Mi osciloscopio tiene un ancho de banda de 100 MHz -3dB. -3dB es 0,707 unidades (sqrt(2) / 2). ¿Qué significa esto, por qué el 70,7% de atenuación? ¿Hay alguna razón particular para este nivel de atenuación?
El punto de -3dB también se conoce como punto de "media potencia". En voltaje puede que no tenga mucho sentido por qué usamos ( \$\sqrt{2}/2\$ ), pero veamos un ejemplo de lo que significa en el sentido del poder.
En primer lugar, \$P=V^{2}/R\$ pero supongamos que R es una constante 1 \$\Omega\$ . Debido a la constante 1ohm, podemos eliminarla de la ecuación por completo.
Digamos que tienes una señal a 6 V, su potencia sería entonces \$(6 \text{ V})^2 = 36 \text{ W}\$ .
Ahora tomo el punto de -3dB, \$6\text{ V} \cdot \left( \frac{\sqrt{2}}{2} \right) = 4.2426\text{ V}\$ .
Ahora vamos a obtener la potencia en el punto de -3dB, \$4.2426 \text{ V}^2=18 \text{ W}\$ .
Así que originalmente teníamos 36 W, ahora tenemos 18 W (que por supuesto es la mitad de 36 W).
El punto de -3dB se utiliza muy comúnmente con filtros de todo tipo (paso bajo, paso banda, paso alto...). Se trata de decir que el filtro corta la mitad de la potencia a esa frecuencia. La velocidad a la que se reduce depende del orden del sistema que se utilice. Un orden más alto puede acercarse cada vez más a un filtro de "pared de ladrillo". Un filtro de pared de ladrillo es aquel que justo antes de la frecuencia de corte está a 0 dB (no hay cambios en la señal) y justo después está a - dB (no pasa ninguna señal).
Bueno, muchas razones. Todos los dispositivos (analógicos o digitales) tienen que hacer algo con la señal. Puede ser tan simple como un seguidor de voltaje hasta algo más complejo como mostrar la señal en una pantalla o convertir la señal en audio. Todos los dispositivos necesarios para convertir la señal en algo utilizable tienen atributos que dependen de la frecuencia. Un ejemplo simple de esto es un opamp y su GBWP.
Por lo tanto, en un oscopio se añade un filtro de paso bajo para que ninguno de los dispositivos internos tenga que lidiar con frecuencias por encima de lo que pueden manejar. Cuando un oscopio dice que su punto de -3dB es de 100 MHz está diciendo que han colocado un filtro de paso bajo en su entrada tiene una frecuencia de corte (punto de -3dB) de 100 MHz.
@Ian me ha pasado muchas veces. Siéntete libre de publicarlo de todas formas, a veces una perspectiva ligeramente diferente es mejor entendida por la comunidad.
Bien, pero ¿por qué la media potencia es importante para un osciloscopio? La potencia disipada por las entradas debería ser muy baja - de hecho, debido a la resistencia de 1 Mohm, debería ser constante sin importar la frecuencia (al menos ignorando los efectos parasitarios.)
La gráfica del módulo en el diagrama de bode de un filtro paso alto o paso bajo de primer orden, puede ser aproximada por dos líneas. El punto en el que se encuentran las dos líneas, cuando se compara con la línea real nos da el número de -3db. Este punto se denomina frecuencia de corte.
Por lo tanto, muchos sistemas están diseñados para funcionar en condiciones normales hasta alcanzar la frecuencia de corte, cuando pierden como máximo 3db. Si se opera con señal por encima de esa frecuencia la señal puede ser más atenuada.
Más información en Wikipedia sobre filtros paso bajo continuos .
La respuesta de Kellenjb es excelente, sólo quería añadir una página web que me dio un momento "Ohhh" cuando estaba leyendo sobre esto de los -3db. Tal vez ayude a visualizar.
He leído un tutorial sobre filtros de paso de banda que incluye una gran imagen de un diagrama de Bode. Puede ver la imagen clave a continuación. Ilustra muy bien cómo varía la atenuación de la señal en función de las frecuencias. Vemos que no hay desplazamiento de fase en la frecuencia central, por lo que tenemos una transmisión completa de la señal. Sin embargo, a medida que salimos de la banda de paso, llegamos a un punto en el que el filtro de paso de banda desplaza la señal para retrasar o adelantar la frecuencia central en 45 grados, y vemos nuestro punto de -3dB.
En este punto, podemos observar que sin(45°) = \$1/\sqrt(2)\$
Para mí, la imagen de abajo ayuda a dar sentido a esta elección aparentemente arbitraria de \$1/\sqrt(2)\$ .
El interno del osciloscopio tiene una limitación de amplificación. Lo llaman rango dinámico. Si usas el osciloscopio más allá de la limitación, tu lectura dejará de ser precisa. El amplificador lineal comenzará a ser no lineal.
Si observa cualquier diseño de bloque del osciloscopio, se dará cuenta del amplificador de entrada o preamplificador. No verá el bloque de filtrado delante de él. La señal de entrada es demasiado pequeña antes de que pueda ser procesada por un filtro. Después de amplificar la señal, se puede utilizar un filtro. Así que la limitación es el preamplificador no un filtro. Cuando el o-scope te da una especificación de 100 Mhz, 3dB. Puedes estar seguro de que se refiere al preamplificador.
¿Hay algún valor particular que su respuesta añada a la pregunta, que no esté ya ampliamente cubierto por las respuestas existentes?
El rango dinámico no tiene nada que ver con la pregunta, que se refiere al ancho de banda. Lo mismo ocurre con la no linealidad, en su mayor parte. Lo mismo ocurre con los preamplificadores.
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