Устройство осциллографа: принцип работы, устройство, назначение, особенности настройки

Принцип действия цифрового осциллографа — Осциллографы

Цифровой осциллограф — это конструктивное объединение аналогового осциллографа и электронно-вычислительной машины. С его помощью можно не только отображать характеристику напряжения в реальном времени, но и выполнять различные математические операции: складывать и вычитать сигналы в разных каналах, растягивать во времени фрагменты записанного в память сигнала, определять частотный спектр сигнала путём применения быстрого преобразования Фурье и прочее.

Входной сигнал u(t) проходит через масштабирующее устройство (усилитель и делитель напряжения) и попадает в аналогово-цифровой преобразователь. Задача этого звена – это заменить полученную зависимость дискретной последовательностью кодовых слов Ni (мгновенных значений ui этого напряжения). Полученное кодовое слово записывается оперативным запоминающим устройством, при этом, все предыдущие записанные отсчёты сдвигаются на одну ячейку (регистр сдвига), а самый первый N1 исчезает, как бы «выталкивается». Если ОЗУ состоит из М ячеек, то в нём, постоянно обновляясь, содержится М последних, «свежих», кодовых слов. Так продолжается до тех пор, пока не будет выполнено некое заданное условие, например, когда какое-либо ui впервые превысит заданный оператором уровень. После этого, содержимое некоторого количества ячеек ОЗУ переписывается в запоминающее устройство, где каждой ячейке соответствует точка на экране, отличающаяся от фона. Координата Х определяется номером ячейки, а координата Y кодовым словом Ni, которое находится в этой ячейке.

В отличие от аналоговых осциллографов, цифровые осциллографы, позволяют запоминать в оперативном запоминающем устройстве много кодовых слов, а потом «вытягивать» их порциями, соответствующими ширине экрана.

Также ещё одно принципиальное отличие от аналоговых осциллографов состоит в том, что на цифровом осциллографе можно видеть предысторию сигнала, до появления импульса запуска, это называют «предварительным запуском».

Кодовые слова переписываются из оперативного запоминающего устройство в запоминающее устройство так, что в момент появления импульса запуска первой ячейкой запоминающего устройства будет та, что даёт точку на вертикальной линии, проходящей через центр экрана, последующие точки располагаются направо от неё, предыдущие – налево. Положение первой ячейки можно смещать влево или вправо от центра и тем самым соответственно уменьшать или увеличивать видимый интервал предыстории.

Частоту дискретизации (частоту «выборок») можно изменять в широких пределах, что соответствует изменению масштаба по горизонтали и аналогично изменению скорости развёртки в аналоговых осциллографах.

Для изменения масштаба по вертикали, как и в аналоговых осциллографах, можно изменять коэффициенты усиления или деления соответственно входного усилителя или делителя напряжения.

Благодаря выше изложенным преимуществам цифровые осциллографы заняли прочные позиции в производстве контрольно – измерительных приборов и почти вытеснили из рынка аналоговые осциллографы. По данным компании Frost & Sullivan, доля продаж цифровых осциллографов на мировом рынке в 2007 году составляла 87,4%, в то время как для аналоговых приборов названа цифра 2,8%. На сегодняшний день в мире существует немало фирм, которые занимаются разработкой цифровых осциллографов достаточно давно и предлагают хорошую, сертифицированную, многофункциональную продукцию. Но с потребительской точки зрения весомым недостатком этих проборов является достаточно высокая их стоимость. В этом ракурсе вопроса потенциальные покупатели обращают внимание на, возможно, менее известные бренды, которые, тем не менее, могут предложить хорошее качество. Например, не так давно на мировой рынок вышла китайская компания по производству контрольно-измерительных приборов RIGOL. Именно эта компания, благодаря размещению в мировой зоне с низкими затратами на производство и хорошим идеям по поводу решения конструкторских задач, предлагает потребителям бюджетные цифровые осциллографы с отличным соотношением цена-качество.

Например, бюджетная серия RIGOL DS1000 цифровых запоминающих осциллографов предоставляет исключительные возможности для наблюдения и измерений параметров формы сигнала. Приборы серии компактны и легки. Осциллографы этой серии идеально подходят для: испытаний продукции, исследований и разработки, любых проверок и выявления неисправностей в аналоговых/цифровых схемах, а также для процесса обучения и практики.

Осциллографы | Автомобильные инструменты и оборудование

Существует два типа осциллографов: аналоговые и цифровые. На рисунке показан принцип действия аналогового осциллографа.

Рис. Принцип действия аналогового осциллографа

В аналогом осциллографе нагретый катод является источником электронов, которые далее ускоряются приложенным напряжением и фокусируются в луч. Луч направляется на флюоресцирующий экран и вызывает его свечение. Это основной принцип работы электронно-лучевой трубки (катодной трубки). Пластины, показанные на рисунке, известны как пластины горизонтального и вертикального отклонения, поскольку приложенное к ним напряжение сдвигает электронный луч, рисуя «картинку» на экране. На пластины горизонтального отклонения подается пилообразный сигнал, который заставляет луч перемещаться по экрану слева направо, а затем «лететь обратно» и начинать новое движение. Луч перемешается, потому что электроны луча притягиваются к той из пластин, которая имеет положительный потенциал. Пластины вертикального отклонения луча применяются для того, чтобы показывать изменение напряжения сигнала во времени. Частота пилообразного сигнала, называемая частотой развертки, может быть выбрана либо автоматически, как это имеет место во многих анализаторах, или вручную на осциллографе. Сигнал от контрольной точки может быть усилен или ослаблен. Момент начала подачи напряжения развертки (другими словами, момент, когда начинается движение пятна по экрану) может быть задан внутренней схемой осциллографа или внешним сигналом.

В работе анализатора двигателя запуск луча является, как правило, внешним — луч запускается каждый раз, когда проскакивает искра какой-либо отдельной свечи зажигания или когда искру дает свеча номер один.

Цифровой осциллограф выдает на экран почти такую же конечную картину, как и аналоговый, но изображение кажется напечатанным матричным принтером, а не нарисованным на экране. Контрольный сигнал преобразуется посредством АЦП, а сигнал периода измерения образуется с помощью простого таймера или цепи счетчика. Поскольку выводимый на экран сигнал представляет собой данные, хранящиеся в памяти в цифровой форме, изображение может быть сохранено, зафиксировано или даже распечатано на принтере. Чтобы гарантировать точные результаты, важны как скорость преобразования и выборки данных, так и разрешение экрана. Использование цифровой техники все больше становится нормой, поскольку возможность масштабирования, вывода пояснений или наложения для сравнения двух или более графиков увеличивает наглядность индикации.

Рис. Осциллометр компании Bosch

Очень полезный вид оборудования, становящийся очень популярным, — это «осциллометр» (scopemeter). Это переносной цифровой осциллограф, который позволяет сохранять данные и передавать их в персональный компьютер для дальнейшего исследования. Осциллометр может быть использован для большого количества проверок на автомобиле. Этот тип испытательного оборудования настоятельно рекомендуется использовать в работе.

что это, какие бывают, что измеряют, как пользоваться

Чтобы отремонтировать современную электронную технику одного мультиметра порой недостаточно. Им можно определить целостность радиодеталей. Но определить работает или нет микросхема мультиметром не получится. Для этого нужен осциллограф. Что это за прибор, что он делает? Об этом и будет статья.

Содержание статьи

Что такое осциллограф

Осциллограф — это прибор для визуального отображения и измерений параметров сигналов различной формы (процесс называется «осциллографирование»). Сигналы подаются на вход и отображаются на экране. Экран разбит на квадраты, по центру проходят две оси координат.  По горизонтали измеряется время. По вертикали — амплитуда и/или напряжение. Цена деления задается при помощи ручек калибровки. Режим отображения подстраивается под каждый сигнал. Выбирается такой режим, который наиболее удобен в данном случае (в пределах возможностей прибора).

Осциллограф — это не обязательно большая, громоздкая вещь. Есть портативные цифровые модели, есть приставки. Есть даже программы, которые можно с адаптером установить на стационарный компьютер или ноутбук.

Так выглядит цифровой осциллограф Tektronix DPO 3054. На дисплее отображает сигнал, регуляторами выбираются параметры

По количеству одновременно отслеживаемых сигналов осциллографы есть однолучевые (одноканальные/моноканальные) и многолучевые (многоканальные). Однолучевые могут одновременно принимать только один сигнал, многолучевые — два, три, четыре и больше — до 16. Зависит от прибора.

Какой тип лучше? Многолучевой. Вы одновременно можете отслеживать сигнал в нескольких точках схемы. Изменяя параметры будете видеть реакцию устройства не только на выходе, но и в разных точках схемы.

Для чего он нужен

Для чего нужен осциллограф? Это просто необходимая вещь при ремонте электронной аппаратуры, при самостоятельной сборке или усовершенствовании каких-либо устройств. Многим хватает тестера или мультиметра. Да. Но для ремонта простых устройств без микросхем и микропроцессоров. Мультиметром вы можете проверить наличие обрыва, короткого замыкания, измерить напряжение и ток. Ни форму сигнала, ни конкретные параметры синусоиды или импульсов не измерить и не увидеть.

Осциллограф нужен для измерения напряжения и визуального отображения сигналов. На фото цифровой двухканальный осциллограф Hantek DSO5102B в рабочем режиме

А ведь бывает так, что все детали, вроде исправны, но устройство не работает. А все потому что некоторые детали требовательны не только к физическим параметрам питания (напряжение, сила тока), но и к форме сигнала. Этим «страдают» некоторые полупроводниковые детали, практически все микросхемы и процессоры. А без них сейчас обходятся только самые элементарные приборы типа кипятильника. Вот и получается, что найти сгоревший резистор, пробитый транзистор можно и мультиметром. Но для чуть более сложную поломку уже не устранить. Вот для этих случаев и нужен осциллограф. Он позволяет видеть форму сигнала, определять есть ли отклонения и находить источник проблемы.

Виды осциллографов

По принципу преобразования сигнала осциллографы бывают аналоговыми и цифровыми. Есть еще смешанный тип — аналогово-цифровой. Принципиальная разница между ними — в методах обработки сигналов и в возможности запоминания. Аналоговые модели транслируют «живой» сигнал в режиме реального времени. Записывать его на таком приборе нет возможности.

Аналогово-цифровые и цифровые уже имеют возможность записи. На них можно «открутить» время назад и просмотреть информацию, увидеть динамику изменения амплитуды или времени.

Еще одно отличие цифровых осциллографов от аналоговых — размеры. Цифровые приборы имеют значительно меньшие габариты

Цифровые осциллографы сначала оцифровывают синусоиду, записывают эту информацию в запоминающее устройство (ЗУ), а затем передают на экран монитора. Но не все цифровые модели имеют долговременную память — в таком случае запись ведется циклически. Это когда вновь пришедший сигнал записывается поверх предыдущего. В памяти хранится то, что появлялось на экране, но промежуток времени не такой большой. Если вам необходима запись длиной пять-десять минут, нужен запоминающий осциллограф.

Что измеряет осциллограф

На экране осциллографа отображается двухмерная картинка сигнала, который подали на измерительный вход. На экране есть две оси координат. Горизонтальная — ось времени, вертикальная — напряжение. Эти параметры и измеряют. А уже из них высчитывают остальные.

На экране осциллографа отображаются сигналы, которые подаются на его входы. Это например, двухлучевой аналоговый осциллограф, который показывает форму сигнала на входе (синусоида) и выходе (прямоугольный) импульсного преобразователя напряжения

Вот что можно измерить и отследить при помощи осциллографа:

• Напряжение (амплитуду).
• Временные параметры, по которым можно рассчитать частоту.
• Отслеживать сдвиг фаз.
• Видеть искажения, которые вносит элемент или участок цепи.
• Определить постоянную и временную составляющие сигнала.
• Увидеть наличие шума.
• Рассчитать соотношение сигнал/шум.
• Видеть/определить параметры импульсов.

Сигнал, который показывает осциллограф, довольно информативен. Видны искажения, которые вносит та или иная деталь, можно отследить, как меняется форма/амплитуда/частота в каждой точке схемы, после каждой детали.

Кроме наблюдения за формой сигнала, осциллограф можно использовать для определения целостности сопротивлений, конденсаторов, катушек индуктивности (см. видео ниже).

Устройство и принцип работы

Рассмотрим блок-схему и алгоритм работы аналогового осциллографа. Как уже говорили, изменять изображения можно по горизонтали и по вертикали. Приборы на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) для этого имеют две пары пластин. Одна пара для изменения масштаба по вертикали (амплитуда или напряжение). Вторая — для растягивания или сжатия по горизонтали (временные параметры).

Устройство аналогового осциллографа: блок-схема

Отслеживаемый сигнал подается на входной усилитель, где усиливается или уменьшается до заданных значений. Значение задается переключателями. Коэффициент усиления обычно от 100 до 1000. Усиленный сигнал идет на пластины вертикальной развертки электронно-лучевой трубки.

Горизонтальная развертка формируется на основе пилообразного сигнала, который генерируется в соответствующем блоке (генератор развертки). Его параметры также задаются соответствующим переключателем. Отображение на экране ЭЛТ идет в режиме реального времени, с некоторой задержкой. Величина задержки прописывается в технических характеристиках прибора.

Основные блоки аналогового осциллографа

Для работы осциллографа важен блок синхронизации. Он обеспечивает появление картинки в момент поступления потенциала на вход. За счет этого на экране мы видим сигнал за некоторый промежуток времени. Есть разные типы синхронизации. Они выбираются переключателем. Чаще всего выбирают синхронизацию от самого исследуемого сигнала. Есть еще от сети и внешнего источника.

Режимы работы осциллографа

Осциллографом исследуют различные типы сигналов. Они могут быть постоянными (напряжение в сети), периодическими (шумы, помехи, звуки и т.д.). Периодические могут возникать случайно или с определенным интервалом. В зависимости от того, как часто или редко возникает сигнал, выбирают тот или иной режим работы.  Чаще всего в осциллографе есть два режима: автоматический (автоколебательный) и ждущий. Еще может быть однократный.

Выбор режима работы осциллографа

Если мы не знаем, как часто возникают импульсы, выбирают обычно автоматический режим. В нем даже при отсутствии потенциала на входе или при его недостаточном уровне экран светится. Отображается «нулевой» сигнал — прямая линия, которая должна идти по горизонтальной оси на экране (выставляется по линии регуляторами со стрелочками). При появлении потенциала на входе, он отображается на экране. Картинка при этом периодически обновляется и мы видим развертку сигнала по времени.

Так выглядит экран осциллографа в автоколебательном (авторежиме) при отсутствии сигнала

Ждущий режим хорош для редко появляющихся сигналах. Пока на входе ничего нет, экран не светится. При появлении каких-либо изменений он загорается, запускается генератор развертки и сигнал отображается на экране. Запуск можно настроить как по восходящему фронту импульса/синусоиды, так и по нисходящему. Можно настроить запуск не на исследуемый сигнал, а на то событие, которое ему предшествует (если такое есть).

Одиночный режим настраивает осциллограф на принятие одного сигнала. Когда на вход приходит потенциал нужного уровня, сигнал отображается на экране. После этого прибор переходит в неактивное состояние. И, даже если на входе будет следующий потенциал (или пять, или сто пять) он его не зарегистрирует. Для приема другого импульса нужно заново «взвести» прибор.

Делитель (аттенюатор)

Исследуемый сигнал может иметь напряжение от десятых долей до сотен вольт. Есть осциллографы со встроенным регулятором чувствительности — аттенюатором. Выглядит он как переключатель с градуировкой. Она задает «вес» одного деления на экране и определяет, во сколько раз понижается входной сигнал. Если ожидается малый уровень, мы просто выставляем на 1 или на 0,1. В таком случае одно деление на экране по вертикали будет 1 В и 0,1 В соответственно. И «понижать» сигнал будут в 1 раз (то есть, передадут как есть) или усилят в 10 раз перед подачей на вход (это если стоит 0,1).

Не все осциллографы имеют встроенный делитель (аттенюатор). В комплекте с таким прибором  идут внешние делители на 1:10 или 1:100. Это прямоугольные или цилиндрические насадки с разъемами с обоих сторон. Они устанавливаются во входной разъем и через них подается напряжение на вход, но уже пониженное в соответствующее количество раз.

Примерно так выглядит делитель. Он устанавливается во входное гнездо, а к нему уже подключается измерительный шнур

Ставить делитель необязательно. Необходимость определяется по ожидаемому уровню сигнала. В характеристиках указывается максимальное входное напряжение, которое может подаваться на прибор без делителя и с делителем. По уровню ожидаемого сигнала и ставим насадку.

Если уровень неизвестен, сначала выставляют самый большой делитель (или самое большое деление на аттенюаторе). Это предохранит прибор от перегорания если потенциал будет высоким. По результатам первого замера выбирается оптимальный режим.

Особенности цифровых моделей

Цифровой осциллограф работает иначе — аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму. В таком виде он записывается в ЗУ и передается на монитор, где из цифрового формата переводится снова в аналоговую форму. Отображение на экране начинается только в тот момент, когда уровень на входе превысит определенное значение (задается настройками).

Периодичность смены картинки зависит от выбранного режима работы: автоматический, одиночный и обычный. Обычный — это аналог ждущего.

Упрощенная блок-схема цифрового осциллографа

Чем лучше цифровые модели? Во-первых, такое преобразование делает изображение более стабильным. Во-вторых, проще увеличивать и уменьшать масштаб. В-третьих, есть возможность записи. Ну, и габариты. Самый небольшой аналоговый осциллограф — С1-94 — имеет размеры 100*190*300 мм и вес 3,5 кг. А цифровые при размерах 100*50-60*13-20 мм имеют вес порядка 150-300 граммов. И это вместе с аккумуляторами.

Как работать с осциллографом

Первоначально выставляются режим работы осциллографа (автоколебательный, ждущий или одиночный). Затем выбирается режим аттенюатора или устанавливается соответствующий делитель напряжения.
Это касается аналоговых приборов. Цифровые на входе анализируют сигнал и понижает/повышает его до необходимого уровня. В них на входе стоит аналитический блок, который сам понижает или повышает входной сигнал до требуемого уровня.

Подключение осциллографа

В комплекте с осциллографом идет измерительный шнур или шнуры. Их количество зависит от числа входных каналов конкретной модели. Если канал один, то и шнур один. Может быть два, три и до шестнадцати. Подключать надо столько, сколько собираетесь использовать.

Шнуры для осциллографа трудно спутать с другими. Один конец — со щупом и ответвлением. Это «измерительная» сторона. С другой находится характерный круглый разъем. Эта часть подключается к измерительному входу.

Провод, который идет в сторону от щупа — для подключения к «земле». Он часто бывает снабжен прищепкой или «крокодилом». Его подключать обязательно, вольтаж может быть разный и заземление необходимо.

Измерительные шнуры для осциллографа

Некоторые шнуры для осциллографа имеют на рукоятке переключатель, который работает как небольшой усилитель (на фото справа).

После подключения измерительных шнуров включаем прибор в сеть. Затем, перед работой, переводим в рабочее положение тумблер/кнопку включения прибора. Можно считать что осциллограф готов к работе.

Проверка осциллографа перед работой

Перед началом работы надо проверить осциллограф. Включаем его в сеть, устанавливаем измерительный шнур. К щупу прикасаемся пальцем, на экране появляется синусоида частотой 50 Гц — наводки от бытовой электросети.

Если пальцем прикоснуться к измерительному щупу, на экране появится синусоидальной формы сигнал. Синусоида неидеальна, но если она есть и ее частота 50 Гц, это значит, что осциллограф исправен

Затем берем земляной щуп и прикасаемся им к измерительному (палец продолжаем держать на острие щупа). Сигнал пропадает (отображается прямая). Это значит, что прибор исправен.

Как измерить осциллографом напряжение: переменное, меандра, постоянное

Как уже говорили, напряжение на экране осциллографа отображается по вертикали. Весь экран разбит на квадраты. Цена деления по вертикали выставляется переключателем, который подписан «V/дел». Что и обозначает, Вольт на одно деление. Перед подачей сигнала выставляем луч точно по горизонтальной оси — это важно.

Подаем сигнал и считаем, на сколько клеточек от нулевого уровня поднимается или опускается сигнал. Затем умножаем количество клеток на «цену деления», взятую с регулятора. В результате получаем напряжение сигнала. В случае с синусоидой или меандром (положительные и отрицательные прямоугольные импульсы) считается напряжение полуволны — верхней или нижней.

Измерение напряжения осциллографом

Чтобы было понятнее, разберем пример. На фото есть сигнал, полуволна которого понимается и опускается на три клеточки. Цена деления на регуляторе — 5 В. Имеем: 3 дел * 5 V/дел  = 15 V. Получается, данный сигнал имеет напряжение 15 вольт.

Если надо измерить постоянное напряжение, снова выставляем луч по горизонтали. Подаем напряжение и смотрим, на сколько клеток «подпрыгнул» или опустился луч. Дальше все точно так же: умножаем на цену деления и получаем значение постоянного напряжения.

Как осциллографом определить частоту

Частота определяется как 1/T, где Т — период сигнала. А период — это время, за которое сигнал проходит полный цикл. Для сигнала на экране это 5,7 клетки. Считаем от места пересечения с горизонтальной осью и до второй аналогичной точки.

Как определить частоту сигнала по осциллографу

Далее определяем частоту деления по переключателю развертки. Положение переключателя стоит на 50 миллисекунд. Берем количество делений и умножаем на количество клеток. Получаем 50 мс * 5,7 = 285 мс. Переводим в секунды. Для этого надо разделить на 1000. Получаем 0,285 сек. Считаем частоту: 1/0,285 = 3,5 Гц

Полоса пропускания осциллографа: что это и на что влияет

При выборе осциллографа смотрят на следующие параметры:

• Полоса пропускания.
• Максимальное входное напряжение.
• Режимы развертки.
• Источники синхронизации.

Обо всех параметрах, кроме полосы пропускания, уже рассказали. Полоса пропускания — это чуть ли не важнейший показатель. Она определяет максимальную частоту сигнала, который будет отображаться без искажений. Например, при полосе пропускания 20 Гц — 20 МГц, все что имеет более высокую частоту будет подавляться.

Там, где полоса пропускания заканчивается, частоты жестко подавляются

Как же выбирать частоту пропускания? Зависит от того, какие сигналы вы собираетесь изучать и насколько «глубоко» вам надо их исследовать. Для аналоговых сигналов все просто — верхний предел должен быть больше чем максимальная частота. С меандрами все сложнее. На самом деле они состоят их суммы нечетных гармоник сигнала. Чем больше гармоник, тем больше форма похожа на квадрат, а не на сглаженное что-то. Но гармоники высокого порядка имеют очень высокую частоту. Если надо исследовать фронты, их отклонение, то верхний предел полосы пропускания — это десятки гигагерц. А такие приборы очень дорогие. Для обычной синусоиды достаточно 10-20 МГц, что значительно дешевле.

Из чего состоит осциллограф — Яхт клуб Ост-Вест

Осциллограф представляет прибор, используемый для исследования временных и амплитудных параметров электрического сигнала, который подается на его вход, или непосредственно на экране, или записываемого на фотоленте. На сегодняшний день это один из самых распространенных типов контрольно-измерительных приборов, который наряду с мультиметрами позволяет производить производственные и научные исследования.

На сегодняшний день промышленность не стоит на месте. Создаются современные приборы, которые позволяют значительно сокращать время исследований и разработок. Они обладают значительным набором измерительных приложений, емкостным сенсорным дисплеем, глубокой памятью и высочайшей скоростью обновления сигналов на экране.

Виды

Всего имеется несколько типов приборов, которые различаются по характеристикам:

• Аналогово-цифровые.

• Цифровые запоминающие.

• Устройства смешанных сигналов.

• Виртуальные устройства.

По количеству лучей осциллограф может быть:

• Однолучевой.
• Двулучевой и так далее.

Число лучей может быть 16 и более (n-лучевой прибор имеет n сигнальных входов, в том числе может отображать на экране одновременно n графиков входных сигналов).

Приборы также классифицируются по принципу действия:

• Электронный: аналоговый и цифровой.
• Электромеханический: электродинамический, выпрямительный, электростатический, термоэлектрический, электромагнитный, магнитоэлектрический.

По развертке их можно поделить:

• Специальный.
• Запоминающий.
• Стробоскопический.
• Скоростной.
• Универсальный.

Имеются также приборы, которые совместимы с иными измерительными устройствами. Это может быть не только автономное устройство, но и приставка, к примеру, компьютер, карта расширения или вовсе подключение к внешнему порту.

Устройство

Конструкция аналоговых устройств базируется на применении систем аналоговой горизонтальной развертки и электронно-лучевых трубок. Одним из главных блоков данных приборов являются генераторы линейно меняющегося напряжения пилообразной формы.

Аналоговый осциллограф имеет:

• Отклонение луча на экране определяется напряжение пластин. Трубки выделяются большим диапазоном частоты. Горизонтальная развертка функционирует от напряжения горизонтальных пластин по линейной зависимости. Верхняя граница частоты определяется усилителем и емкостью пластин. Нижний предел соответствует 10 герцам.
• Для визуализации характеристик и формы в аналогово-цифровых приборах исследуемого сигнала используются системы аналоговой горизонтальной развертки, электронно-лучевые трубки, в том числе генераторы линейно изменяющегося напряжения. К тому же в конструкции приборов имеются встроенные запоминающие модули, которые используются для хранения изображения.
• Запоминающие цифровые приборы применяют высокоскоростную оцифровку аналоговых сигналов, обеспечивают их хранение и выводят на жидкокристаллический индикатор, который применяется вместо электронно-лучевой трубки. Цифровой осциллографимеет преобразователь аналогового сигнала, усилитель, делитель, блок управления, память и блок выведения на ЖК панель.
• Устройства смешанных сигналов быстро оцифровывают аналоговые сигналы, в том числе имеют функцию ввода цифровых последовательностей. Вся необходимая информация сохраняется в запоминающий модуль и выводится на жидкокристаллический монитор при необходимости.

Принцип действия

Аналоговые устройства для создания изображения на экране применяют электронно-лучевую трубку. В ней напряжение, которое подается на оси X и Y, заставляет точку передвигаться по экрану. На горизонтали можно наблюдать зависимость от времени, тогда как по вертикали идет отображение пропорциональное входному сигналу. В целом же сигнал усиливается и направляется на электроды, которые отклоняют по оси Y электронно-лучевой трубки с применением аналоговой технологии.

Цифровой осциллограф работает несколько по-другому:

• Выполняется модификация входящего аналогового сигнала в цифровую форму.
• Затем происходит его сохранение. Скорость сохранения зависит от управляющего устройства. Верхняя граница определяется скоростью преобразователя, при этом у нижней границы нет ограничений.
• Преобразование сигнала в цифровой код позволяет повысить устойчивость отображения, сделать масштаб и растяжку проще, сохранить данные в память.
• Использование дисплея вместо электронной трубки дает возможность отображать любые данные, в том числе выполнять управление прибором. У дорогостоящих приборов установлены цветные экраны, благодаря чему они дают возможность выделять цветом различные места, различать курсоры и сигналы иных каналов.
• Синхронизацию можно наблюдать прямо перед включением развертки. Используемые процессоры обработки сигнала позволяют обрабатывать сигнал при помощи анализа преобразованием Фурье.
• Информация в цифровом виде дает возможность записать экран с итогами измерения в память, в том числе распечатать на принтере. Большинство приборов имеют накопители, чтобы можно было записать изображения в архив и в дальнейшем произвести их обработку.

Применение

Осциллограф представляет измерительный прибор, при помощи него можно.

• Определить значения напряжения сигнала (амплитуду) и временные параметры.
• Измерив временные характеристики сигнала, удастся определить его частоту.
• Наблюдать сдвиг фаз, происходящий при прохождении разных участков цепи.
• Выяснить переменную (AC) и постоянную (DC), которые составляют сигнал.
• Наблюдать искажение сигнала, который вносит определенный участок цепи.
• Выяснить соотношение сигнал/шум, определить стационарность шума или его изменение по времени.
• Понять процессы, которые происходят в электрической цепи.
• Выяснить частоту колебаний и так далее.

Эти устройства преимущественно применяются в электронике и радиотехнике. Особенно важным элементом прибор используется в электромеханических сферах производства. Данное устройство выступает в качестве фиксирующего прибора, который наглядно отображает все колебания электрического тока, происходящие в определенном электрическом механизме. С помощью прибора можно найти помехи, а также искажения прохождения электрического импульса в самых разных узлах схемы.

Применение в диагностике и ремонте автомобилей

Применяются эти приборы и в других областях. Так они часто используются для определения неисправностей в системе исполнительных механизмов и иной диагностике. При помощи них даже можно диагностировать механические неисправности двигателя.

К примеру, осциллограф способен:

• Выявить неисправный катализатор.
• Определить соответствие установки задающего шкива коленвала по отношению к датчику положения коленчатого вала.
• Выявить сильный подсос воздуха.
• Наблюдать сигналы с датчиков системы, отслеживать их изменение.
• Считывать коды неисправностей, сохраненные системой.
• Указать идентификационные данные системы, ЭБУ.
• Выполнить проверку работу исполнительных механизмов и так далее.

Естественно, что такой прибор должен иметь логический анализатор, специальное программное обеспечение и уметь выполнять дешифровку протоколов.

Для ремонта электроники необходимы измерительные приборы. В основном используют мультиметр или старый добрый тестер, но для сложной диагностики неисправностей радиоэлектронной аппаратуры требуется более точный и чувствительный прибор — осциллограф. Им пользуются в основном профессиональные мастера электроники. Обывателю достаточно сложно разобраться в тонкостях его работы. Статья поможет понять принцип работы и полезные качества этого аппарата для диагностики электронной техники.

Что такое осциллограф и зачем он нужен

Осциллограф позволяет визуализировать электрические сигналы, импульсы и колебания. При диагностике неисправностей электронной аппаратуры очень важно видеть процессы, происходящие в электронной схеме, даже если они кратковременны и происходят в случайный момент. По осциллограмме можно видеть амплитуду электронного колебания и время любого его участка. С помощью осциллографа измеряют: фазы, частоты, коэффициенты модуляции электронных колебаний и многие иные необходимые измерения. Большой диапазон измеряемых частот, возможность отделения необходимого сигнала от помех делает его незаменимым прибором при ремонте сложной электронной техники. В общих чертах и понятным новичку языком принцип работы можно описать следующим образом.

Устройство осциллографа

Основной элемент прибора — экран, разделённый на клетки. На него выводится визуализация электрического колебания. Масштаб клеток задаётся регулировками на корпусе осциллографа. Вертикальные клетки показывают напряжение подаваемого сигнала, а горизонтальные замеряют время. Градация клеток как по напряжению, так и по времени выставляется регуляторами на корпусе. Зная время одного импульса сигнала несложно рассчитать его частоту.

Усилитель сигнала

Прибор оснащён регулятором усиления электрического сигнала. По сути, функция изменяет масштабирование синусоиды на экране. Например, по вертикали экран размечен на 10 клеток, и предел усиления установлен на 1 вольт на клетку. В этом случае импульс напряжением в двадцать вольт будет не виден на экране. Нужно установить параметр усиления на большее количество вольт, отображаемое в одной клетке. Точно так же при низком напряжении увеличением усиления добиваются отчётливой визуализации осциллограммы.

Развёртка и её регулировка

Принцип настройки осциллографа по параметру развёртки идентичен настройке усиления, только производится она по горизонтальной оси. Клетки соответствуют миллисекундам. Изменяя их количество, соответствующее одной клетке, получаем нужное отображение синусоиды в необходимом масштабе. При необходимости изучить малый отрезок сигнала, значение развёртки уменьшают. Для изучения частотности и типа электронного импульса, оценки цикличности и других характеристик значение увеличивают.

Блок синхронизации

Синусоида графика прорисовывается на экране слева направо, до его окончания. Далее, прорисовка повторяется. Скорость построения графика высока и приводит к «бегущей» прорисовке или вообще к непонятной кривой. Это происходит по причине наслоения нового изображения на старый график с однозначным смещением. Регулировкой синхронизации осуществляется включение развёртки при достижении входным сигналом установленных значений.

Например, установив значение синхронизации в ноль вольт, при обработке синусоиды сигнала отображение начнётся после достижения напряжения на входе заданного показателя, а завершится в конце экрана. Потом визуализация начнётся с очередного нулевого показателя, и цикл будет повторяться. В результате становится видна стабильная картина, и все скачки сигнала становятся наглядно видны. Простейший блок синхронизации оснащён двумя настройками:

• Регулятор «Фронт» — позволяет установить напряжение старта. Если, допустим, установить ноль, то прорисовка начнётся, когда синусоида будет падать до значения ноль.
• Регулятор «Спад» — При установленном на ноль регуляторе прорисовка стартует, когда синусоида будет подниматься до значения ноль снизу.

В сложных моделях осциллографов существуют ещё ряд настроек синхронизации для более специфических измерений.

Блок питания

Служит для подачи необходимого напряжения на электронные схемы самого осциллографа от сети 220 вольт.

Прибор может быть оснащён одним или несколькими сигнальными входами. Это зависит от модели. Несколько выходов необходимы для замера анализа и сравнения сразу нескольких электрических сигналов. Простейший осциллограф оснащён лишь одним сигнальным выходом и щупом заземления. Если к входу прибора ничего не подключено, то на экране посередине моделируется горизонтальная линия, называемая нулевой прямой. Если, к примеру, подключить сигнальный щуп к плюсу батарейки, а заземление к минусу, прямая линия подскочит вверх на количество клеток, соответствующее напряжению по шкале градации, выставленной на корпусе прибора. Поменяв щупы местами, линия опустится на то же количество клеток.

Зачем необходим осциллограф

Областей использования осциллографа очень много. Визуализация поведения электронного сигнала значительно упрощает определение неисправности, следовательно, ускоряет время, затрачиваемое на ремонт любого, даже очень сложного прибора. Осциллограф позволяет:

1. Измерить напряжение и временной параметр электронного сигнала, определить частоту.
2. Видеть амплитуду сигнала, понять его природу.
3. Измерить сдвиг фаз.
4. Выяснить соотношение полезного сигнала и помех, наводок, а также понять характеристики шумов.

При помощи осциллографа легче определить неисправность в приборе, а некоторые поломки диагностировать без него невозможно. Он делает огромное количество замеров в секунду, способен выявлять очень кратковременные сбои сигнала и фиксировать их, что невозможно сделать мультиметром.

Виды осциллографов

Приборы разделяются на два больших вида: аналоговые, собранные по схемам с использованием электронно-лучевых трубок, и цифровые собранные с использованием жидкокристаллических дисплеев. А также существует разделение по количеству сигнальных входов. Это нужно для замера сразу нескольких показаний и их сравнения.

Аналоговые осциллографы

Это собранные по классической схеме осциллографы с применением лучевой трубки. Такие модели оснащены делителем, вертикальным усилителем, имеют синхронизацию и отклонение, и блок питания. Нижний порог измеряемой частоты 10 герц, верхний зависит установленного усилителя. В наше время аналоговые приборы вытесняются цифровыми моделями этого нужного агрегата.

Цифровые осциллографы

Эти приборы, собранные на основе микропроцессорных компонентов. Такие схемы осциллографов обладают значительно большим спектром технических возможностей. Состоят из делителя, усилителя, дешифратора аналогового сигнала в цифровой код, блока управления, памяти, а также из блока питания и ж. к. дисплея для визуализации измерений. Цифровые приборы компактны и могут быть нескольких типов:

• Цифровые запоминающие приборы. Принцип действия несколько отличается от аналогового варианта. Входящий сигнал преобразовывается в цифровой вид и при необходимости запоминается. Скорость запоминания задаётся управляющим блоком. Оцифровка сигнала позволяет повысить стабильность отображения и запомнить информацию, сделать проще растяжение и масштабирование синусоиды. Ж. к. дисплей даёт возможность отображать дополнительные данные и управлять прибором. Существуют модели с цветным дисплеем, дающим возможность отличать сигналы от помех, шумов и других каналов, обозначать цветом интересующие места осциллограммы. Запомненные результаты измерений можно перенести в файле на компьютер или распечатать для дальнейшей обработки.
• Цифровые люминофорные устройства. Приборы совмещают в себе все достоинства аналоговых и цифровых осциллографов, благодаря новейшей технологии построения графика сигнала на цифровом люминофоре. Это позволяет видеть на экране все нюансы модуляции сигнала, как на аналоговых типах прибора. При этом даёт возможность сохранения измерений в памяти и их анализа. А также возможно выводить графики с изменяемой интенсивностью, что очень облегчает определение неисправностей в импульсных электронных схемах и модулях. Например, становиться возможным расчёт глубины модуляции электрического сигнала при настройке напряжения на выходе импульсного блока питания, что приводит к нестабильной работе схемы или модуля. Люминофорные приборы мгновенно реагируют на изменения входного сигнала, отображают его с разной яркостью, имеют возможность сохранения и анализа измерений. Отлично совмещает в себе все преимущества цифровых и аналоговых устройств, а во многом и превосходят их.
• Цифровые стробоскопические устройства. В таких типах приборов используется эффект последовательного стробирования сигнала. Приборы точены и чувствительны, позволяют исследовать периодические сигналы минимальной интенсивности, имеют широкую полосу пропускания. Позволяют выявлять дефекты очень сложных схем. Цена приборов очень высока, поэтому используется только профессионалами.

Портативные осциллографы

Технологии идут вперёд, стационарные цифровые приборы приобретают меньшие габариты и размеры, осциллографы не исключение. Портативные модели этих приборов имеют небольшие размеры и массу, питаются от батареек или встроенного аккумулятора. При этом не уступают стационарным устройствам по функциональности и точности, имеют большое количество функций и возможностей применения в различных областях.

Виртуальные осциллографы

Виртуальные варианты прибора являются неплохой заменой обычных цифровых осциллографов. Их преимущества в низкой стоимости, лёгкости применения, небольших размерах, хорошем быстродействии. Недостатки: невозможность замера и постоянной визуализации величины сигнала. Могут применяться в любой радиотехнической сфере. Например, для обслуживания телекоммуникационных сетей, ремонта электронной техники и компьютеризированного оборудования, при диагностике любых схем и блоков, где необходимо тестирование и анализ неустойчивых, переходных электронных процессов.

Виртуальные приборы могут быть двух типов: ·

• Собранный в отдельном блоке аппаратный модуль, подключаемый к компьютеру через USB порт.
• Программное приложение для компьютера, работающее при помощи звуковой карты, к линейному входу которой подключается сигнальный щуп. Визуализация сигнала происходит на мониторе П. К. или ноутбука.

При выборе модели прибора нужно обязательно представлять, какие измерения будут им производиться.

Проверка осциллографа

В инструкции по эксплуатации обязательно описан процесс калибровки (проверки) устройства. Практически любой осциллограф имеет сзади или сбоку корпуса специальный выход генератора прямоугольных импульсов. Его используют для калибровки прибора. При подключении сигнального щупа к калибровочному выходу на экране должна появиться пилообразная линия. Поставив воспроизведение луча в режим «Авто», нужно проверить работу всех функций, покрутив ручки. Яркость должна регулироваться, фокусировка — фокусировать, луч должен двигаться вверх, вниз при масштабировании. При настройке синхронизации осциллограмма должна останавливаться.

Самый же простой способ убедиться в работоспособности прибора — это коснуться пальцами щупа. Луч должен реагировать на прикосновение.

Основные функции работы и возможности осциллографа, описанные выше? наверняка помогут начинающим. Многие вопросы, возникающие в процессе использования агрегата, можно понять лишь с опытом. Прибор достаточно сложен, но изучив его, легко решаются задачи диагностики и ремонта фактически любых электронных схем.

Обзоры оборудования, проходящего тестирование техническими специалистами Магазина инструментов Masteram

Осциллограф: история и классификация

Осциллограф – это один из самых важных и незаменимых инструментов для анализа электрических сигналов, без которого невозможно представить себе ни одну мастерскую, не говоря уже о крупных сервисных центрах. Осциллографы предназначены для визуализации амплитудных изменений подаваемого на них сигнала во временном разрезе и позволяют наблюдать, измерять, а также записывать этот сигнал. Современные осциллографы являются отличными инструментами для тестирования, отладки и устранения неполадок, потому что с их помощью можно определять работоспособность отдельно взятых электронных компонентов, а также модулей в сборе.

Аналоговый осциллограф

Цифровой осциллограф

Как правило, цифровые осциллографы разделяют на три основных подтипа:

• запоминающий осциллограф (DSO), использующий технологию выборки в реальном времени;
• стробоскопический осциллограф (DSaO), использующий выборку в эквивалентном масштабе времени;
• фосфорный осциллограф (DPO), использующий продвинутые технологии выборки и обработки сигналов.

Цифровые запоминающие осциллографы появились благодаря технологической эволюции гибридных аналогово-цифровых преобразователей (ADC), ответственных за быстрое и точное оцифровывание высокочастотных сигналов, а также благодаря разработкам в сфере запоминающих устройств, которые в подобных приборах должны сохранять данные настолько быстро, насколько осуществляется выборка, и компактных дисплейных модулей с низким энергопотреблением. По сути, запоминающие осциллографы используют аналогово-цифровые преобразователи для представления данных о сигналах в цифровом формате.

Принцип работы цифрового осциллографа — Морской флот

Радиолюбительство, как хобби, занятие очень увлекательное, и, можно сказать, затягивающее. Многие вступают в него еще в чудесные школьные годы, а со временем это увлечение может стать профессией на всю жизнь. Даже, если не удается получить высшего радиотехнического образования, самостоятельное изучение электроники позволяет добиться весьма высоких результатов и успехов. В свое время журнал «Радио» называл таких специалистов инженерами без дипломов.

Первые опыты с электроникой начинаются, как правило, со сборки простейших схем, которые начинают работать сразу без наладки и настройки. Чаще всего это различные генераторы, звонки, простенькие блоки питания. Все это удается собрать, прочитав минимальное количество литературы, просто описания к повторяемым схемам. На этом этапе, как правило, удается обойтись минимальным набором инструмента: паяльник, бокорезы, нож и несколько отверток.

Постепенно конструкции усложняются, и рано или поздно выясняется, что без наладки и настройки работать они просто не будут. Поэтому приходится обзаводиться тонкими измерительными приборами, причем, чем раньше, тем лучше. У старшего поколения электронщиков таким прибором был стрелочный тестер.

В настоящее время на смену стрелочному тестеру, часто называемому авометром, пришел цифровой мультиметр. Об этом можно почитать в статье «Как пользоваться цифровым мультиметром». Хотя старый добрый стрелочный тестер своих позиций не сдает, а в некоторых случаях его использование предпочтительно в сравнении с цифровым прибором.

Оба этих прибора позволяют измерить постоянные и переменные напряжения, токи и сопротивления. Если постоянные напряжения измерить просто, достаточно узнать только величину, то с переменными напряжениями имеют место быть некоторые нюансы.

Дело в том, что как стрелочные, так и современные цифровые приборы рассчитаны на измерение синусоидального переменного напряжения, причем, в довольно ограниченном диапазоне частот: результатом измерения будет действующее значение переменного напряжения.

Если такими приборами измерять напряжения прямоугольной, треугольной или пилообразной формы, то показания на шкале прибора, конечно, будут, но за точность измерений ручаться не приходится. Ну, просто есть напряжение, а какое, точно неизвестно. И как в таких случаях быть, как продолжать ремонт и разработку новых, все более сложных электронных схем? Вот тут радиолюбитель и подходит к тому этапу, когда приходится приобретать осциллограф.

Немного истории

С помощью этого прибора можно воочию увидеть, что происходит в электронных схемах: какова форма сигнала, где он появился или пропал, временные и фазовые соотношения сигналов. Для наблюдения нескольких сигналов потребуется, как минимум, двухлучевой осциллограф.

Вот тут можно вспомнить уже далекую историю, когда 1969 году был создан аж пятилучевой осциллограф С1-33, серийно выпускавшийся Вильнюсским заводом. В приборе использовалась ЭЛТ 22ЛО1А, применявшаяся только в этой разработке. Заказчиком такого прибора являлся, конечно же, военно-промышленный комплекс.

Конструктивно этот аппарат был выполнен из двух блоков, помещенных на стойку с колесиками: собственно осциллограф и блок питания. Общий вес конструкции составлял 160 кг! В комплект осциллографа входила регистрирующая фотокамера РФК-5, прикрепленная к экрану, что обеспечивало съемку осциллограмм на фотопленку. Внешний вид пятилучевого осциллографа С1-33 с установленной фотокамерой показан на рисунке 1.

Рисунок 1. Пятилучевой осциллограф С1-33, 1969 год

Современная электроника позволяет создавать карманные цифровые осциллографы размером с мобильный телефон. Один из таких приборов показан на рисунке 2. Но об этом будет рассказано несколько позже.

Рисунок 2. Карманный цифровой осциллограф DS203

Осциллографы различных типов

До недавнего времени выпускалось несколько типов электронно-лучевых осциллографов. В первую очередь это осциллографы универсальные, которые чаще всего используются в практических целях. Кроме них выпускались также запоминающие осциллографы на базе запоминающих ЭЛТ, высокоскоростные, стробоскопические и специальные. Последние типы предназначались для различных специфических научных задач, с которыми в настоящее время успешно справляются современные цифровые осциллографы. Поэтому далее речь пойдет именно об универсальных электронных осциллографах общего назначения.

Устройство ЭЛТ

Основной частью электронного осциллографа, несомненно, является электронно-лучевая трубка – ЭЛТ. Ее устройство показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Устройство ЭЛТ

Конструктивно ЭЛТ представляет собой длинный стеклянный баллон 10 цилиндрической формы с конусообразным расширением. Дно этого расширения, являющееся экраном ЭЛТ, покрыто люминофором, который излучает видимое свечение при попадании на него электронного луча 11. Многие ЭЛТ имеют прямоугольный экран с нанесенными прямо на стекло делениями. Именно этот экран и является индикатором осциллографа.

Электронный луч формируется электронной пушкой

Подогреватель 1 нагревает катод 2, который начинает излучать электроны. В физике это явление называется термоэлектронной эмиссией. Но электроны, излучаемые катодом, далеко не улетят, просто будут садиться обратно на катод. Чтобы из этих электронов получить луч, требуется еще несколько электродов.

Это фокусирующий электрод 4 и анод 5, соединенный с аквадагом 8. Под действием электрического поля этих электродов электроны отрываются от катода, ускоряются, фокусируются в тонкий луч и устремляются к экрану, покрытому люминофором, вызывая свечение люминофора. Все вместе эти электроды называются электронной пушкой.

Достигая поверхности экрана, электронный луч не только вызывает свечение, но еще и выбивает из люминофора вторичные электроны, которые вызывают расфокусировку луча. Для удаления этих вторичных электронов и служит упомянутый выше аквадаг, который представляет собой графитовое покрытие внутренней поверхности трубки. Кроме того, аквадаг в некоторой степени экранирует луч от внешних электростатических полей. Но такой защиты оказывается недостаточно, поэтому цилиндрическую часть ЭЛТ, где расположены электроды, помещают в металлический экран из электротехнической стали или пермаллоя.

Между катодом и фокусирующим электродом располагается модулятор 3. Его назначение управлять током луча, что позволяет гасить луч во время обратного хода развертки и подсвечивать во время прямого хода. В усилительных лампах этот электрод называется управляющей сеткой. Модулятор, фокусирующий электрод и анод имеют центральные отверстия, через которые и пролетает электронный луч.

Отклоняющие пластины ЭЛТ имеет две пары отклоняющих пластин. Это пластины вертикального отклонения луча 6 – пластины Y, на которые подается исследуемый сигнал, и пластины горизонтального отклонения 7 – пластины X, на них подается напряжение горизонтальной развертки. Если отклоняющие пластины никуда не подключены, то в центре экрана ЭЛТ должна появиться светящаяся точка. На рисунке это точка О2. Естественно, что на трубку должны быть поданы напряжения питания.

Вот тут следует сделать важное замечание. Когда точка стоит на месте, никуда не двигаясь, она может попросту прожечь люминофор, и на экране ЭЛТ навсегда останется черная точка. Подобное может случиться в процессе ремонта осциллографа или при самостоятельном изготовлении простенького любительского прибора. Поэтому в таком режиме следует снизить яркость до минимума и расфокусировать луч, – все равно можно увидеть есть луч или он отсутствует.

При подаче на отклоняющие пластины некоторого напряжения луч будет отклоняться от центра экрана. На рисунке 3 луч отклоняется в точку О3. Если напряжение будет изменяться, то луч прочертит на экране прямую линию. Именно это явление и используется для создания на экране изображения исследуемого сигнала. Для получения на экране двухмерного изображения необходимо подать два сигнала: исследуемый, – подается на пластины Y, и напряжение развертки, – подается на пластины X. Можно сказать, что на экране получается график с координатными осями X и Y.

Горизонтальная развертка

Именно горизонтальная развертка формирует на экране ось X графика.

Рисунок 4. Напряжение развертки

Как видно на рисунке горизонтальная развертка осуществляется пилообразным напряжением, которое можно разделить на две части: прямой и обратный ход (рис. 4а). Во время прямого хода луч равномерно перемещается по экрану слева направо, и по достижению правого края быстренько возвращается назад. Это называется обратным ходом. Во время прямого хода вырабатывается импульс подсветки, который подается на модулятор трубки, и на экране появляется светящаяся точка, рисующая горизонтальную линию (рис. 4б).

Напряжение прямого хода, как показано на рисунке 4, начинается с нуля (луч в центре экрана) и изменяется до напряжения Uмакс. Поэтому луч будет перемещаться от центра экрана до правого края, т.е. всего на половину экрана. Чтобы развертка начиналась с левого края экрана, луч смещается влево подачей на него напряжения смещения. Смещение луча регулируется ручкой, выведенной на лицевую панель.

Во время обратного хода импульс подсветки заканчивается, и луч гаснет. Взаимное расположение импульса подсветки и пилообразного напряжения развертки можно увидеть на функциональной схеме осциллографа, показанной на рисунке 5. Несмотря на разнообразие принципиальных схем осциллографов, их функциональные схемы примерно одинаковы, подобны показанной на рисунке.

Рисунок 5. Функциональная схема осциллографа

Чувствительность ЭЛТ

Определяется коэффициентом отклонения, показывающим, на сколько миллиметров отклонится луч при подаче на пластины напряжения постоянного напряжения в 1В. Для различных ЭЛТ эта величина находится в пределах 0,15…2 мм/В. Получается, что подавая на отклоняющие пластины напряжение 1В, луч можно переместить луч всего на 2 мм, и это в лучшем случае. Чтобы отклонить луч на один сантиметр (10 мм), потребуется напряжение 10/2=5В. При чувствительности 0,15 мм/В для такого же перемещения понадобится уже 10/0,15=66,666В.

Поэтому для того, чтобы получить заметное отклонение луча от центра экрана исследуемый сигнал усиливается усилителем вертикального канала до нескольких десятков вольт. Такие же выходные напряжения имеет и канал горизонтального усиления, с помощью которого осуществляется развертка.

Большинство универсальных осциллографов имеют максимальную чувствительность 5мВ/см. При использовании ЭЛТ типа 8ЛО6И при входном напряжении 5мВ на отклоняющие пластины для перемещения луча на 1 см потребуется подать напряжение 8,5В. Нетрудно подсчитать, что для этого понадобится усиление более, чем в 1500 раз.

Такое усиление необходимо получить во всей полосе пропускания, и чем выше частота, тем ниже усиление, что присуще любым усилителям. Полоса пропускания характеризуется верхней частотой fверх. При этой частоте усиление канала вертикального отклонения снижается в 1,4 раза или на 3дБ. Для большинства универсальных осциллографов эта полоса составляет 5МГц.

А что будет, если частота входного сигнала превысит верхнюю частоту, например, 8…10МГц? Удастся ли ее увидеть на экране? Да, видно ее будет, но амплитуду сигнала измерить не удастся. Можно лишь убедиться в том, есть сигнал или его нет. Иногда таких сведений бывает вполне достаточно.

Канал вертикального отклонения. Входной делитель

Исследуемый сигнал поступает на вход канала вертикального отклонения через входной делитель, показанный на рисунке 6. Часто входной делитель называют аттенюатором.

Рисунок 6. Входной делитель канала вертикального отклонения

С помощью входного делителя появляется возможность исследования входного сигнала от нескольких милливольт до нескольких десятков вольт. В случае, когда входной сигнал превышает возможности входного делителя, применяются входные щупы с коэффициентом деления 1:10 или 1:20. Тогда предел 5В/дел становится 50В/дел или 100В/дел, что дает возможности для исследования сигналов со значительными напряжениями.

Открытый и закрытый вход

Здесь же (рисунок 6) можно видеть переключатель В1, который дает возможность подавать сигнал через конденсатор (закрытый вход) или непосредственно на вход делителя (открытый вход). При пользовании в режиме «закрытый вход» возможно исследование переменной составляющей сигнала, игнорируя его постоянную составляющую. Пояснить сказанное поможет простая схема, показанная на рисунке 7. Схема создана в программе Multisim, так что все на этих рисунках хотя и виртуально, но достаточно справедливо.

Рисунок 7. Усилительный каскад на одном транзисторе

Входной сигнал амплитудой 10мВ через конденсатор C1 подается на базу транзистора Q1. Подбором резистора R2 напряжение на коллекторе транзистора устанавливается равным половине напряжения питания (в данном случае 6В), что позволяет транзистору работать в линейном (усилительном) режиме. Выходной сигнал контролируется осциллографом XSC1. На рисунке 8 показан результат измерения в режиме открытого входа, на осциллографе нажата кнопка DC (постоянный ток).

Рисунок 8. Измерения в режиме открытого входа (канал А)

Здесь можно увидеть (канал А) лишь напряжение на коллекторе транзистора, те самые 6В, о которых только что было упомянуто. Луч в канале A «взлетел» на 6В, а усиленной синусоиды на коллекторе как не бывало. Ее просто нельзя разглядеть при чувствительности канала 5V/Div. Луч канала A на рисунке показан красным цветом.

На вход B подан сигнал с генератора, на рисунке показан синим цветом. Это синусоида амплитудой 10 мВ.

Рисунок 9. Измерения в режиме закрытого входа

Теперь нажмем в канале A кнопку AC – переменный ток, это собственно и есть закрытый вход. Здесь можно увидеть усиленный сигнал – синусоиду амплитудой 87 милливольт. Получается, что каскад на одном транзисторе усилил сигнал амплитудой 10 мВ в 8,7 раз. Цифры в прямоугольном окошке под экраном показывают напряжения и времена в местах расположения маркеров T1, T2. Подобные маркеры имеются в современных цифровых осциллографах. Вот собственно и все, что можно сказать по поводу открытых и закрытых входов. А теперь продолжим рассказ об усилителе вертикального отклонения.

Предварительный усилитель

После входного делителя, исследуемый сигнал попадает на предварительный усилитель, и, пройдя через линию задержки, поступает на оконечный усилитель канала Y (рисунок 5). После необходимого усиления сигнал поступает на вертикальные отклоняющие пластины.

Предварительный усилитель расщепляет входной сигнал на парафазные составляющие для подачи его на оконечный усилитель Y. Кроме этого, входной сигнал из предварительного усилителя подается на формирователь импульсов запуска развертки, что обеспечивает получение синхронного изображения на экране во время прямого хода развертки.

Линия задержки задерживает входной сигнал относительно начала напряжения развертки, что дает возможность наблюдать передний фронт импульса, как показано на рисунке 5 б). Некоторые осциллографы линии задержки не имеют, что, в сущности, не мешает исследованию периодических сигналов.

Канал развертки

Входной сигнал из предварительного усилителя также поступает на вход формирователя импульсов запуска развертки. Сформированный импульс запускает генератор развертки, вырабатывающий плавно нарастающее пилообразное напряжение. Скорость нарастания и период напряжения развертки выбирается переключателем «Время/дел», что дает возможность исследования входных сигналов в широком диапазоне частот.

Такая развертка называется внутренней, т.е. запуск происходит от исследуемого сигнала. Обычно осциллографы имеют переключатель запуска развертки «Внутр./Внешн.», почему-то не показанный на функциональной схеме на рисунке 5. В режиме внешнего запуска развертку можно запустить не исследуемым сигналом, а каким-то другим, от которого зависит исследуемый сигнал.

Это может быть, например, импульс запуска линии задержки. Тогда, даже с помощью однолучевого осциллографа, можно измерить временное соотношение двух сигналов. Но лучше это делать с помощью двухлучевого осциллографа, если он, конечно, есть под рукой.

Длительность развертки следует выбирать исходя из частоты (периода) исследуемого сигнала. Предположим, что частота сигнала 1КГц, т.е. период сигнала 1мс. Изображение синусоиды при длительности развертки 1мс/дел показано на рисунке 10.

При длительности развертки 1мс/дел один период синусоиды частотой 1КГц занимает ровно одно деление шкалы по оси Y. Синхронизация развертки производится от луча A по восходящему фронту по уровню входного сигнала 0В. Поэтому синусоида на экране начинается с положительного полупериода.

Если длительность развертки изменить на 500мкс/дел (0,5мс/дел), то один период синусоиды займет на экране два деления, как показано на рисунке 11, что, безусловно, удобней для наблюдения сигнала.

Кроме собственно пилообразного напряжения генератор развертки вырабатывает также импульс подсвета, который подается на модулятор и «зажигает» электронный луч (рис. 5 г). Длительность импульса подсвета равна длительности прямого хода луча. Во время обратного хода импульс подсвета отсутствует и луч гаснет. Если гашение луча отсутствует, на экране получится нечто непонятное: обратный ход, да еще и модулированный входным сигналом, попросту перечеркивает все полезное содержимое осциллограммы.

Пилообразное напряжение развертки поступает на оконечный усилитель канала X, расщепляется в парафазный сигнал и подается на горизонтальные отклоняющие пластины, как показано на рисунке 5 д).

Внешний вход усилителя X

На оконечный усилитель X может подаваться не только напряжение с генератора развертки, но и внешнее напряжение, что дает возможность измерения частоты и фазы сигнала с использованием фигур Лиссажу.

Рисунок 12. Фигуры Лиссажу

Но на функциональной схеме по рисунку 5 не показан переключатель входа X, также как и переключатель рода работ развертки, о котором было сказано чуть выше.

Кроме каналов X и Y осциллограф, как и любое электронное устройство, имеет блок питания. Малогабаритные осциллографы, например, С1-73, С1-101 могут работать от автомобильного аккумулятора. Кстати, для своего времени эти осциллографы были очень хороши, да и до сих пор успешно используются.

Рисунок 13. Осциллограф С1-73

Рисунок 14. Осциллограф С1-101

Внешний вид осциллографов показан на рисунках 13 и 14. Самое удивительное в том, что их до сих пор предлагают купить в интернет магазинах. Но цена такая, что дешевле купить малогабаритные цифровые осциллографы на Алиэкспресс.

Дополнительными устройствами осциллографов являются встроенные калибраторы амплитуды и развертки. Это, как правило, достаточно стабильные генераторы прямоугольных импульсов, подключая которые на вход осциллографа, с помощью подстроечных элементов можно настроить усилители X и Y. Кстати, такие калибраторы есть и у современных цифровых осциллографов.

О том, как пользоваться осциллографом, о методах и способах измерения будет рассказано в следующей статье.

Для любого профессионального настройщика электронных устройств или для инженера по радиоэлектронным устройствам основным рабочим устройством является осциллограф. Без него нельзя обойтись при настройке телевизора, передатчика. Осциллографы служат для контроля и наблюдения за периодическими сигналами различных форм, в том числе синусоидальной. Благодаря широкому интервалу развертки он дает возможность развернуть импульс даже для контроля наносекундных промежутков времени. Осциллограф подобен работе телевизора, который изображает электрические сигналы.

Устройство и принцип действия

Для лучшего понимания действия прибора, разберем блок-схему типового осциллографа, так как все их основные виды имеют аналогичное устройство.

На этой схеме не изображены блоки питания: низковольтный блок, подающий питание для работы узлов, и источник повышенного напряжения, применяющийся для генерирования высокого напряжения, приходящего на электронно-лучевую трубку. Также на схеме нет калибратора для настройки и подготовки прибора к работе.

Тестируемый сигнал поступает на канал вертикального отклонения «Y», далее на аттенюатор, выполненный в виде многопозиционного переключателя, настраивающего чувствительность осциллографа. Его шкала размечена в вольтах на сантиметр или в вольтах на одно деление. Это обозначает одно деление сетки координат на экране лучевой трубки. Там же изображены сами величины. Если амплитуда сигнала неизвестна, то устанавливается наименьшая чувствительность. В этом случае даже большой сигнал на 300 В не повредит прибору.

Обычно в комплекте с осциллографом есть делители , в виде специальных насадок с разъемами. Они работают так же, как аттенюатор. Эти насадки компенсируют емкость кабеля при работе с малыми импульсами. На фото показан делитель. Коэффициент деления равен 1:10.

С помощью делителя возможности прибора расширяются, можно исследовать сигналы в несколько сотен вольт. После делителя сигнал проходит на предварительный усилитель , раздваивается и приходит на переключатель синхронизации и линию задержки , которая служит для компенсации времени сработки генератора развертки. Оконечный усилитель создает напряжение, поступающее на «Y» -пластины, и отклоняет луч в вертикальной плоскости.

Генератор развертки создает пилообразное напряжение, поступающее на пластины «Х» и горизонтальный усилитель, при этом луч отклоняется в горизонтальной плоскости.

Устройство синхронизации создает условия для работы генератора развертки в одно время с появлением сигнала. В итоге на дисплей осциллографа выводится изображение импульса.

Переключатель синхронизации работает в положениях синхронизации от:

• Исследуемого сигнала.
• Сети.
• Внешнего источника.

Первое положение применяется чаще, так как оно более удобно.

Классификация

Осциллографы являются распространенным видом измерительных приборов. Существует несколько видов осциллографов, имеющих разные характеристики, устройство и работу.

Аналоговые осциллографы

Такие осциллографы являются классическими моделями этого типа измерительных приборов. Любые аналоговые осциллографы имеют делитель, вертикальный усилитель, синхронизацию и отклонение, блок питания и лучевую трубку.

Такие трубки имеют больший диапазон частоты. Отклонение луча на экране прямо зависит от напряжения пластин. Горизонтальная развертка работает по линейной зависимости от напряжения горизонтальных пластин.

Нижний предел частоты равен 10 герцам. Верхняя граница определяется емкостью пластин и усилителем. Сегодня аналоговые устройства вытесняются цифровыми приборами со своими достоинствами. Но аналоговые приборы пока не исчезают ввиду их малой стоимости.

Цифровые запоминающие

Если цифровые приборы сравнивать с аналоговыми, у них больше возможностей. Стоимость их постепенно снижается. Цифровой осциллограф включает в себя делитель, усилитель, преобразователь аналогового сигнала, памяти, блока управления и выведения на ЖК панель.

Принцип действия такого вида осциллографов придает им большие возможности. Входящий аналоговый сигнал модифицируется в цифровую форму, и сохраняется. Скорость сохранения определяется управляющим устройством. Ее верхняя граница задается скоростью преобразователя, а нижняя граница не имеет ограничений.

Преобразование сигнала в цифровой код дает возможность увеличить устойчивость отображения, сохранять данные в память, сделать растяжку и масштаб проще. Применение дисплея вместо электронной трубки позволяет отображать любые данные и осуществлять управление прибором. Дорогостоящие приборы оснащаются цветным экраном, что позволяет различать сигналы других каналов, курсоры, выделять цветом разные места.

Параметры цифровых осциллографов намного выше аналоговых моделей, в больших пределах находится растяжка сигнала. Кроме простых схем включения синхронизации, может использоваться синхронизация при некоторых событиях или параметрах сигнала. Синхронизацию можно увидеть непосредственно перед включением развертки.

Применяемые процессоры обработки сигнала дают возможность обработки спектра сигнала с помощью анализа преобразованием Фурье. Информация в цифровом виде позволяет записать в память экран с итогами измерения, а также распечатать на принтере. Многие приборы оснащены накопителями для записи изображения в архив и последующей обработки.

Цифровые люминофорные

Такой тип осциллографов работает на новой структуре построения, основанной на цифровом люминофоре. Он имитирует по подобию с аналоговыми приборами изменение изображения на экране. Люминофорные цифровые типы осциллографов дают возможность наблюдать на дисплее все подробности модулированных сигналов, как и аналоговые типы. При этом обеспечивается их анализ и хранение в памяти.

Люминофорные приборы, как и предыдущая рассмотренная модель, имеет свою память для хранения различной информации, в том числе хранится разница задержки времени между разными пробниками. Возможность люминофорных осциллографов выводить данные с изменяемой интенсивностью значительным образом упрощает поиск повреждений в импульсных блоках. Это выражено при вычислении глубины модуляции сигнала при регулировке напряжения на выходе, приводящее к нестабильному функционированию блоков.

В люминофорных цифровых осциллографах объединены достоинства цифровых и аналоговых устройств, а во многом превосходят их. Люминофорные приборы обладают всеми преимуществами запоминающих осциллографов, обеспечивая возможности аналоговых приборов: быструю реакцию на смену сигнала и его отображение с разной яркостью.

Цифровые стробоскопические

В этом виде осциллографов применяется эффект последовательного стробирования сигнала. При повторении сигнала выбирается мгновенное значение в определенной точке. При поступлении нового сигнала точка выбора смещается по сигналу. Так продолжается до полного стробирования сигнала. Модифицированный таким образом сигнал в виде огибающей линии мгновенных величин сигнала входа, повторяет форму сигнала.

Продолжительность модифицированного сигнала на много больше продолжительности тестируемого сигнала, а значит, имеется сжатие спектра. Это соответствует увеличению полосы пропускания. Стробоскопические виды осциллографов имеют большие полосы пропускания, и дают возможность производить исследования периодических сигналов с наименьшей продолжительностью. Стоимость стробоскопических осциллографов очень высока, поэтому их применяют чаще всего для сложных задач.

Виртуальные осциллографы

Новый вид приборов может быть отдельным устройством с параллельным портом для вывода или ввода информации, а также с портом USB, а также встроенным вспомогательным прибором на базе карт ISA. Программная оболочка виртуальных осциллографов позволяет полностью управлять устройством, и имеет несколько возможностей сервиса: импорт и экспорт информации, цифровая фильтрация, разнообразные измерения, обработка информации математическим способом и т.д.

Осциллографы с применением персонального компьютера могут применяться для широких возможностей измерения. Например, для обслуживания и разработки радиотехнической и электронной аппаратуры, в телекоммуникационной связи, при изготовлении компьютеризированного оборудования, при выполнении диагностических мероприятий средств автотранспорта на станциях технического обслуживания и для многих других случаев, где требуется оценка и тестирование неустойчивых переходных процессов.

Виртуальные модели осциллографов являются хорошим альтернативным вариантом для стандартных запоминающих цифровых осциллографов, так как они обладают достоинствами в виде малой стоимости, простоте применения, компактных размеров и высокого быстродействия. К недостаткам виртуальных осциллографов относится невозможность измерения и отображения постоянной величины сигналов.

Портативные осциллографы

Цифровые технологии быстро развиваются, в результате чего цифровые стационарные приборы модифицируют в портативные устройства с хорошими параметрами габаритных размеров и массы, а также низким расходом электрической энергии.

При этом портативные осциллографы с питанием от гальванических элементов не уступают по характеристикам стационарным приборам по количеству функций, имеют большие возможности использования в разных областях научных исследований, промышленном производстве.

Основной трудностью в создании аналоговых осциллографов является проек­тирование широкополосных и сверхширокополосных усилителей с высоким вы­ходным напряжением, достаточным для возбуждения отклоняющих систем ЭЛТ. Между тем, чтобы получить изображение формы сигнала вовсе не обязательно усиливать его до уровня возбуждения пластин ЭЛТ в десятки и сотни В. Одним из основных направлений совершенствования осциллографов является использование в их схемах микропроцессоров и цифровых методов обработки сигналов, что позволяет отображать информацию на плоских жидкокристаллических дисплеях.

Функциональная схема цифрового осциллографа упрощенно показана на (рис. 8.1). Исследуемый сигнал, пройдя делитель (Д) и аналоговый усилитель А с ма­лым выходным напряжением, поступает на схему выборки (СВ) и аналого-цифро­вой преобразователь (АЦП). Для этого сигнал y₁,у₂. y_N, которые представляются в цифровой форме и размещаются в устройстве памяти цифрового осциллографа. Это говорит о том, что такой осциллограф заодно является запоминающим. Такие приборы часто называют цифровыми запоминающими осциллографами (ЦЗО).

Рисунок 8.1 – Функциональная схема цифрового осциллографа

Новым важным параметром осциллографа является объем памяти (как общий, так и на канал или осциллограмму). Извлекаемые из памяти цифровые данные подаются на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и могут быть превращены вновь в аналоговый сигнал, но трансформированный во времени. Он отображается на ЭЛТ или ЖКИ. В случае применения цифрового ЖКИ, ЦАП может и не потребоваться. Для создания развертки обычно используется тактовый генератор и счетчик импульсов. Последний управляет адресами выборки цифровых данных из памяти.

Помимо объема памяти, другим важным параметром АЦП является частота работы или частота выборки. В случае сложных форм исследуемых сигналов она должна быть в десятки, а иногда и в сотни раз выше частоты повторения периодического сигнала. В случае регистрации однократных сигналов с длительностью t_И для его представления также надо иметь определенное число N отсчетов, так что период равномерного по времени квантования сигнала будет равен dt=t_И/N частота квантования f_K= l/dt = N/t_И . Например, если сигнал с длительностью t_И = 0,1 мкс представить 100 отсчетами, то получим dt = 1нс и f_к=1 ГГц. Чтобы иск­лючить путаницу между обычной граничной частотой и частотой выборок последнюю обычно указывают в числе выборок в секунду, например, Мвыб/с или Мв/с. Этот пример наглядно иллюстрирует основную проблему в построении цифро­вых осциллографов, работающих в реальном масштабе времени, – необходимость в быстродействующих АЦП. Частота квантования сигналов АЦП должна хотя бы на порядок превышать максимальную частоту наблюдаемого сигнала, с тем, чтобы на самый короткий сигнал пришлось бы хотя бы десять отчетов. При этом воз­можно исследование как однократных, так и периодических сигналов. В случае периодических сигналов возможна статистическая обработка отсчетов, например усреднением тем или иным способом и построение усредненной осциллограммы, Промышленность выпускает множество АЦП и наиболее скоростные из них могут использоваться для создания цифровых осциллографов с эффективной по­лосой тракта Y до 50—100 МГц. Это означает, что АЦП для таких осциллографов должны иметь частоты дискретизации до 0,5 – 1 ГГц. Однако для получения более высоких частот нужны специализированные АЦП. Бесспорным лидером в разработке скоростных АЦП для цифро­вых осциллографов является корпорация Tektronix – мировой лидер в разработке осциллографических измерительных приборов. Она имеет свои уникальные АЦП с частотой квантования до 10—20 ГГц.

Другим важным параметром АЦП является их разрядность – число уровней квантования сигнала в двоичной форме. Подавляющее большинство АЦП для стробоскопических осциллографов имеет стандартную разрядность, равную 8. Это значит, что число различимых уровней сигнала составляет 28 = 256. Однако при этом ступенчатость осциллограмм обычно заметна на глаз. Поэтому некоторые АЦП для цифровых осциллог­рафов могут иметь большую разрядность. Эту разрядность не надо путать с разрядностью встроенного в осциллограф управляющего микропроцессора – она обычно равна 16 или даже 32 битам.

В конечной разрядности квантования (как по уровню, так и по времени) кроется «ахиллесова пята» цифровой осциллографии. Например, если в осциллограмме сложного сигнала присутствуют мелкие детали, то цифровой осциллограф их может просто не заметить. Между тем аналоговый осциллограф с помощью растяжки изображения по вертикали и по горизонтали вполне в состоянии развернуть изображение детали на весь экран.

Наконец, третьим специфическим параметром цифровых осциллографов является объем памяти — общий и на одну осциллограмму. Большинство современных цифровых осциллографов способно хранить в памяти несколько осциллограмм и выводить их на экран своего дисплея.

Не следует забывать, что три перечисленные выше параметра являются хотя и важными, но дополнительными. Кроме них цифровой осциллограф характеризуется рядом тех же параметров, что и аналоговые осциллографы. Прежде всего это относится к ширине полосы частот и времени нарастания капала Y, чувствитель­ности и диапазона длительностей развертки.

Первые осциллографы с оцифровкой сигналов были построены па основе обычных аналоговых осциллографов с обычной ЭЛТ. Они обладали всеми пара­метрами, характерными для аналоговых осциллографов, Вначале цифровые мето­ды использовались лишь для измерения параметров исследуемых сигналов с выво­дом их значений на экран дисплея или на отдельный светодиодный или жидкокри­сталлический индикатор. Затем стала использоваться трансформация высокоскоростных сигналов в низкоскоростные, отображаемые обычной ЭЛТ.

Такие приборы обычно называются аналого-цифровыми осциллографами, поско­льку они содержат аналоговый тракт, задающий частотно-временные параметры осциллографа и цифровую часть. Они выпускаются и поныне, но этот выпуск по­степенно сокращается из-за дороговизны таких приборов, их больших размеров и массы. В тоже время выпуск чисто цифровых приборов постоянно растет. Это связано с применением в новых моделях цифровых осциллографов малогабарит­ных плоских ЖК-дисплеев (нередко цветных), расширенными средствами циф­ровой обработки осциллограмм и возможностью уменьшения габаритов и веса приборов. Но цифровые осциллографы среднего класса стоят намного дороже аналоговых приборов, так что к числу общедоступных их не отнесешь.

Несколько слов следует сказать о стробоскопических осциллографах. Они похожи на цифровые (наличием блока выборки с запоминанием), но для построения их трансформируемого по времени (растянутого) изображения используют от­веты от разных периодов исследуемого сигнала, со сдвигом отсчетов от периода периоду. Это означает, что такие осциллографы могут отображать только периодические сигналы с множеством повторяющихся периодов. Это крупный недостаток стробоскопических осциллографов. Исследовать однократные и редко повторяющиеся процессы они не могут. Кроме того, преобразований выборок в числа у таких осциллографов нет, так что к цифровым они не относятся. Основной областью их применения является исследование сверхскоростных процессов с частотами выше 10-20 ГГц.

Современные цифровые осциллографы в реальном масштабе времени способны отображать даже однократные сигналы с частотами их спектра до 10-20 ГГц, при этом максимальная фиксированная частота выборок достигает 50 ГГц.

Теорема Котельникова

Принципиально важным теоретически и практически является вопрос о выборе числа отсчетов сигнала для его преобразования в цифровую форму и дальнейшего восстановления сигнала по его отсчетам. Как часто надо делать равномерные выборки произвольного сигнала, чтобы после преобразования в цифровую форму, а затем снова в аналоговую была сохранена форма сигнала? Ответ на этот важный вопрос дает теорема об отсчетах или теорема Котельникова (за рубежом именуе­мая также теоремой Найквиста, теоремой об отсчетах и т. д.): «Если спектр сигна­ла e_B, то он без потери информации может быть представлен дискретными отсчетами с числом, равным 2f_B ». При этом сигнал восстанавливается по его отсчетам e(kdt), следующим с интервалом времени dt=1/f_B, с помощью фильтра, реализующего восстановление по формуле:

(8.1)

Для восстановления непрерывного сигнала по его выборкам достаточно распо­лагать функцией sinc(t)=sin(t)/t с учетом ее особого значения sinc(t)=l при x = 0.

Чтобы восстановить исходный сигнал по его отсчетам надо иметь численные значения их и значение интервала дискретизации dt. Все эти данные нетрудно хранить в запоминающем устройстве. Если увеличить dt при восстановлении сиг­нала по формуле (8.1) в к раз, то восстановленный сигнал без изменения формы будет растянут в к раз и его можно отобразить на экране достаточно низкочастот­ной ЭЛТ с простым низкочастотным усилителем.

Для восстановления сигнала не обязательно пользоваться фильтром на основе базиса Котельникова. Возможно применение и более простых фильтров, вплоть до обычного конденсатора или RС-фильтров нижних частот. Правда, при этом нужно несколько увеличивать частоту выборок.

Обычно низкочастотные сигналы воспроизводятся с тем же шагом, что и при их дискретизации. Это означает работу в реальном масштабе времени. Однако высокочастотные сигналы обычно воспроизводятся при умножении периода дискретизации. Этот переход иногда заметен и бросается в глаза.

Однако увеличение частоты работы АЦП является не единственным путем по­вышения временной разрешающей способности современных цифровых и аналогово-цифровых осциллографов. У некоторых моделей осциллографов для повы­шения разрешающей способности вместо равномерно распределенных отсчетов используются неравномерно распределенные отсчеты с периодом, уменьшающим­ся при высокой крутизне изменения входного сигнала. Другой путь – выполнение дискретизации при случайном положении отсчетов. Для высокочастотных пе­риодических сигналов такая мера вместе со статистической обработкой (накопле­нием, усреднением и сглаживанием) нередко позволяет резко повысить разрешающую способность осциллографа во времени, упростить построение осциллографов и сделать их цену более доступной.

Итак, специфика цифровых осциллографов заключается в представлении реальных процессов их отдельными отсчетами. Для того чтобы получить изображение процесса не в виде отдельных точек, а непрерывных линий, нужно использовать тот или иной вид интерполяции. Напомним, что математически интерполяция является вычислением значений некоторой функции, заданной отдельными узловыми точками, в промежутках между узлами.

Простейшей является линейная интерполяция, которая сводится к соединению узловых точек отрезками прямых. Однако при изображении даже простых плавных процессов, например, синусоидальных, получаемая из отрезков прямых осциллограмма выглядит очень грубой, если число отсчетов менее 10. при большем числе отсчетов, порядка 100 и более, результат оказывается намного лучше.

В большинстве случаев (но вовсе не всегда) желательно применять более тонкую интерполяцию, обеспечивающую плавность осциллограмм. Наиболее распространенной является интерполяция вида sin(t)/t. Однако панацеей всех бед и эта интерполяция служить не может. На самом деле точная зависимость сигнала в промежутках между узлами неизвестна, поэтому любая зависимость не может быть точной или предпочтительной для любой формы сигнала.

Бюджетные стационарные ЦЗО

Уровень финансирования бюджетной сферы у нас настолько низок, что приобретение современных цифровых осциллографов для научных и учебных

лабораторий стало довольно затруднительным делом. В связи с этим возник термин «бюджетные приборы», т. е, приборы с достаточно низкой ценой, но, тем менее, имеющие характерные признаки типовых рыночных моделей той или иной фирмы. К «бюджетным» цифровым осциллографам относятся приборы, стоимость которых не превышает 1000—1500 $.

В последнее время даже такие известные производители рынка осциллографов как Tektronix и Agilent Technologies, сочли нужным дополнить ряды своей продук­ции «бюджетными» моделями, спрос на которые намного превышает спрос на куда более дорогие обычные модели. Отнесение приборов к категории «бюджет­ных» достаточно условное. Некоторые типы «обычных» цифровых осциллографов, рассмотренные выше (например, приборы фирмы Good Will) по своим возможно­стям и стоимости уже приближаются к «бюджетным» моделям, Этому способству­ет разработка типовой унифицированной элементной базы для массовых иифро-вых осциллографов.

Цифровые осциллографы этого класса характеризуются прежде всего частотой выборок или числом выборок сигналов в единицу времени (Мв/с или Гв/с). Такие приборы делятся на два обширных класса:

1. Приборы с частотой выборки, изменяющейся по случайному закону со сред­
ней величиной, близкой к максимальной частоте исследуемых сигналов.

2. Приборы с высокой неизменной частотой выборки, которая примерно на по­
рядок превышает максимальную частоту исследуемого сигнала.

Большинство «бюджетных» цифровых осциллографов сейчас относятся к 1 типу или к комбинированному типу (для периодических высокочастотных сигналов используется высокая частота выборки). Лишь осциллографы корпорации Tektro­nix относятся ко 2 типу и обеспечивают наблюдение сигналов в реальном времени, без частых срывов в стробоскопический режим, характерный для наиболее высо­коскоростных стробоскопических осциллографов. Все цифровые приборы имеют память для хранения осциллограмм и являются, как правило, запоминающими осциллографами. Многие приборы имеют возможности автоматического измерения ряда (до 10—20) параметров сигналов и обычные для цифровых приборов и интерфейсы: USB, GPIB и RS-232.

Осциллографы фирмы Tektronix, даже низшей категории, можно сразу узнать по их характерному прямоугольному корпусу и строгому виду в стиле «ретро». Это относится и к самым дешевым приборам серии TDS-1000 этой фирмы (рис.8.2). В приборах используются кнопки с плавными обводами и круглые ручки, по виду напоминающие ручки в старых радиоприемниках. Экран занимает значительную часть площади передней панели и позволяет отображать осциллограммы и результаты измерений.

Цифровые осциллографы серии TDS-1000 фирмы Tektonix пока единственные приборы этой фирмы, которые можно действительно отнести к «бюджетным». Так, осциллографы с полосой 60 МГц имеют стоимость около 1000 $. Однако по мере увеличения полосы частот стоимость приборов фирмы TEKTRONIX быстро возрастает.

Рисунок 8.2 – «Бюджетный» двухканальный цифровой осциллограф TDS-I012 фирмы Tektronix с монохромным дисплеем

В последнее время даже фирма Agilent Technologies, известная своими уникаль­ными и дорогими приборами, реализует программу выпуска относительно деше­вых осциллографов.

Новая серия Agilent 3000 это осциллографы низшего ценового диапазона — от 1000 $ для прибора с полосой частот до 60 МГц и 1895 $ для осциллог­рафа с полосой частот до 200 МГц. Частота выборок у этих приборов 1 бит/с, предусмотрено автоматическое измерение 20 параметров и задание 4 ма­тематических функций, включая быстрое преобразование Фурье. Возможны обычные для цифровых приборов интерфейсы: USB, GPIB и RS-232.

EZ Digital — южно-корейский производитель измерительной техники высокой надежности и качества, отличающейся вполне умеренной ценой. Фирма выпускает как аналоговые, так и цифровые осциллографы с полосой пропускания до 250МГц.

Последнее изменение этой страницы: 2016-04-07; Нарушение авторского права страницы

Как пользоваться осциллографом

По распространенности и востребованности осциллограф — следующий по популярности после мультиметра прибор, применяющийся в электрике и радиоэлектронике. По своей сути, это модифицированный вольтметр, посредством которого можно не только произвести замер напряжения, но и подвергнуть анализу его форму, обнаружить неисправности в схеме и определить меры по их устранению. В статье расскажем, как пользоваться осциллографом, рассмотрим принцип работы устройства.

Устройство и общий принцип работы

Не рассматривая подробности устройства прибора, которые кроме разработчиков, в принципе, пользователям не нужны, можно обойтись описанием его элементов и их функционального предназначения.

Современные осциллографы — высокоточные измерительные приборы, позволяющие определить множество параметров сигнала

Основной элемент осциллографа — дисплей, отображающий импульсы. Экран разделен на прямоугольники, масштаб которых можно задать посредством специальных регуляторов. Отображающиеся на дисплее импульсы подлежат прочтению таким образом. Клетки, размещенные вертикально между нижней и верхней границами импульсов показывают в заданном масштабе напряжение измеренного сигнала. Клетки по горизонтали передают параметры времени. Зная период одного импульсного колебания, можно без проблем вычислить его частоту. Само же отображение сигнала на экране прибора получило название «осциллограмма».

Производится множество моделей осциллографов, от простых, использующихся в быту, до самых сложных. Простейшие устройства обладают одним каналом, с единственным сигнальным щупом заземления. Приборы более сложные имеют два канала, самые «продвинутые» осциллографы могут иметь до 6 каналов. Количество каналов свидетельствует о способности прибора выполнять анализ соответствующего числа сигналов, проводить их сравнение между собой.

Совет #1. Если щупы не подсоединены, дисплей осциллографа показывает лишь единственную, проходящую по горизонтали, «нулевую» линию, которая свидетельствует о 0 В на входе прибора.

При подключении щупа к какому либо источнику питания, линия обязательно покажет имеющееся напряжения, подскочив в соответствии с заданным масштабом на определенное количество клеток. Если щуп подключается к «+», то линия поднимается вверх, а если к «-», то на такое же число клеток вниз. Читайте также статью: → «Осциллограф для ремонта бытовой техники: критерии выбора».

Сфера применения осциллографа

Осциллографы получили широкое распространение не только в промышленности, но и в медицине

Область использования устройств очень широка. Просмотр поведения сигнала электротока позволяет за короткое время диагностировать и произвести своевременный ремонт любого электрического прибора.

Посредством осциллографа возможно:

• определить параметры времени и напряжения сигнала, выполнить расчет частоты;
• отслеживать изменения формы сигнала и анализировать его природу;
• выявлять искажения на нужных участках цепи;
• определять сдвиг фаз;
• определять отношение шумов к полезному сигналу, выявлять характер шума.

Для определения всех параметров при помощи мультиметра работа может затянуться на несколько часов, тогда как посредством осциллографа все измерения можно выполнить за несколько минут. Помимо этого, многие неисправности можно определить только при помощи осциллографа. Прибор способен измерять в секунду порядка миллиона измерений, потому даже кратковременные нарушения нормального функционирования оборудования им буду зафиксированы.

Осциллографы применяются практически во всех сферах деятельности человека, в том числе:

• в радиоэлектронике;
• автомобилестроении;
• судостроении;
• авиации;
• ремонтных мастерских различного назначения;
• быту и хозяйственных целях.

Как правильно настроить осциллограф?

Способы усиления сигнала

Осциллографы любого типа и марки оснащены регулятором сигнала, посредством которого изменяется масштаб выводящегося на экран изображения. Например, если задать масштаб напряжения 1 В на 1 клетку и выстроить экран высотой в 10 клеток, то сигнал, передающий напряжение в 30 В будет не заметен. И в обратном случае — для того, чтобы просмотреть осциллограмму низкого напряжения, требуется увеличение масштаба.

Совет #2. Для устранения «невидимости» сигнала необходимо выстроить масштаб в соответствии с измеряемыми величинами.

Принцип работы регулятора развертки

Принцип работы регулятора развертки аналогичен функции регулятора напряжения, только действия он производит с горизонтальной осью — осью времени, изменяя число миллисекунд, приходящихся на одну клетку. При уменьшении значения развертки имеется возможность более подробного изучения малых участков выведенного на экран сигнала.

Для анализа цикличности сигнала величину развертки необходимо увеличить. Сигнал на экране «развернется» и теперь появится возможность с его помощью определить значения частоты, типа и других параметров.

Блок управления параметрами синхронизации

Осциллограмма выводится на экран до тех пор, пока последний не закончится, после картинка начинается по новой. Так как график показывается с высокой скоростью, то экран показывает изображение в движении либо что-то непонятное. Причина этого достаточно просто: новые линии накладываются на уже показанные старые с неизбежным смещением и по вертикальной, и по горизонтальной оси.

Для устранения непонятных входных сигналов и служит блок управления параметрами синхронизации. Таким образом, если принять напряжение синхронизации за 0 В при изучении синусоидального сигнала, то его отрисовка будет представлена, начиная именно с этого значения напряжения, а закончится только тогда, когда закончится экран. После этого отрисовка будет повторять прошедший путь только с очередного «нуля», показывая стабильную и ровную картинку. При этом все изменения напряжения станут четкими и сразу заметными.

В простейшем виде блок синхронизации оснащен двумя регулирующими элементами. Первый из них служит для изменения настроек стартового напряжения, второй — для выбора типа запуска. Посредством второго переключателя имеется возможность задания важнейшего параметра: будет ли картинка начинаться при падении синусоиды до 0 В, либо наоборот, при ее возрастании до нуля. В большинстве типов отечественных осциллографов позиции регуляторов называются «Фронт» и «Спад».

В моделях более сложного типа имеются и иные параметры синхронизации. Например, прибор может синхронизироваться не подлежащим измерению сигналом, с иными внешними сигналами, а также сигналом, поступающим из электросети. Стабилизация по таким параметрам важна при измерении специфических сигналов, измерять цикличность которых другими способами невозможно. Читайте также статью: → «Способы проверки напряжения в розетке при помощи различных приборов».

Какой осциллограф выбрать?

В наши дни существует огромный выбор моделей и типов осциллографов, но однозначно отдать предпочтение какому-либо прибору невозможно. В первую очередь устройства разделяются на два огромных семейства:

• электронно-лучевые;
• цифровые.

«Дедушка» современных цифровых осциллографов — советский высокоточный аналоговый прибор С1-99

Все модели, выпускавшиеся в Советском Союзе (многие из которых «здравствуют» до сих пор), выпущены на базе электронно-лучевой трубки. Их особенностью является более высокая точность измерений по сравнению с цифровыми. Однако, и габариты их, как и всей советской электроники, крайне неудобны: осциллографы обладают значительным весом и габаритами, в связи с чем и мобильность их оставляет желать лучшего.

Осциллографы цифровые, оснащенные ЖК-экраном, легки и компактны, отличаются большими возможностями в плане настроек. У многих моделей имеется возможность сохранения данных, полученных в результате измерений, а также вывода на экран только того момента, который указывает именно на сбой.

Помимо этого, осциллографы различны между собой количеством каналов: как правило, большинство моделей имеют их от 1 до 6. Но есть и профессиональные приборы, число каналов у которых значительно выше. В большинстве случаев для проведения несложных измерений вполне хватит и двухканального прибора, но для работы со сложным оборудованием каналов потребуется больше.

Также выпускаются осциллографы, совмещенные в едином корпусе с другими электроизмерительными приборами. Такая комбинация позволяет эффективно, быстро и с высокой точностью получить множество данных о сигнале.

Последней разработкой являются компьютерные программы, выполняющие функцию осциллографа. Щуп при этом подключается непосредственно к звуковой карте компьютера. При выполнении нечастых и несложных измерений программное обеспечение «Осциллограф» будет лучшим решением.

Осциллограф Rocktech 40M 200M, подключенный к ноутбуку, дает гарантию высокой точности измерений

Анализ марок и производителей осциллографов: цена

В мире производством осциллографов занимается большое количество компаний, выпускающих приборы различной степени точности, сложности и стоимости. Выбирая прибор, в первую очередь следует ориентироваться на его предназначение и тип измерений, которые будут при помощи него производиться.

Осциллограф TBS1032B от компании Tektronix — современная и компактная модель

Обзор наиболее популярных марок осциллографов с указанием их примерной стоимости в нашей стране представлен в таблице.

Модель осциллографа	Производитель	Основные характеристики	Ориентировочная стоимость, руб
TBS1032B	Tektronix	2 канала х 34 МГц	41000
4122/2V	АКИП	2 канала x 100МГц	47000
190-062	Fluke	портативный 2 канала x 60МГц	140000
XDS3102A TS	Owon	2кан 100МГц 1Гв/с 12bit Touch Screen WiFi	60000
ОСУ-10A	Shanghai MCP	аналоговый 1 канал x 10МГц	13000

Часто задаваемые вопросы

Компания Fluke — один из мировых лидеров в производстве цифровых портативных осциллографов

Вопрос №1. При выборе осциллографа какая полоса пропускания считается оптимальной?

Полоса пропускания прибора должна немного превышать максимальную частоту сигналов, подлежащих измерению. Например: при максимальной частоте сигнала 80 МГц рекомендуется подобрать модель с полосой 100 МГц.

Вопрос №2. Является ли стоимость осциллографа гарантией более высоких его технических показателей?

Не всегда. При выборе следует задуматься в первую очередь о том, нужна ли дорогая модель именно для ваших измерений. Ведь многие технические функции и «навороты» могут просто «простаивать» из-за ненадобности.

Вопрос №3. Прибор больше не может выполнять поставленные задачи в связи с их усложнением. Что делать? Покупать новый?

Некоторые серии осциллографов от известных производителей позволяют увеличить в будущем полосу пропускания, то есть выполнить апгрейд. Для этого не требуется куда-то отвозить прибор, достаточно просто купить цифровой ключ и ввести код в соответствующем меню.

Вопрос №4. Иногда случаются настолько кратковременные аномалии, которые осциллограф не может воспроизвести на экране. Как их обнаружить?

С обнаружением суперкратковременных аномалий отлично справляется функция цифровой подсветки (люминофор), отображающая на экране иным цветом редко происходящие события. Благодаря этому они хорошо видны на экране.

Вопрос №5. Может ли недорогой прибор, исправно работающий в лабораторных условиях, использоваться для решения более серьезных задач для более сложного оборудования?

Вряд ли. Цена все же во многом зависит от технических параметров осциллографа. Для решения более сложных задач придется либо апгрейдить имеющийся прибор (если это возможно), либо приобретать новый. Профессиональные осциллографы не могут стоить дешевле 1500 тысяч долларов. Читайте также статью: → «Способы измерения сопротивления заземления, используемые приборы».

Типичные ошибки при выборе и работе с осциллографом

• Огромное количество ошибок при пользовании осциллографом возникает по причине того, что пользователь сам не знает о всех особенностях и возможностях прибора. Потому перед работой необходимо не только изучить инструкцию, но и посоветоваться с более опытными пользователями. В том числе и на специализированных интернет-форумах.
• Для работы с гальванически изолированными узлами оборудования или с высоким напряжением ошибкой является использование осциллографа, каналы которого зависимы между собой. Также каждый канал должен быть хорошо изолирован от сети питания самого осциллографа и от других каналов прибора. К серьезным ошибкам, недопустимы для соблюдения точности измерений аналоговым осциллографом, может привести применение неправильно компенсированного пробника.

Оцените качество статьи:

Осциллограф PKT 1190 | PCE Instruments

Технические характеристики
Осциллоскоп
Пропускная способность	100 MГц
Дисплей	20 см, TFT  8″ (640 x 480 пикселей)
Канал	2 канала + внешний триггер + логический анализатор
Запись данных
Частота выборки в реальном времени	500 Мвыб/с (реальное время) для каждого канала
Продолжительность измерений	обычная, пиковая, средняя
Горизонтальная составляющая
Временная база	нс — 100 с/дел
Вертикальная составляющая
Чувствительность	2 мВ- 10 В/дел
Вход	DC, AC, GND
Входное сопротивление	1 MОм ±2 % параллельно с 5 pF ±3 pF
Макс. входное напряжение	400 В/DC и AC
DC3% точность	3 %
A/D трансформатор	8 бит
Передний фронт импульса	< 3.5 нс
Триггер
Режим триггера	фронтальный, видео, альтернативный, сетевой
Измерительные функции
Автоизмерение	20 параметров
Математический сигнал	сложение, вычитание, в обратном направлении
Логический анализатор
Пропускная способность	66 MГц
Каналы	16
Частота выборки	1 Выб/с до 400 Мвыб/с
Входное сопротивление	1 MОм ±2 %
Измерительный диапазон входного сигнала	0 … 5 В
Предельное значение напряжения	0 … 4 В (4 настройки)
Режим триггера	1 фронтальный, шина, статус, синхронизация, триггер,
Настройки режима триггера	до, центр, после
Память	4 M/канал
Настройки памяти	10
Системные данные	двоичная, десятичная, шестнадцатеричная системы
Технические характеристики
Питание	AC 100 … 240 В AC/50 Гц
Размеры (Ш х В х Г)	370 x 180 x 120 мм
Вес	2.1 кг

Что такое осциллограф? — Определение с сайта WhatIs.com

Осциллограф — это лабораторный прибор, обычно используемый для отображения и анализа формы электронных сигналов. Фактически, устройство рисует график мгновенного напряжения сигнала как функции времени.

Типичный осциллограф может отображать сигналы переменного тока (AC) или пульсирующего постоянного тока (DC) с частотой примерно от 1 герц (Гц) или до нескольких мегагерц (МГц). Осциллографы высокого класса могут отображать сигналы с частотами до нескольких сотен гигагерц (ГГц).Дисплей разбит на так называемые горизонтальные (горизонтальные) и вертикальные (вертикальные) деления. Время отображается слева направо по горизонтальной шкале. Мгновенное напряжение отображается на вертикальной шкале, при этом положительные значения идут вверх, а отрицательные значения — вниз.

Самая старая форма осциллографа, которая до сих пор используется в некоторых лабораториях, известна как электронно-лучевой осциллограф . Он создает изображение, заставляя сфокусированный электронный луч перемещаться или перемещаться по поверхности электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).Более современные осциллографы в электронном виде воспроизводят действие ЭЛТ, используя жидкокристаллический дисплей (жидкокристаллический дисплей), аналогичный тем, что есть на портативных компьютерах. В самых сложных осциллографах используются компьютеры для обработки и отображения сигналов. Эти компьютеры могут использовать любой тип дисплея, включая ЭЛТ, ЖК-дисплей и газовую плазму.

В любом осциллографе горизонтальная развертка измеряется в секундах на деление (с / дел), миллисекундах на деление (мс / дел), микросекундах на деление (с / дел) или наносекундах на деление (нс / дел).Вертикальное отклонение измеряется в вольтах на деление (В / дел), милливольтах на деление (мВ / дел) или микровольтах на деление (? В / дел). Практически все осциллографы имеют регулируемые настройки горизонтальной развертки и вертикального отклонения.

На рисунке показаны две распространенные формы сигналов, которые могут отображаться на экране осциллографа. Сигнал вверху представляет собой синусоидальную волну; сигнал внизу — это наклонная волна. Из этого дисплея видно, что оба сигнала имеют одинаковую или почти одинаковую частоту.Они также имеют примерно одинаковую размах амплитуды. Предположим, что скорость горизонтальной развертки в этом случае составляет 1 мкс / дел. Затем обе эти волны завершают полный цикл каждые 2 мкс, поэтому их частоты составляют примерно 0,5 МГц или 500 килогерц (кГц). Если вертикальное отклонение установлено, например, на 0,5 мВ / дел, то обе эти волны имеют размах амплитуды примерно 2 мВ.

В наши дни типичными осциллографами высокого класса являются цифровые устройства. Они подключаются к персональным компьютерам и используют свои дисплеи.Хотя в этих машинах больше не используются сканирующие электронные лучи для генерации изображений волновых форм, как в старых электронно-лучевых «прицелах», основной принцип остается тем же. Программное обеспечение контролирует скорость развертки, вертикальное отклонение и множество других функций, в том числе:

• Сохранение форм сигналов для дальнейшего использования и сравнения
• Отображение нескольких сигналов одновременно
• Спектральный анализ
• Мобильность
• Опция питания от аккумулятора
• Удобство использования со всеми популярными операционными платформами
• Увеличение и уменьшение масштаба
• Многоцветные дисплеи

Что такое осциллограф? Почему это важно?

Во-первых, краткое и приятное руководство по осциллографу.

Осциллограф — это устройство, которое позволяет вам видеть, как напряжение изменяется во времени, отображая форму электронных сигналов.

Почему это важно?

Электроника, такая как осветительные приборы, телевизоры, кондиционеры, нуждается в электроэнергии, подаваемой по цепям .

Цепь — это путь между двумя или более точками, по которому проходит ток .

Напряжение — это электрическая сила, которая перемещает ток между двумя точками.

Иногда напряжение работает некорректно, и вам нужно выяснить , а где , чтобы исправить это.

Пытаться найти эту проблему без осциллографа — все равно что вести машину с завязанными глазами .

Теперь, что касается подробного руководства, мы рассмотрим следующие темы.

• Что такое осциллограф?
• Краткая история осциллографа
• Что такое аналоговый осциллограф?
• Что такое цифровой осциллограф?
• Что делают системы на осциллографе?
• Терминология осциллографа

Итак, приступим!

Что такое осциллограф?

Когда у вас есть цепи с постоянным напряжением, мультиметр — это инструмент, который можно использовать для измерения напряжения одним числом.Это становится излишним, когда вы начинаете строить более сложные схемы. Вот тут-то и пригодится осциллограф.

Осциллограф позволяет увидеть, как напряжение изменяется во времени. Эти напряжения называются сигналами, которые используются для передачи информации, такой как аудиосигнал, воспроизводящий музыку на громкоговорителе.

Некоторые вещи, которые показывает экран дисплея осциллографа, — это измеренный сигнал напряжения в виде графика. Напряжение представлено на вертикальной оси, а время — на горизонтальной оси.

Этот дисплей позволит вам определить, правильно ли работает поведение ваших цепей. Это также позволит вам обнаружить любые проблемы в вашей цепи, такие как нежелательные сигналы, называемые шумом.

Есть два типа осциллографов; аналоговый и цифровой. Подробнее об этом позже, потому что сейчас мы кратко рассмотрим историю осциллографа.

Краткая история осциллографа

Осциллограф был изобретен французским физиком Андре Блонделем в 1893 году.Его устройство могло регистрировать значения электрических величин, таких как сила переменного тока. Чернильный маятник, прикрепленный к катушке, записывал информацию на движущейся бумажной ленте. Первые осциллографы имели очень маленькую полосу пропускания от 10 до 19 кГц.

Мы поговорим подробнее о пропускной способности позже, но давайте сначала подведем итоги урока истории.

Большие достижения произошли в 1897 году, когда немецкий физик Карл Фердинанд Браун изобрел электронно-лучевую трубку (ЭЛТ).Развитие осциллографов начало расти после Второй мировой войны.

В 1946 году два человека по имени Ховард Воллум и Мелвин Джек Мердок основали компанию Tektronix, которая сегодня является одним из мировых лидеров по производству осциллографов. В том же году они изобрели свой первый осциллограф, модель 511, с синхронизацией развертки и полосой пропускания 10 МГц. Развертка по триггеру позволяла стационарно отображать повторяющуюся форму сигнала.

Теперь поговорим о разнице между аналоговым и цифровым осциллографами.

Что такое аналоговый осциллограф? Tektronix 2245A Аналоговый осциллограф

В аналоговых осциллографах используются усилители с высоким коэффициентом усиления для отображения формы сигнала на зеленом экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Проще говоря, аналоговые осциллографы — это более старая версия осциллографов, которые были впервые разработаны в 1940-х годах.

Аналоговый осциллограф оснащен одним из нескольких вертикальных каналов, горизонтальным каналом, системой запуска, временной разверткой и модулем ЭЛТ.

Вертикальный канал включает в себя аттенюатор, предусилитель, аналоговую линию задержки и вертикальный усилитель, который усиливает сигнал до уровня, необходимого для модели ЭЛТ.

Горизонтальные каналы могут работать в двух режимах: внутреннем и внешнем. Системы триггеров имеют регулировки уровня, которые переключаются между повышающимися и понижающимися уровнями.

Что такое цифровой осциллограф?

В цифровом осциллографе используется современный ЖК-экран. Практически все новые осциллографы, выпускаемые сегодня, являются цифровыми.

В цифровом осциллографе перед отображением сигнала на экране используется дополнительный шаг. Дополнительный шаг преобразует сигнал в цифровой поток с помощью аналого-цифрового преобразователя, что устраняет необходимость в экранах типа ЭЛТ.

Это снижает сложность конструкции и оставляет место для большего количества функций.

Примером может служить добавление обработки сигналов и сложных математических операций, которые теперь являются стандартными функциями для большинства цифровых осциллографов.

Теперь поговорим о системах на осциллографе.

Что делают системы на осциллографе?

Базовый осциллограф имеет четыре различных системы: вертикальную, горизонтальную, триггерную и систему отображения. Каждая из этих систем позволяет измерять конкретные вещи

Элементы управления вертикальной системой можно использовать для позиционирования и масштабирования формы сигнала по вертикали. Его также можно использовать для настройки входной связи, ограничения полосы пропускания и увеличения полосы пропускания.

Горизонтальная система может использоваться для определения частоты дискретизации и длины записи, а также для позиционирования и масштабирования формы сигнала по горизонтали.

Система запуска позволяет стабилизировать повторяющиеся сигналы и, по сути, делать снимки этих сигналов. Существуют различные типы систем запуска, такие как запуск по фронту, запуск по порогу, которые реагируют на определенные условия входящего сигнала.

Для сбора данных, считываемых осциллографом, вам понадобится пробник.

Пробник состоит из двух основных частей: зажима заземления и наконечника пробника. Вы должны прикрепить зажим заземления к заземлению вашей цепи, а затем использовать наконечник пробника, чтобы выискивать и измерять напряжения в различных точках по всей цепи.

Джордж Леже, наш гуру технической поддержки на CircuitSpecialists.com , рассказывает о том, как он использует третий пробник осциллографа при тестировании одного из своих проектов.

Это базовый обзор каждой системы, так как есть еще много вещей, о которых мы могли бы поговорить, но это руководство было бы еще длиннее, если бы мы сделали это!

Мы надеемся, что это руководство «Что такое осциллограф?» До сих пор было полезным. Изучение нового может быть трудным, но при этом очень полезным!

Читая это руководство, вы могли встретить некоторые термины из словаря, такие как полоса пропускания и частота дискретизации. Что это вообще значит?

Чтобы узнать что-то новое, необходимо выучить новый словарный запас, поэтому ниже приведен список терминов, которые помогут, так что следите за ним!

Терминология осциллографа

Ширина полосы определяет способность осциллографа измерять сигнал.По мере увеличения частоты сигнала способность осциллографа точно отображать сигнал уменьшается. Без адекватной полосы пропускания все остальные функции осциллографа ничего не значат.

Время нарастания описывает частотный диапазон осциллографа. Осциллограф с более коротким временем нарастания точно улавливает детали быстрых переходов.

Частота дискретизации указывается в отсчетах в секунду или с / с и указывает, как часто осциллограф делает снимок сигнала.Чем выше частота дискретизации, тем детальнее отображаемый сигнал.

Скорость захвата формы сигнала выражается в виде волны в секунду (осциллограммы / с), которая указывает на то, как быстро осциллограф получает сигналы.

Circuitspecialists.com показывает вам, как нарисовать сигнал произвольной формы с помощью генератора функций от Siglent, SDG1050, в нем мы рисуем две формы сигнала, которые имеют форму индейки.

Глубина памяти, выраженная в Mpts, определяет объем данных, которые могут быть захвачены каждым каналом.Количество отсчетов, которые может хранить осциллограф, ограничено, поэтому длительность сигнала будет обратно пропорциональна частоте дискретизации осциллографа.

Хотя есть еще несколько терминов, это основные, о которых вам следует знать при покупке осциллографа. Вы можете ознакомиться с нашим руководством по лучшим осциллографам для любителей для получения дополнительной информации.

Заключение

Таким образом, осциллограф — это мощный инструмент, который позволяет вам видеть, как напряжение изменяется во времени, отображая форму электронных сигналов.

Мы в компании Circuit Specialists надеемся, что это длинное (и краткое руководство) помогло ответить на ваши вопросы об осциллографах.

Для получения дополнительной информации об осциллографах и обзорах посетите блог специалиста по схемам!

Вопросы? Комментарии? Пожалуйста, разместите ниже!

Что такое осциллограф »Электроника

Осциллограф — один из наиболее полезных испытательных приборов, используемых при проектировании электронных схем, производстве, тестировании, обслуживании и ремонте электроники.

---

Осциллограф Учебное пособие Включает:
Основы осциллографа Типы осциллографов Характеристики Как пользоваться осциллографом Запуск области видимости Пробники осциллографа Технические характеристики пробника осциллографа

Типы областей: Аналоговый прицел Объем аналогового хранилища Цифровой люминофор Цифровой прицел Объем USB / ПК Осциллограф смешанных сигналов MSO

---

Осциллографы или осциллографы — важный инструмент в арсенале инженера-электронщика или тестировщика.Осциллограф — это элемент испытательного оборудования для электроники, который позволяет видеть формы сигналов и, таким образом, значительно упрощает обнаружение любых проблем, возникающих в электронных схемах.

Ввиду преимуществ, которыми они обладают, осциллографы являются важным элементом испытательного оборудования электроники для любой лаборатории электроники или области тестирования электронного оборудования, будь то проектирование радиочастот, общее проектирование электронных схем, производство электроники, обслуживание, ремонт или где угодно, кроме электронных схем и формы сигналов на них необходимо исследовать.

Название «осциллограф» происходит от того факта, что он позволяет просматривать колебания. Иногда использовалось название электронно-лучевого осциллографа или CRO. Причина в том, что для отображения сигналов использовались электронно-лучевые трубки (ЭЛТ). В настоящее время эти измерительные приборы принято называть осциллографами или просто осциллографами.

Сегодня используются ЖК-дисплеи или плазменные дисплеи, поскольку они меньше по размеру и более удобны в использовании, тем более, что они не требуют очень высоких напряжений старых ЭЛТ.

Функция осциллографа

Функция осциллографа состоит в том, чтобы отображать осциллограммы на каком-либо дисплее. В нормальном режиме работы время отображается по оси X (горизонтальная ось), а амплитуда отображается по оси Y (вертикальная ось). Таким образом можно увидеть электронную форму волны на осциллографе, как это можно себе представить. Форму волны можно сравнить с рябью, движущейся по поверхности пруда, когда в него бросают камень.

Рассматривая форму волны таким образом, можно увидеть, проанализировать работу схемы и выяснить, почему могут существовать какие-либо проблемы.

Базовый экран осциллографа

Основные темы осциллографа

При взгляде на осциллограф можно выделить несколько ключевых тем и областей, представляющих интерес:

• Типы осциллографов: Существует несколько различных типов осциллографов, от аналоговых до цифровых и др. Первые типы осциллографов были аналоговыми, но с развитием цифровых технологий практически все новые испытательные приборы в наши дни управляются процессором и используют цифровую обработку сигналов для обеспечения превосходного отображения форм сигналов.

  Осциллографы не только содержатся в стандартных коробках настольного типа, но и некоторые осциллографы предназначены для подключения к компьютерам, используя для этого их отображение и обработку. Часто это USB-осциллографы, подключенные через USB-каналы, но доступны и другие типы, подключенные через другие шинные системы или для использования в стоечных системах, таких как PXI и более старые системы VXI.

  
  

• Технические характеристики осциллографа: Технические характеристики осциллографов иногда могут вводить в заблуждение.Очень полезно базовое понимание терминов и их значения. Понимание основных характеристик осциллографа может обеспечить понимание ограничений любого данного испытательного прибора, а также помочь в выборе, когда его нужно нанять, купить или даже забронировать в обычном магазине.

  Технические характеристики аналоговых и цифровых осциллографов немного отличаются. Хотя основные понятия, такие как точность, временной диапазон, верхние частоты и т.п., по сути, одинаковы, цифровые осциллографы также имеют спецификации для таких элементов, как количество битов ЦАП, глубина памяти и т.п., которые характерны для цифровых осциллографов.

  
  

• Как пользоваться осциллографом: Хотя в наши дни осциллографы просты в использовании, полезно иметь представление о том, как работают эти элементы испытательного оборудования электроники, какие элементы управления и как они работают. На экране есть даже софт-клавиши, так что сделать можно много.

  Обычно наиболее широко используемые элементы управления являются общими для всех прицелов любого производителя, поэтому переход от одного прицела к другому часто бывает относительно простым.

  
  

• Запуск осциллографа: Функция запуска — одна из наиболее важных функций осциллографа. Триггер осциллографа позволяет временной развертке «начинаться» в одной и той же точке в каждом цикле формы волны, и это позволяет отображать ее так, чтобы она все еще оставалась на экране.

  Функция запуска осциллографа претерпела значительные изменения с тех пор, как большинство осциллографов перешли на использование цифровых технологий. Доступная цифровая обработка сигналов позволяет триггеру обеспечить большую гибкость и большую функциональность, чтобы можно было более тщательно исследовать сигналы для обнаружения проблем и проблем.

  
  

• Пробники осциллографа: Любому осциллографу потребуются пробники для подключения к тестируемому устройству. Характеристики и использование этих пробников позволяет наилучшим образом использовать фактический измерительный прибор, поэтому знание того, какие пробники выбрать, как их настроить, а также ограничений, важно для истинного понимания произведенных измерений.

  
  

Типовой осциллограф

Разработка осциллографа

Осциллограф разрабатывался много лет.Потребовалось большое количество новых открытий и изобретений, чтобы достичь того уровня сложности, который мы наблюдаем сегодня.

Истории дат осциллограмм более 100 лет, каждый шаг является результатом инноваций, вдохновения и упорного труда.

Ключевые этапы развития и истории осциллографа
Дата	Открытие / Развитие
1897	Карл Фердинанд Браун изобрел первую электронно-лучевую трубку, ЭЛТ.Он мог отображать на экране грубые цифры, контролируемые напряжением на пластинах трубки.
1899	Джонатан Зеннек усовершенствовал базовую электронно-лучевую трубку, включив в нее пластины формирования луча и используя магнитное поле для обзора следа.
1931	В. К. Зворыкин усовершенствовал электронно-лучевую трубку, разработав прочно герметичную электронно-лучевую трубку высокого вакуума с термоэлектронным эмиттером. Это позволило General Radio изготовить осциллограф, который можно было использовать за пределами лаборатории.
Конец 1930-х годов	Британская компания A C Cossor изобрела двухлучевой осциллограф, который широко использовался во время Второй мировой войны для обслуживания электронного оборудования и, в частности, радарных систем.
1946	Осциллограф с синхронизацией развертки был изобретен Говардом Воллумом и Джеком Мердоком. Это значительно упростило использование осциллографа, поскольку осциллограммы могли отображаться стабильно.
1946	Tektronix была основана Говардом Воллумом и Джеком Мердоком.
1963	Tektronix представила бистабильную запоминающую трубку с прямым обзором (DVBST). Это позволило отображать одиночные импульсные сигналы, а не просто повторяющиеся сигналы.
	Цифровой запоминающий осциллограф DSO был изобретен Вальтером Лекроем после производства высокоскоростных дигитайзеров для исследовательского центра CERN в Швейцарии. Позже Уолтер Лекрой основал LeCroy Corporation.

Внешний осциллограф

На внешней стороне корпуса осциллографа обычно находится большое количество элементов.

Осциллограф с высокими характеристиками

На передней панели испытательного оборудования обычно имеется ряд элементов:

1. Дисплей Первое, что замечается на осциллографе, — это большой дисплей, который используется для отображения формы сигнала. Обычно это может занять около четверти места на передней панели или даже немного больше. Часто бывает хорошо иметь достаточно большой дисплей, тогда на нем легче увидеть различные элементы сигнала.
2. Разъемы На передней панели имеется множество различных разъемов. Обычно есть вход для каждого из отображаемых каналов — часто осциллограф имеет более одного канала. Многие осциллографы являются двухканальными и поэтому могут отображать два сигнала одновременно, что позволяет сравнивать формы сигналов. Другие входы могут включать триггерный вход, который позволит запускать кривую на осциллографе в соответствии с этим сигналом.
3. Элементы управления На осциллографе имеется множество элементов управления:
   
   • Вертикальное усиление / чувствительность входного сигнала: обычно калибруется в В / см, то есть каждое вертикальное деление на шкале представляет заданное количество вольт.
   • Timebase: изменяет скорость, с которой кривая пересекает экран по горизонтали на осциллографе. Он откалиброван по времени / делению, например 1 мс / см, при условии, что деления делаются с интервалом в один сантиметр.
   • Триггер: элементы управления, связанные с триггером, позволяют запускать синхронизацию осциллографа различными способами. Это позволяет получить неподвижное или стабильное изображение на экране осциллографа.

Для правильной работы осциллографа необходимо правильно подавать сигналы на входы, а также правильно использовать элементы управления.

Осциллографы

— один из наиболее широко используемых элементов испытательного оборудования электроники.Они обеспечивают высокий уровень понимания работы схемы и являются ключом к обнаружению многих проблем и их решению, будь то общее проектирование электронных схем, проектирование радиочастот, тестирование производства электроники, обслуживание, ремонт и даже полевое обслуживание.

Другие темы тестирования:
Анализатор сети передачи данных Цифровой мультиметр Частотомер Осциллограф Генераторы сигналов Анализатор спектра Измеритель LCR Дип-метр, ГДО Логический анализатор Измеритель мощности RF Генератор радиочастотных сигналов Логический зонд Тестирование и тестеры PAT Рефлектометр во временной области Векторный анализатор цепей PXI GPIB Граничное сканирование / JTAG
Вернуться в меню тестирования.. .

Лучшие осциллографы для начинающих и любителей 2020

Вы ищете осциллограф для рабочего места для электроники? В этой статье мы покажем вам, как выбрать лучший осциллограф в соответствии с вашими требованиями, будь вы новичок, любитель электроники или производитель.

Сравнительная таблица лучших осциллографов для любителей

Вот таблица, в которой сравниваются некоторые из лучших осциллографов для любителей.

Продолжайте читать эту статью, чтобы подробно изучить каждый из выбранных осциллографов и узнать, как выбрать осциллограф, соответствующий вашим потребностям.

Как выбрать осциллограф?

Осциллограф — это инструмент, который позволяет увидеть, как напряжение изменяется во времени. Это очень полезно для проверки работы электронных схем, аналоговых сигналов, схем отладки и т. Д. Чтобы выбрать осциллограф, вам необходимо знать, какие сигналы вам нужно будет измерять.Это определит технические характеристики вашего прицела.

Например, вам нужно иметь представление о том, сколько сигналов вам нужно измерять одновременно; какова максимальная частота и максимальная амплитуда сигналов, которые вы будете измерять; если вы собираетесь измерять повторяющиеся сигналы или ищете одиночные снимки.

Вот список некоторых из наиболее важных моментов, которые следует учитывать при выборе осциллографа:

• Полоса пропускания: определяет частотный диапазон, в котором осциллограф производит точные измерения на дисплее.Как правило, для получения более точных результатов следует выбирать полосу пропускания, в 5 раз превышающую максимальную частоту измеряемых сигналов.
  Полоса пропускания 100 МГц более чем достаточно для большинства схем для любителей.
• Частота дискретизации: это относится к тому, сколько выборок в секунду принимает осциллограф. Чем выше частота дискретизации, тем точнее результаты для более быстрых сигналов. Более высокая частота дискретизации гарантирует, что вы сможете обнаруживать прерывистые события.
• Количество каналов: для осциллографов начального уровня, обычно встречаются 2- и 4-канальные осциллографы.Добавление большего количества каналов увеличивает цену. Любителю обычно достаточно двухканального прицела.
• Цена: Цена — очень важный аспект, так как от нее зависит, сколько вы можете потратить на прицел. Есть отличные осциллографы начального уровня за 250 долларов. Однако, если у вас нет такой суммы денег, чтобы потратить на этот инструмент, вы всегда можете получить игрушечный осциллограф или набор для самостоятельного анализа основных схем.

---

Hantek DSO5102P Цифровой запоминающий осциллограф USB, 2 канала, 100 МГц, 1 Гвыб / с

249 долларов.89 в наличии

по состоянию на 7 апреля 2021 г. 20:49

На мой взгляд, Hantek DSO5102P — один из лучших осциллографов начального уровня за такую ​​цену.Он имеет полосу пропускания 100 МГц, частоту дискретизации 1 ГБ выборок в секунду, длину записи до 40 КБ и является двухканальным. Кроме того, порт USB позволяет подключать USB-накопитель для сохранения изображений сигналов. Его также можно подключить к вашему компьютеру и использовать прилагаемое программное обеспечение для более подробного анализа ваших измерений.

Прицел очень прост в настройке, а меню интуитивно понятны в использовании, что идеально подходит для новичков. Для более подробного ознакомления с этим осциллографом вы можете посмотреть видеообзор ниже или прочитать здесь: Цифровой запоминающий осциллограф (DSO) Hantek DSO5102P.

Вы можете приобрести этот прицел по несколько более низкой цене на Banggood. Просто нажмите на карточку продукта ниже.

---

Hantek DSO4102C Цифровой мультиметр Осциллограф USB 100 МГц 2 канала ЖК-дисплей Генератор сигналов

★★★★★

$ 416.56
289,99 долларов США

по состоянию на 7 апреля 2021 г. 3:21

Hantek DSO4102C имеет все свои характеристики, аналогичные Hantek DSO5102P. Но он добавляет дополнительный канал для генерации сигналов произвольной / функциональной формы.

---

Цифровой осциллограф Rigol DS1054Z — полоса пропускания 50 МГц, 4 канала

$ 349,00 в наличии

6 новых от 349 долларов.00

по состоянию на 7 апреля 2021 г. 20:49

Rigol — отличный бренд осциллографов и других измерительных инструментов. Итак, выбирая осциллограф Rigol, вы знаете, что получите качественное оборудование.Эта конкретная модель — один из самых продаваемых осциллографов в мире.

Он имеет 4 канала и предлагает полосу пропускания 50 МГц. Кроме того, он также оснащен разъемом USB, LAN (LXI) (можно подключить кабель Ethernet) и выходом AUX. Это отличный осциллограф, если посмотреть на соотношение цена / качество.

---

Цифровой запоминающий осциллограф Siglent Technologies SDS1052DL + 50 МГц

259 долларов.00 в наличии

4 новых от 258,00 $
1 б / у от 246,05 $

Бесплатная доставка

по состоянию на 7 апреля 2021 г. 20:49

Отличным вариантом может стать DSD105DL + от Siglent technologies менее чем за 300 долларов.Что касается его технических характеристик, он имеет следующие характеристики: полоса пропускания 50 МГц, частота дискретизации 500 млн отсчетов / с, двухканальный интерфейс, интерфейс через USB, хост USB и локальную сеть.

Другой большой прицел от Siglent Technologies — SDS1202X-E, который предлагает полосу пропускания 200 МГц, два канала, частоту дискретизации 1 Гвыб / с и многое другое. Посетите страницу продукта для получения более подробной информации.

Последнее обновление 7 апреля 2021 г., 20:49

---

Игрушечные осциллографы и комплекты для самостоятельной сборки

Если вы не можете позволить себе «настоящий» осциллограф, есть наборы для самостоятельного изготовления и игрушечные осциллографы, которые могут помочь вам с вашими схемами.Очевидно, что эти инструменты не так точны, как настоящий осциллограф, и не обладают всеми причудливыми математическими функциями, но тем не менее они могут отлично справиться с задачей.

Один из лучших вариантов — цифровой осциллограф DSO150. Это очень простой осциллограф с одним каналом, полосой пропускания 200 кГц и 12-битным разрешением, и стоит он всего около 25 долларов. Этот инструмент не заменяет настоящий осциллограф, но он достаточно хорош для любителей, желающих отладить схемы, точность которых не является обязательной. Кроме того, это может быть отличным инструментом для учебных целей.Посмотрите наш видеообзор (или прочтите наш обзор).

Другой альтернативой является DSO138. Технические характеристики аналогичны предыдущей модели: одноканальный, 12-битное разрешение, полоса пропускания 200 кГц. Этот прицел представляет собой набор для самостоятельного изготовления, и он также доступен в уже собранном виде в акриловом корпусе. Лично я предпочитаю предыдущую область видимости, потому что элементы управления кажутся более интуитивно понятными в использовании. Однако это всего лишь вопрос предпочтения.

Завершение

В этой статье мы показали вам некоторые из лучших осциллографов для любителей и производителей электроники.Наш выбор номер один для новичков и любителей — это цифровой запоминающий осциллограф Hantek DSO5102P.

Однако все представленные модели являются отличными осциллографами, и вы не разочаруетесь, какой бы выбор вы ни выбрали. Помните, что вы должны учитывать свои конкретные потребности и выбирать прицел с правильными характеристиками.

Для получения дополнительной информации о конкретном осциллографе ищите его техническое описание в Интернете — вы найдете все подробности.

Возможно, вам понравится прочитать:

Мы надеемся, что вы нашли это руководство по покупке полезным.У вас уже есть осциллограф или вы собираетесь его купить? Поделитесь с нами своими мыслями ниже.

Спасибо за чтение и не забудьте подписаться на нашу рассылку новостей.

---

[Рекомендуемый курс] Изучите ESP32 с Arduino IDE

Зарегистрируйтесь в нашем новом курсе ESP32 с Arduino IDE. Это наше полное руководство по программированию ESP32 с Arduino IDE, включая проекты, советы и хитрости! Регистрация открыта, поэтому зарегистрируйтесь сейчас .

---

Другие курсы RNT

Связанные

Что это и как используется?

Цифровой осциллограф — это сложное электронное устройство, состоящее из различных программных и электронных аппаратных модулей, которые работают вместе для сбора, обработки, отображения и хранения данных, представляющих сигналы, представляющие интерес для оператора.

Цифровые осциллографы

часто называют цифровыми запоминающими осциллографами (DSO) или цифровыми стробоскопическими осциллографами (DSO).

Цифровой осциллограф Yokogawa DL7440 / DL7480

В своей простейшей форме цифровой осциллограф состоит из шести элементов — аналоговых усилителей вертикального входа, аналого-цифрового преобразователя и цифровой памяти формы сигналов, временной развертки с синхронизацией и синхронизацией, схем для отображения и реконструкции формы сигнала, светодиодного или ЖК-дисплея, а также источника питания.

Цифровые осциллографы

периодически дискретизируют изменяющийся во времени аналоговый сигнал и сохраняют в памяти формы сигнала значения сигнала в зависимости от времени.

Используя внутренние часы, цифровые осциллографы разделяют входные сигналы на отдельные временные точки. Затем мгновенные значения амплитуды квантуются осциллографом в этих точках. Полученные цифровые изображения затем сохраняются в цифровой памяти.

При заданной тактовой частоте дисплей восстанавливается из памяти устройства и, следовательно, рассматривается как соединенные точки или серия точек.Цифровые осциллографы предоставляют мощные возможности по запуску оцифрованных данных из своей памяти.

Некоторые из преимуществ цифрового осциллографа по сравнению с аналоговым осциллографом включают способность осциллографа сохранять цифровые данные для последующего просмотра, загрузки в компьютер, создавать бумажные копии или сохранять на дискете, а также его способность мгновенно производить измерения цифровых данных.

После события запуска цифровые осциллографы можно настроить так, чтобы отображать формы сигналов по сравнению с аналоговым осциллографом, который должен быть запущен в первую очередь, прежде чем он начнет трассировку.

Цифровой осциллограф также может исследовать оцифрованную информацию, хранящуюся в его памяти, и производить автоматические измерения на основе выбранных пользователем параметров, таких как скачок напряжения, частота и время нарастания.

Он также может отображать похожие захваченные данные различными способами. Эта возможность объясняется наличием большего количества захваченных данных, чем показано на экране. Он также предлагает гибкость, предоставляя широкий спектр вариантов хранения, обработки и отображения, таких как графика и отображение на четверть и половину экрана, а также многоступенчатые программы обработки.

Цифровой осциллограф идеально подходит для отображения сложных форм сигналов, когда необходимо производить расчеты и измерения на определенных участках сигналов, чтобы обеспечить отображение числовых данных и выходных сигналов, отражающих выбранные параметры сигналов.

Две основные категории цифровых осциллографов — это однократные осциллографы и осциллографы со случайным чередованием или эквивалентной временной дискретизацией.

Однократный осциллограф начинает дискретизацию события в реальном времени после выполнения условия запуска.Скорость аналого-цифрового преобразователя определяет ограничения скорости дискретизации однократных осциллографов. Размер памяти сбора данных устройства, которая принимает выходные данные от преобразователя, ограничивает время, в течение которого может быть произведена выборка одного события.

Между тем, осциллограф со случайным чередованием или осциллограф с эквивалентной временной дискретизацией полагается на дискретизацию повторяющихся событий в различных точках в течение определенных периодов времени.

Что должен знать каждый инженер-электронщик: Осциллографы

Из всего набора испытательного оборудования, имеющегося в нашем распоряжении как инженеров-электронщиков, так и техников, наиболее полезным, несомненно, является осциллограф.Это одно очень мощное устройство может помочь нам очень быстро и точно регистрировать измерения напряжения с течением времени — то, что нелегко сделать с любым другим устройством, найденным в лаборатории. Осциллограф — важный инструмент, используемый при производстве, проектировании, поиске и устранении неисправностей, обеспечении целостности сигналов и, при желании, для простого понимания того, как работают электронные схемы.

Несмотря на то, что современный осциллограф выглядит сложным и устрашающим со всем набором кнопок, ручек, щупов и связанных с ними точек крепления и цветным дисплеем, на самом деле это очень простое устройство.Не позволяйте сложному виду осциллографа запугать вас! Ключом к тому, чтобы стать экспертом по осциллографам, является сначала понимание основ, а затем их дальнейшее развитие. В связи с этим в следующей краткой статье будут рассмотрены некоторые ключевые моменты и распространенные ошибки, с которыми сталкиваются новые пользователи при базовом использовании осциллографов. Это поможет указать вам правильное направление. По мере того, как со временем вы будете тратить больше времени на использование осциллографа, вы, в конечном итоге, станете более опытными и удобнее выполнять практически любые измерения.

Для простоты в этой статье рассматриваются только обычные цифровые осциллографы, известные как цифровые запоминающие осциллографы (DSO), с дисплеем растрового типа. В этой статье не рассматриваются старые аналоговые осциллографы, в которых использовался люминофор для отображения информации, и новые специализированные осциллографы, такие как осциллографы с цифровым люминофором (DPO), осциллографы со смешанной областью (MDO) или осциллографы со смешанными сигналами (MSO).

Заземление и безопасность

Прежде чем углубляться в основы осциллографов, понимание правильного заземления и безопасности поможет не взорвать ваш DSO или его щупы.Неправильное подключение заземления зонда к шасси / защитному заземлению может создать путь для прохождения тока, что приведет к повреждению зонда. Короче говоря, проблема заключается в том, что металлическая часть разъема, к которому подключается пробник на осциллографе, напрямую связана с защитным заземлением через шнур питания осциллографа. Вы можете сами изменить это соединение с помощью омметра. Это соединение с низким импедансом, и когда цепь, которую вы исследуете, также подключена к защитному заземлению, образуется петля, а очень низкий импеданс позволяет току из цепи становиться чрезмерным.Максимально допустимая токовая нагрузка заземляющего провода зонда быстро превышается, и подводящий провод резко размыкается, и вы, вероятно, услышите громкий POP! Лучшее решение этой проблемы — разорвать контур заземления путем изоляции тестируемой цепи или изоляции заземления осциллографа. Поскольку нарушение заземления осциллографа является проблемой безопасности, лучше всего убедиться, что цепь, которую вы тестируете, является плавающей (т. Е. Не привязанной к заземлению). Выберите питание тестовой схемы от изолированного источника питания или от батареи.Будьте осторожны с подачей питания на тестируемую цепь с помощью чего-то вроде USB-разъема, поскольку эти типы устройств обычно не изолированы от земли, и у вас все равно будет проблема с контуром заземления.

Что такое осциллограф?

Осциллограф измеряет формы волны напряжения от датчиков напряжения, таких как пробники напряжения осциллографа, которые поставляются с устройством, или некоторых других датчиков, таких как тензодатчики, токовые пробники, измеритель уровня звука или другой датчик.График осциллографа измеряет напряжение по вертикальной оси и время по горизонтали. Из захваченной формы сигнала мы можем получить такую ​​информацию, как частота, амплитуда, период, фаза, искажение, шум, постоянный и переменный ток, рабочий цикл (время включения по сравнению со временем выключения), время нарастания / спада и т. Д.

Основные элементы управления

Помимо дисплея, есть еще три важных функциональных блока, составляющих общий осциллограф. Эти функциональные блоки представляют собой блок запуска, блок вольт на деление и блок секунд на деление.

Триггер

Функция триггера — это то, что используется для синхронизации горизонтальной развертки в точном положении сигнала, что важно для однозначного представления сигнала. Триггер заставляет повторяющиеся осциллограммы выглядеть на дисплее неподвижными за счет многократного отображения совпадающей части входного сигнала. Самая элементарная и обычная форма запуска называется запуском по фронту. Это то, что вы, скорее всего, будете использовать, когда впервые начнете пользоваться осциллографом.Есть много других специализированных и сложных типов триггеров, которые реагируют на определенные условия и действительно могут сделать DSO мощным инструментом. Эти триггеры включают в себя запуск по скорости нарастания, сбой, ширину импульса, тайм-аут, кратковременный импульс, логику, установку и удержание и запуск связи, и это лишь некоторые из них.

Вольт / дел

Регулировка вольт на деление (вольт / деление) позволяет перемещать сигнал вверх или вниз на дисплее в зависимости от коэффициента масштабирования.Например, если ручка установлена ​​на 1 вольт, а дисплей состоит из 10 вертикальных делений, то 10 вольт может отображаться сверху вниз. Обратите внимание, что показания могут измениться в зависимости от коэффициента ослабления датчика, снимающего показания. Если используется пробник с 10-кратным (то есть 10-кратным) увеличением, и осциллограф не корректирует его автоматически, то вы должны умножить полученное значение сигнала на 10, чтобы получить правильную амплитуду этого показания. Я не думаю, что вам придется беспокоиться об этой проблеме, если вы используете относительно современный осциллограф.

Входная муфта

Входная связь — еще одна простая, но часто неверно интерпретируемая функция, обнаруженная в секции осциллографа вольт / дел. Это относится к методу, используемому для подключения электрического сигнала от одной цепи к другой, то есть к подключению вашей испытательной схемы к осциллографу. Вы можете настроить входную связь как постоянный, переменный или заземленный. Связь по переменному току просто блокирует часть сигнала постоянного тока, и вы видите на дисплее форму волны с центром около нуля вольт.Настройка заземления отключает входной сигнал от вертикального регулятора, позволяя вам видеть, где находится ноль вольт на дисплее. Настройка постоянного тока позволяет отображать весь входной сигнал (постоянный и переменный ток).

сек / дел

Функция секунд на деление (сек / дел) — это то, что устанавливает скорость, с которой сигнал перемещается по дисплею. Как и в случае управления вольт / дел, описанном выше, настройка управления в секундах / делах также является масштабным коэффициентом.Если на ручке установлено значение 10 мс, то каждое горизонтальное деление на дисплее соответствует 10 мс, а общая ширина экрана (также предполагая, что на дисплее всего 10 делений) равна 100 мс. Наблюдение за более длинными и короткими временными интервалами входного сигнала легко достигается путем изменения ручки управления настройкой секунд / дел.

Производительность

Время нарастания переключающих механизмов в компонентах, которые мы используем, становится все быстрее и быстрее, и возможность эффективного измерения этого времени нарастания ставится под сомнение.Вас часто спрашивают, достаточно ли у осциллографа полосы пропускания. Типичная формула, используемая для определения адекватной полосы пропускания осциллографа: 0,35, деленное на время нарастания. Например, необходимость измерения импульса с временем нарастания 1 нс означает, что минимальная полоса пропускания осциллографа должна быть около 350 МГц. Конечно, чем больше пропускная способность, тем лучше.

Частота дискретизации — указываемая в отсчетах в секунду (S / s), также является еще одним важным аспектом осциллографа. Число отсчетов в секунду указывает на то, как часто DSO делает снимок или отсчет входного сигнала.Чем выше частота дискретизации, тем выше разрешение и детализация отображаемого сигнала и тем меньше вероятность потери важной информации. Хорошее практическое правило, если вы измеряете синусоидальную форму волны, заключается в том, что ваш осциллограф должен иметь частоту дискретизации, по крайней мере, в 2,5 раза превышающую компонент наивысшей частоты сигнала, который вы собираетесь измерять, и в 10 раз превышающий компонент самой высокой частоты сигнала, который вы собираетесь Измерьте, если вы измеряете прямоугольные волны, импульсы и другие типы сигналов.

Зонды

О пробниках осциллографов можно написать отдельную статью. Самый простой универсальный тип, с которым вы столкнетесь, — это пассивные пробники 1X или 10X. Остерегайтесь чрезмерной емкостной нагрузки тестируемой цепи этими пробниками. Для высокоскоростного измерения сигнала необходимы активные и дифференциальные пробники. Логические зонды доступны, когда требуется захват нескольких каналов данных.

Стоимость

Возможности осциллографов по сравнению с затратами становятся все лучше и лучше.Быстрый поиск в Интернете показывает, что вы можете получить сотни мегагерц полосы пропускания и функциональность профессионального уровня менее чем за 500 долларов. Этого может быть достаточно для выполнения большей части ваших исследований. По мере увеличения времени нарастания и усложнения измерений вам придется платить за производительность. При составлении бюджета для нового прицела обязательно включите в него расходы на приобретение необходимых вам зондов, калибровку осциллографа и зондов, а также доставку осциллографа и зондов туда и обратно вашему поставщику калибровки.

Заключение

Осциллографы

— это рабочие лошадки при разработке и тестировании продукции. Сначала они выглядят сложными, но на самом деле ими довольно легко пользоваться. Просто запомните основы, и вскоре вы будете считаться постоянным экспертом по осциллографам в вашей фирме. Я надеюсь, что вам нравится работать с осциллографами, и вы сможете расширить свои возможности по их использованию по мере продвижения по карьерной лестнице! Удачи.

Список литературы

1. Tektronix, XYZ осциллографов — Primer

Использование осциллографа в электронике — Compocket

Электронные устройства — одна из самых важных частей нашей жизни в настоящее время.Мы хотим использовать наши устройства без проблем, но это не всегда возможно. Электронные устройства работают с энергетическими волнами, и их важно тестировать, контролировать и при необходимости ремонтировать. Итак, люди, которые работают с электроникой, не могут избавиться от осциллографов из своей жизни. Благодаря этой технологии существует множество различных электронных устройств, методов работы и схем в глубинной части электронного мира. К счастью, технологии улучшаются благодаря другим потребностям, таким как осциллографы другого типа или использование технических средств.

Могут быть разные причины поломки электронных устройств, поэтому важно знать, когда мы можем использовать осциллограф для его ремонта. Перед тем, как перейти к случаям использования осциллографа в электронике, полезно проверить свои осциллографы, чтобы получить точные измерения. Важно внимательно относиться к своему решению использовать его. Полоса пропускания, частота дискретизации, целостность сигнала, каналы, совместимость пробников, необходимые приложения для анализа ваших измерений и поиск подходящего типа осциллографа являются важными критериями.В конце концов, использование осциллографа в электронике в начинается с схемы измерения тока, и с точки зрения стиля измерения, зависящего от времени, он измеряет иначе, чем вольтметр. Тем не менее, осциллографы в основном измеряют электронное напряжение в силе тока, но в зависимости от времени. Это помогает людям, работающим с электроникой, обнаружить проблему, не теряя времени. Вы можете измерять сигналы своих устройств на экране — даже если вы используете USB-порт или портативный осциллограф, вы можете использовать приложение для просмотра — и вы можете проверить их скорость.Мы знаем, что осциллографы помогают нам видеть электрические сигналы, используя ось Y для напряжения и ось X для времени на экране. Используя этот дисплей, пользователь может анализировать частоту, временные интервалы и искажения. Если вы работаете с электроникой, важно проверить, работают ли ваши устройства. Когда мы говорим об использовании осциллографа в электронике, мы можем мыслить узко, но есть много мест для его использования. Вы думаете, что осциллограф можно увидеть в медицине или автосервисе? Наш ответ — да.Впрыск топлива и контроль перед запуском автомобилей — две основные области использования осциллографа при ремонте автомобилей. Более того, вы можете увидеть художественные проекты, используя осциллографы как различные области применения. Критическим моментом является то, что зная правильное место и осциллограф, можно использовать его в электронике. Использование осциллографа в электронике — контрольный пункт в вашей работе. Как правильно работает ваш ток и электронное напряжение, какая скорость напряжения и что вы можете сделать, когда есть проблема с вашим током.Вы можете ответить на эти вопросы по номеру , используя осциллограф в своих электронных устройствах.

Давайте вместе рассмотрим использование осциллографа в электронике .

Зачем нужен осциллограф для ремонта электроники?

Осциллограф так же важен, как и пульсометр для людей, так же важен для ремонта электроники . Срок службы наших устройств может быть напряжением или током. Мы не хотим, чтобы наши сердца бились слишком быстро или слишком медленно, мы хотим, чтобы эти напряжения выпускались с правильной скоростью или частотой.Вполне логично использовать осциллограф для электроники , так как мы не хотим никаких сбоев в наших электрических сигналах. Получение такой информации о ваших электронных устройствах позволяет убедиться, что они работают должным образом. А если нет, то осциллографы помогут диагностировать и устранить проблему. Если вы инженер-электрик, инженер-испытатель или студент, вы можете использовать осциллограф для электроники или работать с осциллографом для производства, ремонта, исследований или разработок.

Вам также может понравиться: Что такое осциллограф? Типы осциллографов

Как проверить электронику с помощью осциллографа?

Электронный осциллограф позволяет вам дважды проверить, соответствует ли сигнал вашего устройства ожидаемому как по размеру, так и по частоте. Поскольку он обеспечивает визуальное представление сигнала, вы можете увидеть возможные отклонения или искажения. Однако есть некоторые вещи, которые следует учесть перед началом теста.Это следующие.

• Пропускная способность: Это частотный диапазон, который осциллограф может точно измерить. Полоса пропускания осциллографа обычно составляет от 50 МГц до 100 ГГц.

• Частота дискретизации : Количество выборок, которое осциллограф может получить в секунду. По мере увеличения количества выборок в секунду форма сигнала отображается более четко и точно.

• Целостность сигнала: Способность осциллографа точно отображать форму сигнала.Вы же не хотите тратить недели, пытаясь объявить свое устройство неисправным и найти первопричину, хотя на самом деле это не проблема. Следовательно, целостность сигнала — важная особенность.

• Каналы: Это вход электронного осциллографа . Они могут быть аналоговыми или цифровыми. Обычно на каждый осциллограф приходится от 2 до 4 аналоговых каналов.

• Совместимость датчиков : Пробник — это инструмент, используемый для подключения электронного осциллографа к тестируемому устройству.Существует множество пассивных и активных пробников, каждый из которых предназначен для особых случаев использования. Очень важно найти осциллограф, совместимый с типом пробника, который вам нужен для конкретных испытаний.

• Приложения: Программное обеспечение для анализа сигналов, декодирования протоколов и тестирования совместимости может значительно сократить время, необходимое для выявления и выявления ошибок в ваших проектах. Программное обеспечение для анализа может помочь вам найти и оценить вибрацию, создать глазковые диаграммы и даже определить и измерить перекрестные помехи.

После выполнения всех этих настроек устанавливается соединение между электронным осциллографом и устройством. Осциллограф, который также подключен к устройству отображения, отображает сигналы электронного устройства. Таким образом измеряются сигналы. Если в сигналах обнаруживается неисправность, начинаются ремонтные работы.

По этой причине осциллограф является очень важным устройством при обслуживании и ремонте электронных устройств.Например; В аппарате для ремонта электроники , например, цифровых часов, осциллограф используется в таких операциях, как мониторинг сигнала на концах кристалла, наблюдение сигнала на выходах процессора и понимание сигнала при интеграции драйвера.

Осциллограф для электроники с лучшим соотношением цены и качества

Когда дело доходит до использования осциллографа в электронике , требуется физическая близость.Есть несколько различных типов осциллографов. Все эти типы могут использоваться в электронных схемах. Варианты осциллографа следующие.

Аналоговый осциллограф:

Аналоговый осциллограф, который имеет тот же принцип работы, что и ламповые телевизоры, имеет принцип, согласно которому электронный луч, возникающий в электронно-лучевой трубке, формируется из изображения, которое подается на люминофорный экран входным сигналом, подаваемым по вертикали и горизонтали. катушки дефлектора.

Цифровой осциллограф:

Цифровой осциллограф, который предпочитают чаще аналоговых моделей, имеет возможность передавать входящие сигналы с более быстрым и точным результатом благодаря своим передовым микропроцессорам.

Осциллограф USB:

Осциллографы

USB, которые более доступны по цене, чем другие типы осциллографов, не имеют экрана, поэтому компьютер определенно необходим.

Портативный осциллограф:

Он предпочтителен из-за размера ручного, то есть портативного осциллографа, из-за его небольших размеров и портативности. Портативные осциллографы, которые можно использовать как с аккумулятором, так и с зарядкой, являются высокоточными устройствами.