Зачем нужен осциллограф не Найквиста? Опции

[Sh@dow]

Осциллограф с полосой пропускания 5GHz и частотой дискретизации 1ghz очевидно что работает не по Котельникову.
Зачем тогда он может быть нужен? Какова его сфера применения?

[wim]

Кроме периодических сигналов есть еще одиночные импульсы - для них как раз и надо, чтобы полоса усилителя была пошире.

[Alexashka]

Кроме периодических сигналов есть еще одиночные импульсы - для них как раз и надо, чтобы полоса усилителя была пошире.

На самом деле без аппроксимирующего фильтра сужающего полосу сигнала до первой зоны Найквиста (т.е по сути ФНЧ на 500 МГц) смотреть будет не на что, т.к импульс легко может проскочить между отсчетами АЦП и Вы ничего не увидите.
Так что единственно видимое применение такой широкой полосы это наблюдение периодических сигналов с частотами до 5 ГГц и полосой до 500 МГц, например можно ткнуться в антенну WiFi передатчика и посмотреть уровень сигнала

[wim]

импульс легко может проскочить между отсчетами АЦП и Вы ничего не увидите.

Я ничего не увижу, если осциллограф неисправен. А если он исправен, я увижу свертку импульса с передаточной характеристикой входного усилителя. Поэтому я за то, чтобы полоса была пошире - минимизировать искажения формы импульса. А ФНЧ можно и цифровой включить, если понадобится, - наверняка он там есть.
И вообще, откуда у одиночного импульса частота Найквиста ? Если импульс, к примеру, дельта-функция, то "частота Найквиста" будет 1/2 бесконечности?

[Alexashka]

... я увижу свертку импульса с передаточной характеристикой входного усилителя.

Выходит всётаки есть свёртка с ИХ ? А частота среза этого усилителя какая?

Поэтому я за то, чтобы полоса была пошире - минимизировать искажения формы импульса. А ФНЧ можно и цифровой включить, если понадобится, - наверняка он там есть.

ИМХО это не верное суждение, цифровой фильтр уже ничего не исправит, поскольку АЦП накидает ему мешанину спектров из всех зон Найквиста. А теорема Котельникова как раз говорит, что вы можете восстановить форму только такого сигнала (что и пытается сделать осциллограф), спектр которого не превышает половины частоты дискретизации (и то с оговорками).
Допустим у нас перед АЦП идеальный усилитель и у него на выходе скачет импульс длительностью 100 пс, а АЦП делает выборки с периодичностью 1 нс, то что отобразится на экране? Будут либо пропуски, либо импульсы длиной 1 нс (а может и длиннее - зависит от интерполятора в цифровом блоке), т.е явно не то, что есть на самом деле. И какой толк смотреть такие короткие сигналы с таким плохим временным разрешением? В данном случае мы явно нарушаем теорему Котельникова потому и получаем искаженный сигнал

И вообще, откуда у одиночного импульса частота Найквиста ? Если импульс, к примеру, дельта-функция, то "частота Найквиста" будет 1/2 бесконечности?

Ога Именно так. Вот поэтому цифровые осциллографы часто "не видят" очень короткие импульсы. Сталкиваюсь с этим постоянно -бывает я не вижу импульс пока не увеличу частоту дискретизации, а бывает я вижу импульс, а блок сихронизации его не видит

У меня, при отладки, на вход 200 МГЦ АЦП приходит сигнал на несущей около 1 ГГц (не от хорошей жизни, конечно). И что-то ни разу импульс не смог перескочить.

Во-первых у Вас периодический сигнал, но даже в этом случае - попробуйте настроить так, чтобы частота несущей была строго кратна частоте АЦП и увидите кое-что очень интересное

[wim]

Выходит всётаки есть свёртка с ИХ ?

Что значит "все-таки"? Она всегда есть. Мы никогда не наблюдаем истинную форму сигнала, мы всегда наблюдаем свертку сигнала с ИХ.

А теорема Котельникова

Теорема Котельникова здесь неприменима в принципе, т.к. она определена только для сигналов с ограниченным спектром. У одиночного импульса спектр бесконечный. Если не согласны, тогда еще раз тот же вопрос - чему равна частота Найквиста для дельта-импульса?

[Alexashka]

Теорема Котельникова здесь неприменима в принципе, т.к. она определена только для сигналов с ограниченным спектром. У одиночного импульса спектр бесконечный. Если не согласны, тогда еще раз тот же вопрос - чему равна частота Найквиста для дельта-импульса?

Т.е Вы хотите восстановить исходную форму сигнала по дискретным замерам, а я напоминаю что теорема Котельникова это и позволяет сделать, и при этом Вы говорите, что она неприменима? Где же логика? Ок, теорема требует чтобы сигнал был ограничен в спектре, а реальный не ограничен. Я напомню что с этого всё и началось: я сказал, что реальный сигнал должен быть сначала ограничен в спектре перед тем как его оцифровывать, иначе Вы никогда не сможете восстановить его исходную форму. В противном случае то, что Вы получите на экране может и близко не соответствовать тому, что Вы оцифровывали

Выше приводился пример с 200 МГц АЦП, который позволяет понять возникающую неопределенность восстановления формы ( в данном случае частоты). Если мы на вход такого АЦП будем подавать гармонические сигналы с частотами 10, 190, 210, 390, 410, 790, 810, ... МГц, то оцифрованный сигнал будет неизменно иметь вид синуса с частотой 10 МГц, как понять какая реально частота у нас на входе?

Что значит "все-таки"? Она всегда есть. Мы никогда не наблюдаем истинную форму сигнала, мы всегда наблюдаем свертку сигнала с ИХ.

Если у Вас голый АЦП, тогда нет. Если же есть усилитель у которого ИХ имеет длительность dt, то это означает, что он фактически ограничивает сигнал грубо говоря в полосе 0,7/dt

[wim]

Если же есть усилитель у которого ИХ имеет длительность dt, то это означает, что он фактически ограничивает сигнал грубо говоря в полосе 0,7/dt

Подали, например, на вход гармонический сигнал с частотой 1/2 частоты среза, на выходе получили его же с запаздыванием по фазе. Но при этом выходной сигнал, грубо говоря, идентичен входному - я вас правильно процитировал?

частота Найквиста определяется для частоты дискретизации

Нет, это частота дискретизации выбирается исходя из частоты Найквиста, а вот она определяется верхней частотой спектра сигнала. Потому что сигнал не знает, чем Вы его собираетесь оцифровывать и не может подстраивать спектр под ваши фантазии.

[mdmitry]

Нет, это частота дискретизации выбирается исходя из частоты Найквиста, а вот она определяется верхней частотой спектра сигнала. Потому что сигнал не знает, чем Вы его собираетесь оцифровывать и не может подстраивать спектр под ваши фантазии.

Время наблюдения конечно, следовательно, наблюдаемый сигнал есть финитная функция времени. Из свойств преобразования Фурье следует, что сопряженный (по Фурье сигнал) будет определен на всей оси (частотной). Придется ограничить интервал рассмотрения в частотной области
В квантовой физике энергия кванта прямо пропорциональна частоте. Бесконечная частота -> бесконечная энергия сигнала у которого есть квант с такой частотой, что противоречит физике. Результат преобразования Фурье чаще всего непрерывная функция аргумента (частоты), но мощность континуума бесконечна .
Вывод: используем модели лучше или хуже описывающие реальный мир, если нет порогового несоответствия, то такая модель используется.

Если частота гармонического колебания будет строго кратна частоте дискретизации, то на выходе я увижу постоянную составляющую.

Любимое занятие одной конторы по продаже приличных цифровых осциллографов для сравнения с продукцией конкурентов.

[wim]

Придется ограничить интервал рассмотрения в частотной области

На основании какого критерия? Можно так ограничить, что из меандра на входе ФНЧ получится синус на выходе.
Я считаю разумным критерием минимизацию запаздывания фазы спектральных составляющих, исходя из априорных сведений о природе сигнала.

[mdmitry]

На основании какого критерия? Можно так ограничить, что из меандра на входе ФНЧ получится синус на выходе.
Я считаю разумным критерием минимизацию запаздывания фазы спектральных составляющих, исходя из априорных сведений о природе сигнала.

Критериев можно придумать много. Какой применить к конкретной задачи (в том числе и Ваш) думаю зависит от задачи, универсального решения нет.

[wim]

Критериев можно придумать много.

Ну а конкретно для одиночного импульса что-нибудь можете предложить? В качестве примера решаем обратную задачу им. товарища практикующего мага - какой минимальной длительности (формы) импульс можно оцифровывать имеющимся в наличии осциллографом.