chi tiết dạng sóng, việc giới hạn băng thông có thể gây suy giảm đáng kể và làm sai lệch phép đo.
Do đó, cần cân nhắc mục tiêu đo trước khi chọn chế độ băng thông. Nếu ưu tiên độ chính xác và chi tiết tín hiệu, hãy đảm bảo băng thông phù hợp với dải tần của tín hiệu cần đo. Nếu ưu tiên quan sát tín hiệu chậm và giảm nhiễu, giới hạn băng thông có thể hữu ích hơn.
Biên độ đo được thấp hơn giá trị thực thường xuất phát từ giới hạn băng thông của máy hiện sóng. Khi tần số tín hiệu tiến gần băng thông của thiết bị, sai số đo tăng lên và dạng sóng có thể bị suy giảm. Vì vậy, lựa chọn băng thông đúng là bước quan trọng để đo biên độ, quan sát cạnh tín hiệu và đánh giá thời gian tăng một cách đáng tin cậy.
Tham khảo: Máy hiện sóng cầm tay, Máy hiện sóng số, Máy hiện sóng tương tự, Máy hiện sóng PC
