Vì sao biên độ đo được có thể nhỏ hơn giá trị thực?
Khi dùng oscilloscope để đo một tín hiệu có tần số cao, bạn có thể thấy biên độ hiển thị thấp hơn giá trị thực. Đây không hẳn là lỗi của thiết bị mà thường liên quan đến băng thông của oscilloscope. Băng thông ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng đo và hiển thị tín hiệu, đặc biệt khi tần số tín hiệu tiến gần giới hạn của máy.
Ví dụ, với một oscilloscope 100 MHz, nếu đo tín hiệu hình sin 100 MHz có biên độ 3.3 V, kết quả có thể không còn chính xác như kỳ vọng. Khi tần số tín hiệu tăng lên, khả năng hiển thị chính xác mức tín hiệu sẽ giảm dần.
Băng thông oscilloscope là gì?
Băng thông là một thông số rất quan trọng của oscilloscope. Theo nội dung kỹ thuật trong bài nguồn, băng thông được hiểu là băng thông tương tự của phần đầu vào tương tự của máy. Đây là mức tần số cao nhất mà tại đó biên độ của sóng sin đo được vẫn không thấp hơn mức 3 dB so với tín hiệu thực, tức khoảng 70,7% biên độ thật.
Nói cách khác, khi tín hiệu càng cao tần, khả năng oscilloscope hiển thị đúng mức tín hiệu càng giảm. Nếu tín hiệu đo có tần số bằng băng thông của máy, sai số đo có thể vào khoảng 30% trong trường hợp đáp ứng Gaussian.
Mối liên hệ giữa băng thông và độ chính xác
Để đạt độ chính xác tốt hơn, tần số tín hiệu đo nên thấp hơn nhiều so với băng thông của oscilloscope. Bài nguồn nêu quy tắc thực hành phổ biến là băng thông cần thiết của oscilloscope nên bằng khoảng 5 lần tần số cao nhất của tín hiệu đo. Quy tắc này giúp giảm sai số và giữ được độ tin cậy của phép đo.
Với các dạng sóng phức tạp, vấn đề còn rõ hơn vì chúng không chỉ có một thành phần tần số duy nhất. Chúng được tạo bởi nhiều thành phần sóng hài. Nếu băng thông không đủ, các thành phần này có thể bị suy giảm hoặc chặn lại, dẫn đến méo biên độ, mất chi tiết cạnh xung và làm kết quả đo kém giá trị tham khảo.
Chọn băng thông đúng cho từng loại tín hiệu
Không phải lúc nào cũng cần bật giới hạn băng thông. Việc chọn băng thông đúng phụ thuộc vào loại tín hiệu đang đo. Khi đo tín hiệu cao tần, cần dùng toàn bộ băng thông của máy để tránh làm méo dạng sóng.
Bài nguồn nêu ví dụ với tinh thể 27 MHz: nếu bật giới hạn băng thông 20 MHz, dạng sóng có thể bị méo và phép đo trở nên không có giá trị. Ngược lại, khi đo tín hiệu tần số thấp, có thể bật giới hạn băng thông để lọc nhiễu tần số cao, giúp tín hiệu hiển thị rõ hơn.
Rise time và vì sao cũng cần quan tâm
Không chỉ băng thông, rise time cũng là thông số quan trọng khi đánh giá khả năng đo tín hiệu. Rise time thường được định nghĩa là khoảng thời gian tín hiệu tăng từ 10% lên 90% giá trị ổn định tối đa.
Trong bài nguồn, mối liên hệ giữa băng thông và rise time được nêu bằng công thức: RT = 0.35 / BW đối với oscilloscope dưới 1 GHz. Công thức này cho phép ước tính rise time nhỏ nhất mà hệ thống có thể quan sát được.
Ví dụ, nếu oscilloscope có băng thông 200 MHz, rise time tối thiểu quan sát được là 1,75 ns. Điều đó có nghĩa nếu tín hiệu có cạnh nhanh hơn mức này, việc hiển thị chi tiết có thể bị hạn chế bởi chính giới hạn băng thông của máy.
Làm sao để hạn chế sai lệch khi đo?
Để giảm tình trạng biên độ đo được nhỏ hơn giá trị thực, cần lưu ý một số điểm sau:
- Chọn oscilloscope có băng thông phù hợp với tần số cao nhất của tín hiệu.
- Ưu tiên dùng toàn bộ băng thông khi đo tín hiệu cao tần.
- Chỉ bật giới hạn băng thông khi đo tín hiệu thấp tần và muốn giảm nhiễu cao tần.
- Lưu ý rise time nếu tín hiệu có cạnh lên nhanh.
- Không kỳ vọng phép đo chính xác cao khi tín hiệu tiến gần giới hạn băng thông của máy.
Kết luận
Biên độ đo được nhỏ hơn giá trị thực thường xuất phát từ giới hạn băng thông của oscilloscope. Khi tần số tín hiệu tăng, khả năng hiển thị chính xác mức tín hiệu giảm, đặc biệt với dạng sóng phức tạp có nhiều thành phần hài. Vì vậy, việc chọn đúng băng thông và hiểu mối liên hệ giữa băng thông với rise time là rất quan trọng để có phép đo đáng tin cậy.
Trong thực tế, nếu cần đo tín hiệu chính xác hơn, hãy kiểm tra kỹ thông số băng thông của oscilloscope so với dải tần của tín hiệu cần đo trước khi tiến hành thử nghiệm.
