Qual é o significado de -3dB?

Meu osciloscópio tem largura de banda de 100 MHz -3dB. -3dB é 0,707 unidades (sqrt (2) / 2). O que isso significa, por que 70,7% de atenuação? Existe alguma razão específica para esse nível de atenuação?

Tensão vs Potência ao usar dB

O ponto -3dB também é conhecido como ponto "meia potência". Na tensão, pode não fazer muito sentido o motivo pelo qual usamos ( ), mas permite olhar para um exemplo do que isso significa, no sentido de poder.$\sqrt{2}/2$

Primeiro, , mas vamos assumir que R é uma constante 1 $P=V^{2}/R$$\Omega$ . Por causa da constante 1ohm, podemos removê-lo da equação todos juntos.

Digamos que tem um sinal a 6 V, o seu poder seria então .$(6 \text{ V})^2 = 36 \text{ W}$

Agora eu pego o ponto -3dB, $6\text{ V} \cdot \left( \frac{\sqrt{2}}{2} \right) = 4.2426\text{ V}$ .

Agora vamos obter a potência no ponto -3dB, $4.2426 \text{ V}^2=18 \text{ W}$ .

Então, originalmente, tínhamos 36 W, agora temos 18 W (o que, obviamente, é metade dos 36 W).

Aplicação de -3dB em filtros

O ponto -3dB é muito comumente usado com filtros de todos os tipos (passa-baixo, passa-banda, passa-alto ...). É só dizer que o filtro corta metade da energia nessa frequência. A taxa em que ele cai depende da ordem do sistema que você está usando. Uma ordem mais alta pode se aproximar cada vez mais de um filtro de "parede de tijolos". O filtro da parede de tijolos é aquele que imediatamente antes da frequência de corte você está em 0dB (nenhuma alteração no sinal) e logo após você está em -∞ dB (nenhum sinal passa).

Por que filtrar a entrada para um Oscope?

Bem, muitas razões. Todos os dispositivos (analógicos ou digitais) precisam fazer algo com o sinal. Você pode ir tão simples quanto um seguidor de tensão até algo mais complexo, como mostrar o sinal em uma tela ou transformar o sinal em áudio. Todos os dispositivos necessários para converter seu sinal em algo utilizável têm atributos sobre eles que dependem da frequência. Um exemplo simples disso é um opamp e seu GBWP.

Portanto, no escopo O, eles adicionarão um filtro passa-baixo para que nenhum dos dispositivos internos tenha que lidar com frequências acima do que eles podem manipular. Quando um osciloscópio diz que seu ponto de -3dB é 100 MHz, eles estão dizendo que colocaram um filtro passa-baixo em sua entrada com uma frequência de corte (ponto de -3dB) de 100 MHz.

O gráfico do módulo no diagrama de códigos de um filtro passa-alto ou passa-baixo de primeira ordem pode ser aproximado por duas linhas. O ponto que as duas linhas se encontram, quando comparado à linha real, nos dá o número de -3db. Este ponto é chamado de frequência de corte.

Portanto, muitos sistemas são projetados para operar em condições normais até atingirem a frequência de corte quando perdem no máximo 3db. Se você operar com sinal acima dessa frequência, o sinal poderá ser mais atenuado.

Mais informações na Wikipedia sobre filtros contínuos de passa-baixo .

O -3dB vem de 20 Log (0,707) ou 10 Log (0,5). para determinar a largura de banda do sinal, ao diminuir a tensão de no máximo para 0,707Max ou diminuir a potência de no máximo para metade da energia.

A resposta de Kellenjb é excelente, eu só queria adicionar uma página da Web que me desse um momento "Ohhh" quando estava lendo sobre essa coisa de -3db. Talvez ajude a visualizar.

Eu li um tutorial sobre os filtros Band Pass, que inclui uma ótima imagem de um Bode Plot. Você pode ver a imagem principal abaixo. Isso ilustra muito bem como a atenuação do sinal varia dependendo das frequências. Vemos que não há mudança de fase na frequência central, por isso temos uma transmissão de sinal completa. No entanto, à medida que saímos da banda passante, chegamos a um ponto em que o filtro passa-faixa para atrasar ou liderar a frequência central em 45 graus, e vemos nosso ponto de -3dB.

Nesse ponto, podemos notar que sin (45 °) = $1/\sqrt(2)$

Para mim, o visual abaixo realmente ajuda a trazer algum sentido a essa escolha aparentemente arbitrária de $1/\sqrt(2)$.

A parte interna do osciloscópio possui uma limitação do amplificador. Eles chamavam de faixa dinâmica. Se você usar seu escopo, passe a limitação, sua leitura não será mais precisa. O amplificador linear começará a se tornar não-linear.

Se você observar qualquer desenho de bloco do osciloscópio, notará o amplificador ou pré-amplificador de entrada. Você não verá o bloco de filtro na frente dele. O sinal de entrada é muito pequeno antes de poder ser processado por um filtro. Depois de amplificar o sinal, você pode usar um filtro. Portanto, a limitação é o pré-amplificador, não um filtro. Quando o osciloscópio fornece uma especificação de 100 Mhz, 3dB. Você pode ter certeza de que está se referindo ao pré-amplificador.