¿Cuál es el significado de -3dB?

Mi osciloscopio tiene un ancho de banda de 100 MHz -3dB. -3dB es 0.707 unidades (sqrt (2) / 2). ¿Qué significa esto, por qué un 70.7% de atenuación? ¿Hay alguna razón particular para este nivel de atenuación?

Voltaje vs Potencia cuando se usa dB

El punto -3dB también se conoce como el punto de "media potencia". En voltaje, puede que no tenga mucho sentido por qué usamos ( ), pero veamos un ejemplo de lo que significa en el sentido de poder.$\sqrt{2}/2$

Primero, , pero supongamos que R es una constante de 1 Ω . Debido a la constante 1ohm, podemos eliminarlo de la ecuación todos juntos.$P=V^{2}/R$$\Omega$

Digamos que tiene una señal a 6 V, su poder sería entonces .$(6 \text{ V})^2 = 36 \text{ W}$

Ahora tomo el punto -3dB, .$6\text{ V} \cdot \left( \frac{\sqrt{2}}{2} \right) = 4.2426\text{ V}$

Ahora deja para conseguir la potencia en el punto de -3 dB, .$4.2426 \text{ V}^2=18 \text{ W}$

Entonces originalmente teníamos 36 W, ahora tenemos 18 W (que por supuesto es la mitad de 36 W).

Aplicación de -3dB en filtros

El punto -3dB se usa muy comúnmente con filtros de todo tipo (paso bajo, paso de banda, paso alto ...). Solo dice que el filtro corta la mitad de la potencia a esa frecuencia. La velocidad a la que cae depende del orden del sistema que está utilizando. Un orden superior puede acercarse cada vez más a un filtro de "pared de ladrillos". El filtro de pared de ladrillo es uno que justo antes de la frecuencia de corte está en 0dB (sin cambios en su señal) y justo después de estar en -∞ dB (no pasa ninguna señal).

¿Por qué filtrar la entrada a un oscopio?

Bueno, muchas razones. Todos los dispositivos (analógicos o digitales) tienen que hacer algo con la señal. Puede ir 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 su 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 osciloscopio agregarán un filtro de paso bajo para que ninguno de los dispositivos internos tenga que lidiar con frecuencias superiores a las que pueden manejar. Cuando un oscopio dice que su punto -3dB es de 100 MHz, están diciendo que han colocado un filtro de paso bajo en su entrada que tiene una frecuencia de corte (punto -3dB) de 100 MHz.

El gráfico de módulo en el diagrama de bode de un filtro de paso alto o paso bajo de primer orden puede aproximarse por dos líneas. El punto con el que se encuentran las dos líneas, en comparación con la línea real, nos da el número de -3db. Este punto se llama frecuencia de corte.

Por lo tanto, muchos sistemas están diseñados para funcionar en condiciones normales hasta que cumplan con la frecuencia de corte cuando pierden al máximo 3db. Si opera con una señal por encima de esa frecuencia, la señal puede atenuarse más.

Más información en Wikipedia sobre filtros continuos de paso bajo .

Los -3dB, provienen de 20 Log (0.707) o 10 Log (0.5). para determinar el ancho de banda de la señal, cuando disminuya el voltaje del máximo a 0.707 Max o disminuya la potencia del máximo a la mitad.

La respuesta de Kellenjb es excelente, solo quería agregar una página web que me dio un momento de "Ohhh" cuando estaba leyendo sobre esta cosa de -3db. Tal vez ayuda a visualizar.

Leí un tutorial sobre los filtros Band Pass que incluye una gran imagen de un diagrama de Bode. Puedes 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 cambio de fase en la frecuencia central, por lo que tenemos una transmisión de señal completa. Sin embargo, a medida que salimos de la banda de paso, llegamos a un punto donde el filtro de paso de banda cambia la señal para retrasar o adelantar la frecuencia central en 45 grados, y vemos nuestro punto de -3dB.

$1/\sqrt(2)$

$1/\sqrt(2)$

El interno del osciloscopio tiene una limitación de amplificador. Lo llamaron rango dinámico. Si usa su alcance, pase la limitación, su lectura ya no será precisa. El amplificador lineal comenzará a volverse no lineal.

Si observa cualquier diseño de bloque del osciloscopio, notará el amplificador o preamplificador de entrada. No verá bloque de filtro delante de él. La señal de entrada es demasiado pequeña antes de que pueda ser procesada por un filtro. Después de amplificar la señal, puede usar un filtro. Entonces, la limitación es el preamplificador, no un filtro. Cuando el o-scope te da una especificación de 100 Mhz, 3dB. Puede estar seguro de que se refiere al preamplificador.