دراسة العلاقة بين عرض النطاق الترددي وأداء منظار التخزين الرقمي

المستخلص: يتعمق هذا البحث في العلاقة المعقدة بين النطاق الترددي وأداء راسمات الذبذبات للتخزين الرقميمن خلال فحص الأسس النظرية وإجراء التجارب العملية، يهدف هذا إلى توفير فهم شامل لكيفية تأثير النطاق الترددي على جوانب مختلفة من أداء الذبذبات، مثل دقة الإشارة، واستجابة التردد، ودقة القياس. LISUN OSP1102 يتم استخدام الذبذبات الرقمية كجهاز مرجعي لتوضيح هذه المفاهيم، ويتم تقديم بيانات مفصلة وتمثيلات رسومية لدعم التحليل. تعد نتائج هذه الدراسة قيمة لكل من المستخدمين والمصنعين في مجال القياس الإلكتروني، مما يمكنهم من اتخاذ قرارات أكثر استنارة فيما يتعلق باختيار الذبذبات وتحسينات التصميم.

 1. مقدمة

أصبحت أجهزة قياس الذبذبات الرقمية أدوات لا غنى عنها في عالم الإلكترونيات، حيث تسهل قياس وتحليل الإشارات الكهربائية. ومن بين المعلمات العديدة التي تحدد قدرات جهاز قياس الذبذبات الرقمية، يبرز عرض النطاق الترددي كعامل حاسم. لا يحدد عرض النطاق الترددي نطاق الترددات التي يمكن لجهاز قياس الذبذبات التقاطها بدقة فحسب، بل يؤثر أيضًا بشكل عميق على أدائه الإجمالي. يعد فهم هذه العلاقة أمرًا ضروريًا لتحسين استخدام أجهزة قياس الذبذبات الرقمية في تطبيقات مختلفة، من تصحيح أخطاء الدوائر الأساسية إلى أبحاث الاتصالات المتقدمة.

2. الخلفية النظرية لعرض النطاق الترددي في أجهزة قياس الذبذبات الرقمية

2.1 تعريف وأهمية النطاق الترددي

يشير عرض النطاق الترددي، في سياق منظار التخزين الرقمي، إلى نطاق التردد الذي يمكن للجهاز من خلاله قياس إشارة بمستوى محدد من الدقة. وعادة ما يتم تعريفه على أنه التردد الذي تنخفض عنده استجابة السعة لمنظار التخزين الرقمي إلى -3 ديسيبل (أو 70.7% من سعة الإدخال). يعد حد التردد هذا بالغ الأهمية لأنه يحدد قدرة منظار التخزين الرقمي على إعادة إنتاج شكل وخصائص إشارة الإدخال بدقة. ستضعف الإشارات ذات الترددات التي تزيد عن حد عرض النطاق الترددي وتشوهها، مما يؤدي إلى قياسات غير دقيقة وتفسيرات خاطئة.

2.2 العلاقة بين عرض النطاق الترددي ومكونات تردد الإشارة

غالبًا ما تتكون الإشارات الكهربائية من مكونات تردد متعددة. يمكن لمذبذب DSO ذو النطاق الترددي الأعلى التقاط وعرض التوافقيات ذات التردد الأعلى الموجودة في شكل موجة معقد بشكل أفضل. على سبيل المثال، لا تحتوي الموجة المربعة على التردد الأساسي فحسب، بل تحتوي أيضًا على سلسلة من التوافقيات الفردية. إذا كان النطاق الترددي للمذبذب غير كافٍ، فسيتم إضعاف التوافقيات الأعلى، مما يتسبب في ظهور الموجة المربعة مدورة أو مشوهة. تم توضيح هذه الظاهرة في الشكل 1، حيث يتم قياس نفس الموجة المربعة بواسطة مذبذبين بنطاقي تردد مختلفين. يمثل المذبذب ذو النطاق الترددي الأعلى (الشكل 1 ب) الحواف الحادة للموجة المربعة بشكل أكثر دقة، بينما يقوم المذبذب ذو النطاق الترددي الأقل (الشكل 1 أ) بتنعيم الحواف بسبب إضعاف مكونات التردد الأعلى.

 3. تأثير النطاق الترددي على دقة الإشارة

3.1 تشوه السعة والطور

مع اقتراب تردد إشارة الإدخال من حد النطاق الترددي لجهاز DSO، يبدأ حدوث تشوه في السعة والطور. يؤدي تشوه السعة إلى إضعاف سعة الإشارة، مما قد يؤدي إلى قياسات غير صحيحة لمستويات الجهد. من ناحية أخرى، يتسبب تشوه الطور في حدوث تحول في علاقة الطور بين مكونات التردد المختلفة للإشارة. يمكن أن يكون هذا مشكلة بشكل خاص عند قياس الإشارات التي تعتمد على علاقات طور دقيقة، كما هو الحال في أنظمة الاتصالات. يوضح الشكل 2 استجابة السعة والطور لجهاز DSO نموذجي كدالة للتردد. لاحظ كيف تبدأ استجابة السعة في الانخفاض ويصبح تحول الطور أكثر أهمية مع اقتراب التردد من النطاق الترددي.

3.2 التأثير على إعادة إنتاج الشكل الموجي

ترتبط قدرة DSO على إعادة إنتاج الشكل الموجي الأصلي بدقة بشكل مباشر بعرض النطاق الترددي الخاص بها. يسمح عرض النطاق الترددي الأعلى بإعادة إنتاج أكثر دقة لإشارة الإدخال، مع الحفاظ على تفاصيل وخصائص الشكل الموجي. على النقيض من ذلك، قد يؤدي عرض النطاق الترددي المنخفض إلى إدخال تشوهات وتشوهات، مما يجعل من الصعب تحليل الإشارة بشكل صحيح. على سبيل المثال، عند قياس نبضة ذات زمن صعود سريع، فإن DSO بعرض نطاق ترددي ضيق سيشوه الحافة الأمامية للنبضة، كما هو موضح في الشكل 3. يمكن أن يؤدي هذا التشويه إلى قياسات غير دقيقة لعرض النبضة وزمن الصعود، وهي معلمات بالغة الأهمية في العديد من التطبيقات الإلكترونية.

4. عرض النطاق الترددي والاستجابة للتردد

4.1 نطاق التردد والدقة

يحدد عرض النطاق الترددي لمذبذب DSO الحد الأعلى لنطاق التردد الذي يمكنه قياسه بفعالية. ومع ذلك، فإنه يؤثر أيضًا على دقة التردد ضمن هذا النطاق. يوفر مذبذب ذو نطاق ترددي أعلى عمومًا دقة تردد أفضل، مما يسمح بتحليل أكثر تفصيلاً لمكونات التردد في الإشارة. وذلك لأن عرض النطاق الترددي الأوسع يتيح التقاط التوافقيات الترددية المتقاربة، مما يوفر تمثيلًا أكثر دقة لطيف تردد الإشارة.

4.2 التعرجات ومعيار نيكويست

عندما لا يكون معدل أخذ العينات لجهاز DSO كافياً لالتقاط أعلى مكونات التردد في الإشارة، فقد يحدث تشوه. التشوه هو ظاهرة حيث يتم تفسير الإشارات عالية التردد بشكل خاطئ على أنها إشارات ذات تردد أقل، مما يؤدي إلى قياسات غير صحيحة. لتجنب التشوه، يجب أن يكون معدل أخذ العينات لجهاز DSO ضعف أعلى مكون تردد في إشارة الإدخال على الأقل، وفقًا لمعيار نيكويست. يتطلب جهاز DSO ذو النطاق الترددي الأعلى، مع قدرته على التعامل مع الترددات الأعلى، معدل أخذ عينات أعلى بشكل مماثل لمنع التشوه وضمان دقة قياسات التردد.

5. دقة القياس وعرض النطاق الترددي

5.1 قياس الجهد والوقت

يلعب عرض النطاق الترددي دورًا حاسمًا في دقة قياسات الجهد والوقت. يمكن أن تحدث قياسات جهد غير دقيقة عندما يفشل DSO في التقاط السعة الحقيقية للإشارة بسبب قيود عرض النطاق الترددي. وبالمثل، يمكن أن تتأثر قياسات الوقت، مثل وقت صعود ووقت هبوط النبضة، بشكل كبير بعرض النطاق الترددي. يميل منظار الذبذبات ذو عرض النطاق الترددي المنخفض إلى المبالغة في تقدير أوقات الصعود والهبوط، مما يؤدي إلى أخطاء في تحليل التوقيت. يوضح الجدول 1 أوقات الصعود المقاسة لإشارة نبضة قياسية باستخدام أجهزة DSO ذات عرض النطاق الترددي المختلفة. لاحظ كيف يتناقص وقت الصعود المقاس مع زيادة عرض النطاق الترددي لمنظار الذبذبات، ويقترب من القيمة الحقيقية لوقت صعود النبضة.

عرض النطاق الترددي للمذبذب	زمن الارتفاع المقاس (ns)
50 ميغاهيرتز	10.5
100 ميغاهيرتز	8.2
200 ميغاهيرتز	7.1
300 ميغاهيرتز	6.8

5.2 قياسات التردد

تعتمد قياسات التردد الدقيقة أيضًا على عرض النطاق الترددي لمذبذب DSO. قد لا يتمكن مذبذب النطاق الترددي الضيق من حل مكونات التردد المتقاربة، مما يؤدي إلى أخطاء في تحديد التردد. بالإضافة إلى ذلك، فإن وجود التوافقيات ومكونات التردد الأخرى خارج عرض النطاق الترددي يمكن أن يتداخل مع قياس التردد الأساسي، مما يقلل بشكل أكبر من دقة القياس.

6. ال LISUN OSP1102 الذبذبات التخزين الرقمي

 6.1 المواصفات والميزات

إنّ LISUN OSP1102 يعد منظار التخزين الرقمي خيارًا شائعًا في السوق، حيث يوفر مجموعة من الميزات المناسبة لتطبيقات القياس الإلكترونية المختلفة. يتمتع بعرض نطاق ترددي يبلغ 100 ميجا هرتز، ومعدل أخذ عينات يبلغ 1 جيجا سات/ثانية، ودقة رأسية تبلغ 8 بت. يتميز منظار التخزين الرقمي بشاشة ملونة مقاس 7 بوصات، مما يوفر تصورًا واضحًا لأشكال الموجات ونتائج القياس. كما يوفر خيارات تشغيل متعددة ووظائف قياس متقدمة، مما يجعله أداة متعددة الاستخدامات لكل من المستخدمين المبتدئين والمتمرسين.

6.2 تقييم الأداء المتعلق بالنطاق الترددي

لتقييم أداء LISUN OSP1102 فيما يتعلق بعرض النطاق الترددي الخاص بها، تم إجراء سلسلة من الاختبارات. يوضح الشكل 4 قياس موجة جيبية بتردد 50 ميجاهرتز باستخدام OSP1102يبدو الشكل الموجي سلسًا نسبيًا، مع تشوه طفيف فقط عند القمم، مما يشير إلى أن الذبذبات يمكنها التعامل مع الإشارات ضمن نطاق عرض النطاق الترددي الخاص بها بدقة معقولة. ومع ذلك، عند قياس موجة جيبية بتردد 150 ميجاهرتز، لوحظ توهين وتشويه كبيران، كما هو موضح في الشكل 5. يوضح هذا حدود عرض النطاق الترددي 100 ميجاهرتز عند التعامل مع الترددات فوق نطاقها المحدد.

من حيث دقة القياس، OSP1102 لقد حقق الجهاز أداءً جيدًا ضمن نطاقه الترددي لقياس الجهد والوقت. وكانت القيم المقاسة لسعة الموجة المربعة القياسية وفترتها ضمن التفاوتات المتوقعة. ومع ذلك، عند قياس تردد شكل موجة معقد مع مكونات عالية التردد بشكل كبير، لوحظت بعض الأخطاء، كما هو متوقع بسبب النطاق الترددي المحدود.

 7. اختتام

وفي الختام، فإن عرض النطاق الترددي لـ راسم الذبذبات التخزيني الرقمي يعد هذا أحد المعلمات المهمة التي تؤثر بشكل عميق على أدائها. يتيح النطاق الترددي الأعلى دقة إشارة أفضل واستجابة ترددية محسنة ودقة قياس محسنة، خاصة عند التعامل مع إشارات عالية التردد. LISUN OSP1102 يقدم الراسم الرقمي، بعرض نطاق ترددي يبلغ 100 ميجاهرتز، أداءً موثوقًا به لمجموعة واسعة من التطبيقات ضمن نطاق التردد المحدد. ومع ذلك، بالنسبة للتطبيقات الأكثر تطلبًا والتي تنطوي على ترددات أعلى ومتطلبات دقة أكبر، قد يكون من الضروري استخدام راسم رقمي بعرض نطاق ترددي أعلى. إن فهم العلاقة بين عرض النطاق الترددي والأداء أمر ضروري للمستخدمين لاختيار الراسم الأكثر ملاءمة لاحتياجات القياس الخاصة بهم وللمصنعين لتصميم وتحسين الراسمات ذات القدرات المحسنة. يمكن أن تركز الأبحاث المستقبلية في هذا المجال على تطوير تقنيات جديدة لتوسيع عرض النطاق الترددي الفعال للراسم الرقمي وتحسين أدائها الإجمالي في مواجهة الإشارات المعقدة وعالية التردد بشكل متزايد.

العلامات:OSP1102