Как выбрать осциллограф | РОБОТОША

Продолжаю, начатую в предыдущей статье серию публикаций, посвященных осциллографам. Сегодня я расскажу о том какие основные типы осциллографов бывают, расскажу об их преимуществах и недостатках, рассмотрю основные характеристики осциллографов и постараюсь дать советы по поводу того, как подобрать инструмент, соответствующий решаемым задачам.

Выбрать новый осциллограф может оказаться довольно сложной задачей, так как в настоящий момент на рынке представлено довольно много моделей. Вот некоторые основные моменты, которые помогут вам принять правильное решение и понять, что вам действительно необходимо.

Перед тем как собраться купить новый осциллограф, постарайтесь ответить для себя на следующие вопросы:

1. Где вы собираетесь использовать прибор?
2. Сигналы в скольких точках схемы вам потребуется измерять одновременно?
3. Какова амплитуда сигналов, которые вы, как правило, измеряете?
4. Какие частоты присутствуют в измеряемых вами сигналах?
5. Вам необходимо измерять периодические или одиночные сигналы?
6. Исследуете ли вы сигналы в частотной области и нужна ли вам функция быстрого преобразования Фурье?

 

Аналоговый или цифровой осциллограф?

Вы можете все еще быть поклонником аналоговых приборов, но в современном цифровом мире их особенности не могут сравниться с возможностями современных цифровых запоминающих осциллографов. Кроме того, в аналоговых моделях может применяться устаревшая технология с весьма ограниченными возможностями. Также могут возникнуть проблемы с наличием запчастей.

Аналоговый осциллограф

Преимуществом аналогового осциллографа является отсутствие шумов, имеющих по свей сути цифровую природу, а именно отсутствует шум АЦП, который проявляется в виде ступенчатой осциллограммы на цифровых приборах. Если для вас очень важна точность в передаче формы исследуемого сигнала, тогда ваш выбор — аналоговый прибор.

Цифровой осциллограф

Преимущества цифрового осциллографа очевидны:

• Портативность и небольшой вес (хотя, по поводу веса вспомнил высказывание одного из своих университетских преподавателей: «Прибор весящий менее 50 килограммов, провод от которого вы случайно зацепите, точно упадет вам на ногу». Так что вес не для всех является преимуществом )
• Большая полоса пропускания
• Возможность измерения одиночного сигнала
• Дружественный интерфейс
• Возможно проведение измерений на экране
• Цветной дисплей
• Возможность хранения и печати данных
• Возможность цифровой обработки сигналов (в виде быстрого преобразования Фурье, сложения, вычитания, интегрирования и пр.)
• Возможность применения к сигналам цифровой фильтрации

Цифровые осциллографы также дают возможность для высокоскоростного сбора данных и могут быть интегрированы в системы автоматического тестирования (актуально для производств).

Также, зачастую цифровые приборы могут включать в одном корпусе дополнительные устройства:

• Цифровой (логический) анализатор (эти устройства позволяют плюс ко всему анализировать пакеты цифровых данных, например передаваемых через различные интерфейсы I²C, USB, CAN, SPI и прочие)
• Генератор функций (сигналов произвольной формы)
• Генератор цифровых последовательносетй

Если осциллограф выполнен в виде переносного устройства, то часто он совмещается с мультиметром, их еще называют скопметрами (иногда очень даже с неплохими характеристиками). Неоспоримыми преимуществами таких устройств являются независимость от питающей сети, компактность, мобильность и универсальность.

Осциллограф-мультиметр (скопметр)

 

USB-осциллографы

Осциллографы на базе ПК, или как их еще называют, USB-осциллографы, становятся все более популярными, поскольку они дешевле традиционных. Используя компьютер, они предлагают преимущества большого цветного дисплея, быстрого процессора, возможности сохранения данных на диск и работы на клавиатуре. Другим большим преимуществом является возможность быстрого экспорта данных в электронные таблицы.

Среди USB-приставок часто попадаются настоящие комбайны, совмещающие несколько устройств в одном корпусе: осциллограф, цифровой анализатор, генератор сигналов произвольной формы и генератор цифровых последовательносетй.

Ценой удобству и универсальности является худшие характеристики, нежели у их автономных собратьев.

Осциллограф-приставка

 

Важные характеристики осциллографов

Разберем на какие характиристики приборов следует обращать внимание при выборе осциллографа.

1. Полоса пропускания (bandwidth)

Выбирайте осциллограф, имеющий достаточную полосу пропускания, которая бы захватывала верхние частоты, содержащиеся в измеряемых вами сигналах.

Полоса пропускания  является, пожалуй, наиболее важной характеристикой осциллографа. Именно она определяет диапазон сигналов, которые вы планируете исследовать на экране своего осциллографа, и именно этот параметр, в значительной степени влияет на стоимость измерительного прибора.

АЧХ осциллографа

Для осциллографов с полосой пропускания 1ГГц и ниже, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) устройства представляет из себя, так называемую, гауссовскую АЧХ, которая является АЧХ однополюcного фильтра нижних частот. Этот фильтр пропускает все частоты ниже некоторой  (которая и является частотой пропускания осциллографа) и подавляет все частоты, присутствующие в сигнале, превышающие эту частоту среза.

Частота, на которой входной сигнал ослабляется на 3 дБ считается полосой пропускания осциллографа. Ослабление сигнала на 3 дБ означает примерно 30% амплитудной ошибки! Другими словами, если на входе осциллографа у вас 100 МГц синусоидальный сигнал, а полоса пропускания осциллографа также 100 МГц, то измеряемое напряжение размаха амплитуды величиной в 1В с помощью этого осциллографа составит около 700 мВ (-3 дБ = 20 lg(0.707 / 1.0). По мере того, как частота вашей синусоиды будет повышаться (при сохранении постоянной амплитуды), измеряемая амплитуда понижается. Таким образом, нельзя провести точные измерения сигналов, которые имеют верхние частоты вблизи частоты пропускания вашего осциллографа.

Так как же определить необходимую пропускную полосу прибора? Для измерений чисто аналоговых сигналов необходим осциллограф, который имеет заявленную полосу пропускания, по крайней мере, в три раза выше, чем самые высокие частоты синусоидальных волн, которые вам, возможно необходимо будет измерить. В 1/3 от величины полосы пропускания осциллографа, уровень ослабления сигнала минимален. Для того, чтобы измерить более точно, используйте следующее правило: ширина полосы пропускания, деленная на 3 — это примерно 5% ошибка, а деленная на 5 — 3% ошибка. Другими словами, если вы будете измерять частоты 100МГц, выбирайте осциллограф, по крайней мере, 300МГц, а лучше всего 500МГц. Но, к сожалению, это повлечет за собой увеличение цены…

А как насчет требуемой полосы пропускания для цифровых приложений, где в основном и используются современные осциллографы? Как правило, нужно выбирать осциллограф, который имеет пропускную способность, по крайней мере в пять раз больше, чем частота процессора/контроллера/шины в вашей системе. Например, если максимальная частота в собственных проектах составляет 100 МГц, то вы должны выбрать осциллограф с полосой пропускания 500 МГц и выше. Если осциллограф отвечает этому критерию, он сможет захватить до пятой гармоники с минимальным затуханием сигнала. Пятая гармоника сигнала имеет решающее значение в определении общей формы ваших цифровых сигналов. Рассмотрю пример: 10 мегагерцовый меандр состоит из суммы 10-ти мегагерцового синусоидального сигнала + 30-ти мегагерцового синусоидального сигнала + 50-ти мегагерцового синусоидального сигнала и т.д. В идеале нужно выбирать прибор, который имеет полосу пропускания не ниже частоты 9-ой гармоники. Так, что если основные сигналы с которыми вы работаете — это меандры, то лучше взять прибор с полосой пропускания не менее 10 кратной частоты ваших меандров. Для меандров 100МГц, выбирайте прибор 1ГГц, но, к сожалению это значительно увеличит его стоимость…

Если вы не будете иметь под рукой осциллограф с надлежащим значением полосы частот, то при исследовании сигналов прямоугольной формы, вы увидите на экране закруглённые углы вместо чётких и ясных краёв, характеризующих высокую скорость нарастания фронта импульса. Совершенно очевидно, что такое отображение сигналов, в целом негативно влияет на точность выполняемых измерений.

Искажения формы сигнала при недостаточной полосе пропускания (на входе — прямоугольный сигнал)

Меандры имеют достаточно крутые временные подъемы и спады. Есть простое правило, чтобы узнать необходимую полосу пропускания для вашего прибора, если эти подъемы и спады важны для вас. Для осциллографа с полосой пропускания ниже 2.5ГГц,  крутой подъем (спад) может измеряться как 0.35, деленное на ширину полосы частот. Так, осциллограф 100МГц может измерять подъем до 3.5нс. Для осциллографа от 2.5ГГц до 8ГГц, используйте 0.4, деленное на ширину полосы частот и для осциллографов выше 8ГГц, используйте 0.42, деленное на ширину полосы частот. Если ваш подъем является начальной точкой для вычислений, то используйте обратную схему: если вам нужно измерить подъем 100пс, вам необходим осциллограф с полосой пропускания 0.4/100пс = 4ГГц.

 2. Частота дискретизации (sample rate)

Выбирайте осциллограф, имеющий достаточную частоту дискретизации по каждому из каналов, для того чтобы обеспечить заявленную полосу пропускания устройства в реальном времени.

Также этот параметр иногда называют частотой выборки или частотой сэмплирования.

Тесно связанной с полосой пропускания осциллографа в режиме реального времени является его максимально допустимая частота дискретизации. «В реальном времени» означает, что осциллограф может захватывать и отображать единожды полученные (не повторяющиеся) сигналы, соизмеримые с полосой пропускания прибора.

Чтобы перейти к определению частоты дискретизации, необходимо вспомнить теорему Котельникова (на западе больше известна как теорема Найквиста-Шеннона или теорема отсчетов), которая гласит, что в случае,

если аналоговый сигнал имеет ограниченную ширину спектра, то он может быть без потерь однозначно восстановлен по своим отсчетам, взятым с частотой , где  — максимальная частота, которой ограничен спектр сигнала и его можно представить в виде ряда

   

где и интервал дискретизации удовлетворяет условию

Если же максимальная частота в сигнале превышает половину частоты дискретизации, то восстановить сигнал без искажений невозможно.

Ошибочным будет считать, что  — это и есть частота пропускания осциллографа При таком предположении, минимальная требуемая частота дискретизации для осциллографа для заданной полосы пропускания является лишь удвоенной полосой пропускания осциллографа в режиме реального времени.

Искажение частотные составляющие, когда полоса пропускания осциллографа равна половине его частоты дискретизации для случая гауссовой АЧХ

как показано на рисунке, это не то же самое, что , если, конечно, фильтр осциллографа не работает как кирпичная стена (не обрезает частоты выше резко до нулевой амплитуды).

Как я уже упоминал, осциллографы с полосой пропускания 1 ГГц и ниже, как правило, имеют гауссову частотную характеристику. Это означает, что, хотя осциллограф ослабляет амплитуду сигнала с частотами выше точки -3 дБ, он не полностью устраняет эти более высокие частотные составляющие. Искаженные частотные составляющие показаны красной штриховкой на рисунке. Поэтому  всегда выше, чем полоса пропускания осциллографа .

Рекомендуется выбирать максимальную частоту дискретизации осциллографа, по крайней мере, в четыре-пять раз выше, чем полоса пропускания оциллографа в режиме реального времени, как показано на рисунке ниже. С таким параметром, восстанавливающий фильтр осциллографа может точно воспроизводить форму высокоскоростных сигналов  с разрешением в диапазоне десятков пикосекунд.

Искаженные частотные составляющие когда полоса пропускания осциллографа определена как ¼ частоты дискретизации прибора

Многие широкополосные осциллографы имеют более резкий срез АЧХ, как на рисунке ниже. Это «максимально плоская» АЧХ. Поскольку осциллограф с максимально плоской АЧХ ослабляет частотные компоненты за пределами гораздо сильнее, и начинает приближаться к идеальной характеристике теоретического фильтра «кирпичная стена», не так много точек выборки требуется для хорошего представления входного сигнала при использовании цифровой фильтрации для восстановления формы сигнала. Для осциллографов с этим типом АЧХ теоретически можно указать полосу пропускания равную .

Искаженные частотные составляющие, когда полоса пропускания осциллографа задана в 1 / 2.5 от частоты его дискретизации для приборов с «максимально плоской» частотной характеристикой.

3.Глубина памяти (memory depth)

Выбирайте осциллограф, который имеет достаточную глубину памяти для получения самых сложных ваших сигналов с высоким разрешением

Тесно связаной с максимальной частотой дискретизации осциллографа является его максимально возможная глубина памяти. Даже при том, что рекламный буклет с техническими характеристиками осциллографа может заявлять высокую максимальную частоту дискретизации, это не означает, что осциллограф всегда сэмплирует с этой высокой скоростью. Осциллограф производит выборку сигнала на максимальной скорости, когда развертка установлена ​​на одном из быстрых временных диапазонов. Но когда развертка установлена ​​на медленный диапазон, для того, чтобы захватить больший временной интервал, растянув его на экране осциллографа, прибор автоматически уменьшает частоту дискретизации, основываясь на доступной глубине памяти.

Например, давайте предположим, что осциллограф имеет максимальную частоту дискретизации 1 Гигасэмпл/с и глубиной памяти в 10 тысяч точек. Если развертка осциллографа установлена в 10 нс/дел, то для того, чтобы захватить 100 нс сигнала на экране осциллографа (10 нс/дел х 10 секций = 100 нс промежуток времени), осциллографу, нужно всего 100 точек памяти на весь экран. На своей максимальной частоте дискретизации 1 Гигасэмпл/с: 100 нс промежуток времени х 1 Гигасэмпл/с = 100 точек. Нет проблем! Но если вы установите развертку осциллографа на 10 мкс/дел для захвата 100 мкс сигнала, осциллограф автоматически уменьшит свою частоту дискретизации до 100 Мегасэмплов/с (10 тысяч точек  / 100 мкс временной промежуток = 100 Мегасэмплов/с ). Для поддержания большой частоты дискретизации осциллографа на медленных диапазонах времени требуется, чтобы прибор имел дополнительную память. В определении требуемого количества памяти поможет довольно простое уравнение, основанное на самом длинном промежутке времени сложного сигнала, который вы должны захватить и максимальной частотой дискретизации, с которой вы хотите чтобы осциллограф произвел сэмплирование.

Память = Временной интервал x Частота дискретизации

Хотя, вы можете интуитивно думать, больше памяти — всегда лучше, однако, осциллографы с большой глубиной памяти, как правило, стоят дороже. Во-вторых, для обработки длинных сигналов, используя память, требуется дополнительное время. Обычно это означает, что скорость обновления осциллограмм будет снижена, иногда весьма значительно. По этой причине, большинство осциллографов на рынке сегодня имеют ручной выбор глубины памяти, и типичная установка глубины памяти по умолчанию, как правило, относительно небольшая (от 10 до 100 тысяч точек). Если вы хотите использовать глубокую память, то вы должны вручную включить ее и идти на компромисс со скоростью обновления осциллограмм. Это означает, что вы должны знать, когда нужно использовать глубокую память, а когда — нет.

Сегментация памяти

Некоторые осциллографы имеют специальный режим работы под названием «сегментация памяти». Сегментированная память может эффективно расширить время для сбора, путем деления доступной памяти на более мелкие сегменты, как показано на рисунке ниже. Осциллограф затем выборочно оцифровывает только важные части формы исследуемого сигнала с высокой частотой дискретизации и затем устанавливает временные метки, чтобы вы знали точное время между каждым возникновением события запуска. Это позволяет осциллографу захватить много последовательных однократных сигналов с очень коротким временем повторения, при этом не пропуская важную информацию. Этот режим работы особенно полезен при захвате вспышек сигнала. Примерами сигналов импульсного типа являются импульсный радар, вспышки лазера, а также пакетированные сигналы последовательной шины данных.

Специальный режим работы осциллографа с сегментацией памяти

4. Количество каналов

Выбирайте осциллограф, который имеет достаточное количество каналов для того, чтобы производить критичные по времени измерения, между коррелированными (связанными) между собой сигналами.

Число необходимых каналов в осциллографе будет зависеть от того, какое количество сигналов вам требуется одновременно наблюдать и сравнивать между собой. Сердцем большинства встраиваемых систем, на сегодняшний день, является микроконтроллер (MCU), как упрощенно показано на рисунке ниже. Многие микроконтроллерные системы, на самом деле, являются устройствами смешанных сигналов с несколькими аналоговыми, цифровыми сигналами и последовательными шинами ввода/вывода для взаимодействия в внешним миром, который, по своей природе, всегда аналоговый.

Типичная схема микроконтроллерной системы

Сегодняшние конструкции смешанных сигналов становятся все более сложными, поэтому может потребоваться больше каналов в осциллографе для их захвата и отображения. Двух и четырехканальные осциллографы являются сегодня востребованными. Увеличение числа каналов с 2 до 4 не приводит к двукратному увеличению цены прибора, но все же цена растет ощутимо. Два канала — оптимально, большее число каналов — зависит от ваших потребностей и финансовых возможностей. Более четырех аналоговых каналов встречается очень редко, но есть и другой интересный вариант — это осциллограф смешанных сигналов.

Осциллографы смешанных сигналов объединяют в себе все измерительные возможности осциллографов с некоторыми возможностями логических анализаторов и анализаторов протоколов последовательных шин.  Наиболее важной является способность этих приборов одновременно захватывать несколько аналоговых и логических сигналов с одновременным отображением формы этих сигналов. Представьте это, как наличие нескольких каналов с высоким разрешением по вертикали (обычно 8 бит) плюс несколько дополнительных каналов с очень низким разрешением по вертикали (1 бит).

На рисунке ниже приведен пример захвата сигнала входа цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) при помощи цифровых каналов осциллографа, одновременно с мониторингом выхода сигнала ЦАП при помощи одного аналогового канала. В этом примере, осциллограф смешанных сигналов настроен таким образом, что он запускается, если логическое состояние входа ЦАП примет самое низкое значение 0000 1010.

Осциллограф смешанных сигналов может захватывать и отображать множество аналоговых и цифровых сигналов одновременно, обеспечивая общую картину коррелированных процессов

5. Скорость обновления осциллограмм

Выбирайте осциллограф, который имеет достаточно высокую скорость обновления сигнала для того, чтобы захватить случайные и редкие события, для более быстрой отладки проектов

Скорость обновления осциллограмм может быть также важна, как и уже рассмотренные нами пропускная способность, частота дискретизации и глубина памяти,  хотя этот параметр часто упускается из виду при сравнении различных осциллографов перед покупкой. Даже при том, что скорость обновления сигнала осциллографа может казаться высокой при просмотре повторно захваченных сигналов на дисплее вашего осциллографа, эта «высокая скорость» является относительной. Например, обновление в несколько сотен сигналов в секунду, конечно достаточно быстро, но c точки зрения статистики, это может оказаться недостаточным, чтобы захватить случайное или редкое событие, которое может произойти только один раз на миллион захваченных сигналов.

При отладке новых проектов, скорость обновления осциллограмм может иметь решающее значение — особенно, когда вы пытаетесь найти и отлаживать редкие или прерывистые проблемы. Рост скорости обновления осциллограмм увеличивает вероятность захвата осциллографом «призрачных» событий.

Неотъемлемой характеристикой всех осциллографов является «мертвое время» (dead-time) или «слепое время» (blind time). Это время между каждым повторяющимся захватом сигнала осциллографом, в течение которого он обрабатывает ранее зарегистрированный сигнал. К сожалению, «мертвое время» осциллографа может иногда быть на несколько порядков больше, чем время захвата. В течение мертвого времени осциллографа, любая сигнальная активность, которая может произойти, будет пропущена, как показано на рисунке ниже. Обратите внимание на пару сигнальных выбросов, которые произошли во время простоя осциллографа, а не во время захвата (acquisition time).

Время захвата и «мертвое время» осциллографа

Из-за «мертвого времени», захват случайных и редких событий с помощью осциллографа становится азартной игрой — так же, как бросание игральных костей. Чем большее число раз вы бросите кости, тем выше вероятность получения определенной комбинации чисел. Точно так же, чем чаще обновляются сигналы осциллографа для заданного времени наблюдения, тем выше вероятность захвата и просмотра неуловимого события, о существовании которого вы даже можете по подозревать.

На рисунке ниже, показан выброс, который происходит примерно 5 раз в секунду. Некоторые осциллографы имеют максимальную скорость обновления сигнала более 1 миллиона осциллограмм в секунду, и такой осциллограф имеет 92% вероятность захвата этого выброса в течение 5 секунд. В этом примере, осциллограф захватил выброс несколько раз.

Регистрация выбросов в осциллографе со скоростью 1 миллион обновлений сигнала в секунду

Для осциллографов с обновлением 2-3 тысячи раз в секунду, вероятность захвата таких выбросов в течение 5 секунд составляет менее 1%.

6.Триггер

Выбирайте осциллограф, имеющий различные типы запуска, которые могут понадобиться, чтобы помочь выделить захват сигнала на самых сложных сигналах.

Если запуск развертки осциллографа никак не связан с исследуемым сигналом, то изображение на экране будет бежать или быть смазанным. В этом случае осциллограф отображает различные участки наблюдаемого сигнала на одном и том же месте. Для получения стабильного изображения все осциллографы содержат систему, называемую триггером. Триггер задерживает запуск развертки осциллографа до тех пор, пока не будут выполнены определенные условия.

Возможность триггерного запуска является одной из важнейших сторон осциллографа. Триггерный запуск позволяет синхронизировать захват осциллографом сигнала и отображать отдельные части сигнала. Вы можете представить триггерный запуск осциллографа как синхронизированное выполнение снимков.

Наиболее распространенным типом запуска осциллографа является срабатывание при пересечении определенного уровня. Например, запуск по фронту канала 1, когда сигнал пересекает определенный уровень напряжения (уровень запуска) в положительном направлении, как показано на рисунке ниже. Все осциллографы имеют такую возможность, и это, вероятно, наиболее часто используемый тип запуска. Но, по мере усложнения цифровых проектов, вам, возможно, потребуется дополнительно определять/фильтровать запуск осциллографа специфическими комбинациями входных сигналов для того, чтобы захватывать сигнал «в нуле», а также просматривать нужную часть сложного входного сигнала.

Запуск осциллографа по фронту цифрового импульса

Некоторые осциллографы имеют возможность запуска по импульсам, с конкретными временными характеристиками. Например, запускаться только тогда, когда импульс шириной менее 20 нс. Этот тип запуска (с уточненной шириной импульса) может быть очень полезен для запуска на непредвиденных сбоях.

Другой тип запуска, который применяется в большинстве современных осциллографов, это запуск по шаблону. Режим запуска по шаблону позволяет настроить триггер осциллографа на запуск по логической/булевой комбинации высоких уровней (единиц) и низких уровней (нулей) в двух или более входных каналах. Это может быть особенно полезным при использовании осциллографа смешанных сигналов, который может иметь до 20 аналоговых и цифровых каналов.

Более продвинутые осциллографы даже обеспечивают запуск, который синхронизируется сигналами, имеющими параметрические нарушения. Другими словами, осциллограф запускается, только если входной сигнал нарушает конкретное параметрическое состояние, такое как снижение амплитуды импульса («запуск коротышкой»), нарушение скорости края (времени нарастания/спада), или, возможно, нарушения времени длительности периода данных (триггер времени установки и удержания).

На рисунке ниже показан запуск осциллографа положительным импульсом с уменьшенной амплитудой, используя режим запуска «коротышкой». Если это импульс-коротышка происходит только один раз за миллион циклов импульсов цифрового потока, то захват этого сигнала, используя стандартный запуск по фронту, это все равно что поиск иголки в стоге сена. Также возможно производить запуск отрицательными «коротышками», а также импульсами-коротышками с определенной длительностью.

Запуск осциллографа импульсом-коротышкой

7. Работа с последовательными интерфейсами

Последовательные интерфейсы, такие как I²C, SPI, RS232/UART, CAN, USB и т.д., широко распространены во многих современных разработках, использующих цифровые и смешанные сигналы. Для проверки правильности передачи сообщения по шине, а также для аналоговых измерений сигнала требуется осциллограф. Многие специалисты для проверки последовательной шины при помощи осциллографа, используют методику, известную как «визуальный подсчет битов». Но этот ручной метод декодирования последовательной шины достаточно трудоемок и приводит к частым ошибкам.

Многие из современных цифровых осциллографов и осциллографов смешанных сигналов имеют дополнительные возможности по декодированию протокола последовательной шины и триггерного запуска. Если вы планируете плотно работать с последовательной шиной, то обратите внимание на осциллографы, которые могут декодировать и запускаться данными с последовательной шины, что может значительно сэкономить ваше время при отладке устройств.

8. Измерения и анализ сигналов

Одним из основных преимуществ современного цифрового запоминающего осциллографа, по сравнению с аналоговыми приборами, является возможность выполнять различные автоматические измерения и производить анализ оцифрованных сигналов. Практически все современные цифровые осциллографы имеют возможность ручных курсорных/маркерных измерений, а также минимальный набора автоматических измерений параметров импульса, таких как время нарастания, время спада, частоту, длительность импульса, и т.д.

В то время, как для измерений параметров импульса обычно выполняются временные или амплитудные измерения амплитуды для небольшой части сигнала, то чтобы обеспечить «ответ», например, времени нарастания или размаха напряжения, математические функции осциллографа выполняют математическую операцию по всей осциллограмме или пары сигналов для получения еще одного сигнала.

На рисунке ниже показан пример математической функции быстрого преобразования Фурье (БПФ), которое было применено к тактовому сигналу (желтая кривая). БПФ перевело сигнал в частотную область (серая кривая), которая изображает по вертикальной оси амплитуду в дБ в зависимости от частоты в Гц по горизонтальной оси. Другие математические операции, которые можно выполнять для оцифрованных сигналов — суммирование, разность, дифференцирование, интегрирование и т.д.

БПФ для сигнала цифрового таймера

Хотя математические функции над сигналом также можно выполнить в автономном режиме на ПК (например в MatLab), имея такую встроенную в осциллограф возможность можно не только упростить выполнение этих операций, но и понаблюдать за поведением сигнала в динамике.

9. Осциллографические пробники (измерительные щупы)

Качество измерений очень сильно зависит от того, что за пробник вы подключили к BNC-входу осциллографа. Когда вы подключаете любую измерительную систему к исследуемой схеме, измерительный прибор (и щуп) становится частью тестируемого устройства. Это означает, что можно «нагрузить» или изменить в некоторой степени поведение ваших сигналов. Хорошие щупы не должны нарушать входной сигнал и в идеале должны передать в осциллограф точный дубликат сигнала, который присутствовал в точке измерения.

Измерительный щуп осциллографа

Когда вы покупаете новый осциллограф, то он, как правило, поставляется со стандартным набором щупов с высоким входным сопротивлением — один пробник для каждого входного канала осциллографа. Эти типы пассивных щупов общего назначения являются наиболее распространенными и позволяют измерять широкий диапазон сигналов относительно земли. Но эти щупы имеют некоторые ограничения. На рисунке ниже показана эквивалентная схема типичного 10:1 пассивного щупа, подключенного к высокоомному входу осциллографа (вход осциллографа 1МОм).

Типичная модель пассивного пробника 1:10

Паразитные емкости присущи всем осциллографическим пробникам и входам. Они включают в себя емкость кабеля пробника С_кабеля, а также входную емкость осциллографа С_{прибора}. «Паразитный» означает, что эти элементы в модели не специально созданы, а являются прискорбным фактом в мире электроники.  Величина паразитной емкости будет изменятся от осциллографа к осциллографу и от пробника к пробнику. Используемый в этой модели встроенный компенсационный конденсатор, предназначен для компенсации емкости в случае низкачастотного импульсного отклика.

Электрическая модель любого пробника (пассивного или активного) и осциллографа может быть упрощена до комбинации одного резистора и одного конденсатора, подключенных параллельно. На рисунке ниже показана типичная схема замещения осциллограф/пробник для 10: 1 пассивного щупа. Для низких частот или для постоянного тока, в нагрузке преобладает сопротивление 10МОм, которое, в большинстве случаев, не должно стать проблемой. Хотя 13.5 пФ не кажется большой емкостью, на высоких частотах нагрузка, полученная при помощи этой емкости, может быть значительной. Например, на частоте 500 МГц реактивное сопротивление конденсатора емкостью 13.5 пФ в этой модели составляет 23.6 Ом, которые уже являются значительной нагрузкой и может привести к искажению сигнала.

Упрощенная электрическая модель пробник-осциллограф

Для высокочастотных измерений необходимо использовать активные щупы. «Активный» означает, что пробник включает в себя усилитель, расположенный за наконечником щупа. Он позволяет существенно уменьшить емкостную нагрузку и увеличить полосу пропускания для пробника.  К недостаткам высокочастотных активных пробников можно отнести их динамический диапазон, а также их стоимость.

Есть и другие специальные измерительные задачи, о которых хотелось бы упомянуть. Если вам нужно произвести измерения на высокоскоростной дифференциальной последовательной шине, то вы должны рассмотреть возможность использования высокочастотного дифференциального активного пробника. Если вам нужно померить сигналы, имеющие очень высокое напряжение, вам понадобится специальный пробник, рассчитанный на высокое напряжение. Если вам нужно измерить ток, вы должны рассмотреть возможность использования датчика тока.

 

Если вы дочитали до этих строк, то, наверное уже поняли, что к выбору осциллографа нужно подходить достаточно серьезно, иначе это может привети к тому, что купленный дорогостоящий измерительный прибор не сможет помочь вам решать ваши задачи. Надеюсь, смог вам помочь в понимании процесса выбора осциллографа.

 

---

Еще по этой теме

Вы можете пропустить чтение записи и оставить комментарий. Размещение ссылок запрещено.

Как выбрать осциллограф цифровой

Добавляю небольшую статью на тему выбора домашнего компактного осциллографа начального уровня для работы и хобби.

Почему речь пойдет про карманные и и компактные — потому что это самые бюджетные варианты. Настольные осциллографы можно посмотреть по ссылке ниже. Это, как правило, достаточно дорогие модели ($200-400 и дороже) на 4 канала со множеством функций. А вот компактные модели на 1 канал для простых измерений и оценки формы сигнала можно приобрести буквально за $20. $40. И будут приличные модели, достаточные для большинства измерений . Основные технические характеристики карманных осциллографов — это рабочая полоса, которая измеряется в МГц, а также частота дискретизации, которая напрямую влияет на качество измерений. Не менее важная характеристика — это размер дисплея и емкость батареи, обеспечивающие комфортную работу в автономном режиме.

В статье постараюсь описать осциллографы, которые лично были в руках и дать небольшие плюсы и минусы данных моделей.

Начальный вариант, через который прошли многие радиолюбители — это осциллограф на базе микроконтроллера ATmega, на Али есть множество вариантов, в том числе для самостоятельной сборки, например, DSO138. Его развитие на базе микроконтроллера STM32 называется DSO150.

DSO150 — это неплохой осциллограф для радиолюбителя начального уровня. Сам осциллограф имеет полосу около 200кГц. Построен на базе STM32, АЦП до 1М семплов. Хороший вариант для проверки простых блоков питания (ШИМ) и аудиотрактов. Цена $17 за комплект с корпусом и щупом Р6100. Подойдет для начинающих, например, для исследования звуковых сигналов (настройке усилителя и т.п.). Из минусов отмечу невозможность сохранить картинку осциллограммы, а также небольшую полосу пропускания.

Технические характеристики:
• Максимальная частота выборки в режиме реального времени: 1 Мвыб/с
• Аналоговая полоса пропускания: 0 — 200 кГц
• Диапазон чувствительности: 5 – 20 мВ/дел
• Максимальное входное напряжение: 50 В макс. (1 зонд)
• Полное входное сопротивление: 1M ом/20пФ
• Точность: 12 бит
• Длина записи: 1024 точек
• Режимы связи: постоянный ток / переменный ток/ заземление
• Временной диапазон развёртки: 500с/дел– 10 мкc/дел
• Режимы ожидания: автоматический, нормальный и одиночный
• Положение запуска: в центре буфера
• Напряжение источника питания: 9 В (8 – 10 В) постоянного тока
• Потребление тока:

120 мА @ 9 В
• Размер основной платы: 94 x 65 мм
• Размер аналоговой платы: 65 x 47 мм
• Размер экрана: 52 x 40 мм
• Размер упаковки: 14,5 x 10 x 3,7 см
• Вес упаковки: 179 граммов

Но хобби быстро прошло, перешел к серьезным моделям.

В начале 2018 года попался один из популярных вариантов осциллографов начального уровня — простой, но неплохой осциллографический пробник — DSO188.

Осциллограф DSO188 — простой «показометр» с одним каналом, без памяти, но с цветным дисплеем, аккумулятором 300mAh и очень маленький по размерам. Его плюс именно в компактности и портативности, а полосы частот хватит для большинства приложений (например, настройка звукотехники).

При небольшой стоимости ($30) он отображает сигналы с частотой 1МГц ( семплирование 5MSA/s). Для работы используются MMCX щупы, но в комплекте есть адаптер MMCX-BNC. Установлен отдельный АЦП на 5MSPS, полоса до 1МГц, корпус сборный из панелей, что очень даже неплохо выглядит. В плюсах отмечу компактные размеры и приличную полосу, по сравнению с DSO150 (1МГц), а также компактные размеры. Очень удобно использовать вместе с обычным тестером. Легко помещается в карман. Из минусов — корпус имеет открытую конструкцию, не защищенную от внешних воздействий (нужно дорабатывать), а также отсутствие возможности перенести на компьютер сохраненные снимки. Наличие коннектора MMCX это удобно, но для полноценной работы потребуется адаптер на BNC или специальные щупы. За свои деньги это очень хороший вариант начального уровня.

Specifications:
1：Analog band width: 1MHz
2：Maximum real time sampling rate: 5MS/s
3：Vertical sensitivity: 50 mV/div

200 V/div
4：Horizontal time base range: 100mS/div

2uS/div
5：Maximum input voltage: 40 V (1X probe), 800 V (10X probe)
6：Storage depth: 40KB
7：Input resistance: 1M
8：ADC precision: 12bits
9：Coupling mode: AC/DC
10：Trigger mode: Auto
11：Trigger edge: Ascending/descending edge
12：External trigger voltage 0 – 40 V
13：Display: TFT color display
14：Power supply: 250 mAh lithium battery

15：Size: 57 x 34 x 11 mm
16：Weight: 40 grams

Если одного мегагерца мало, можно посмотреть в сторону карманных осциллографов в корпусе с BNC коннектором.

Это очень хороший вариант за свои деньги. Полоса 5МГц (синус). Есть возможность сохранения графиков. Цена с купоном продавца $38.

Характеристики:
1:Analog band width: 5MHz
2:Maximum real time sampling rate: 20MS/s
3:Vertical sensitivity: 50 mV/div

200 V/div
4:Horizontal time base range: 50S/div

250nS/div
5:Maximum input voltage: 40 V (1X probe), 800 V (10X probe)
6:Storage depth: 40KB
7:Input resistance: 1M
8:ADC precision: 8bits
9:Coupling mode: AC/DC
10:Trigger mode: Single, Normal, Automatic

11:Trigger edge: Ascending/descending edge
12:External trigger voltage 0 – 40 V
13:Display: 2.4 inch @ 320 * 240
14:Power supply: 1200 mAh lithium battery

Есть вариант с BNC-крокодилами.

Есть вариант с щупом 10х щуп P6010 (с полосой до 10МГц).

Я бы взял первый вариант (с крокодилами) и докупил бы щупы отдельно. Ссылка на щупы есть ниже.

По результатам использования отмечу удобный корпус, большой дисплей. Тестовый сигнал на 5МГц (синус) показывает без особых проблем, другие периодические и апериодические сигналы нормально показывает до 1 МГц.

Если полоса выше 1МГЦ не критична, и не требуется работать с большими напряжениями, то DSO FNIRSI PRO c BNC коннектором — хороший выбор. Он использует стандартные щупы и может применяться как быстрый карманный осциллографический пробник — потыкать и посмотреть, жив ли обмен, микросхема и т.п. А потом топать за большим осциллографом либо нести пациента на стол и вскрывать.

А вот если требуется полоса чуть больше — обратите внимание на недорогой осциллографический пробник DSO168

Осциллограф DSO168 имеет необычный дизайн, смахивающий на популярные МР3 плееры. Это одновременно и плюс (металлический стильный корпус), и минус устройства. Не самый удачный выбор разъема — MiniUSB для зарядки аккумулятора. А также отмечу подключение через джек 3.5 мм — самый главный минус данной модели.

Технические характеристики:
• Максимальная частота выборки в режиме реального времени: 50 Мвыб/с
• Аналоговая полоса пропускания: 0 — 20 МГц
• Диапазон чувствительности: 50 – 200 мВ/дел
• Максимальное входное напряжение: 40 В макс. (1 зонд)
• Полное входное сопротивление: 1Mом/20пФ
• Точность: 12 бит
• Длина записи: 1024 точек
• Режимы связи: постоянный ток / переменный ток
• Временной диапазон развёртки: 100с/дел– 100нс/дел
• Режимы ожидания: автоматический, нормальный и одиночный
• Положение запуска: в центре буфера
• Напряжение источника питания: 3.7В аккумулятор

DSO168 — интересный прибор за свою стоимость.
Гораздо лучше огромного количества подобных DSО138, которые строятся на базе микроконтроллеров со встроенным АЦП (200kHz).
В данной модели DSO168 установлен отдельный АЦП AD9283, который обеспечивает уверенный анализ сигналов до 1МГц.
До 8 МГц можно использовать данный прибор, но как «отображалку» сигналов, без каких либо серьезных измерений.
А вот до 1МГц — без проблем.

В комплекте идет стандартный щуп Р6100 BNC, а также адаптер с джека 3.5мм на BNC.

На борту отдельный АЦП от AD с частотой семплирования до 100 MSPS, аналоговая полоса до 20МГц, один канал.

Осциллограф DSO168 имеет полосу 20МГЦ (при частоте семплирования 60MSA/s), не самый удачный, но более-менее аккуратный корпус аля iPod, встроенный аккумулятор 800 мАч (может питаться от USB). Сходство с плеером добавляют щупы через джек 3,5 мм (есть адаптер BNC-3.5mm). Памяти для сохранения осциллограмм — нет.

Это карманный аккумуляторный осциллограф на один канал с частотой семплирования аж 200Msps. Характеристики неплохие, многим такой модели хватает за глаза. В наличии один канал, дисплей имеет хорошие углы обзора, время работы до 8 часов с одного заряда непрерывно. Цена на распродаже с купоном $61.

Технические характеристики:
1:Analog band width: 30MHz
2:Maximum real time sampling rate: 200MS/s
3:Vertical sensitivity: 50 mV/div

200 V/div

4:Horizontal time base range: 100mS/div

125nS/div
5:Maximum input voltage: 40 V (1X probe), 800 V (10X probe)
6:Storage depth: 128KB
7:Input resistance: 1M
8:ADC precision: 8bits
9:Coupling mode: AC/DC
10:Trigger mode: Single, Normal, Automatic
11:Trigger edge: Ascending/descending edge
12:External trigger voltage 0 – 40 V
13:Display: 2.4 inch — IPS — 320*240
14:Power supply: 3000 mAh lithium battery
15:Size: 90 x 70 x 28 mm
16:Weight: 200g

Для измерений используется стандартный щуп P6100 BNC.

Осциллограф достаточно хорошо себя показывает на частотах более 20 МГц.

Но, учитывая его стоимость, можно посмотреть и другие варианты.

Новая модель и один из лучших за свои деньги. Это одноканальный 100-МГцовый осциллограф с памятью. Частота семплирования достигает 500 Msps. Цена на распродаже c учетом купона продавца $76.

Осциллограф является одним из самых «мощных» и «навороченных» в своем ценовом диапазоне. Имеется 1 канал BNC, но осциллограф может отображать синусоидальный сигнал до 100МГц. Другие периодические и апериодические сигналы нормально смотрятся до 70-80 МГц.

В комплекте с осциллографом есть неплохой щуп Р6100 с делителем 10х и полосой до 100МГц, а также кейс для хранения и переноски.

Осциллограф справляется с сигналами не хуже, чем старший собрат Rigol.

Отмечу отсутствие связи с компьютером (отчасти это не минус, так как нет необходимости осуществлять гальваническую развязку), а также наличие всего одного канала для измерения.

DSO Fniski 100MHz — это хороший выбор, особенно если нет подходящего прибора и остро стоит вопрос стоимости. Если есть возможность добавить — лучше добавить и взять что-то на два канала и с возможностью сохранения результатов.

Хит 2019 года — портативный осциллограф с частотой 40 МГц (есть модель 2C72 до 70МГЦ) на два канала и с генератором частоты. Встроенный мультиметр. Поставляется с сумкой для переноски. Цена от $99 на распродаже.

В комплекте есть все необходимое + кейс для переноски. Частота оцифровки до 250MSa/s — это самый лучший результат для портативных осциллографов. Существуют версии 2С42/2С72 без встроенного генератора, но они не так интересны с точки зрения цены и функционала.

Осциллограф чуть дороже предыдущих, но модель 2Dx2 оснащена генератором частоты. На фото ниже показана генерация синусоидального сигнала частотой 1 МГц.

В остальном, Hantek не хуже своих старших собратьев. Отмечу наличие встроенного мультиметра, что делает данную модель устройством 3-в-1.

В статье отмечу еще один популярный вариант карманного осциллографа — DSO203 Handheld ARM Nano Mini Digital Oscilloscope.

Это отличный комбайн со встроенным функциональным генератором сигналов, 4 каналами (2 аналоговых + 2 цифровых), и частотой семплирования 72MHz. Единственно, он самый дорогой из представленных.

На сегодняшний день существует отработанная прошивка Wildcat, которая значительно повышает функционал данного DSO203.

Осциллограф практически неубиваемый, имеет металлический корпус, два аналоговых входа, два цифровых входа, встроенный генератор частот. Коннекторы MMCX.

На фото ниже представлен пример работы генератора частоты. В минусы запишу стоимость, мягко говоря нишевый осциллограф. Можно чуть чуть докинуть и взять Rigol или что-то подобное.

Осциллографы, которые у меня есть закончились, но я отмечу еще пару моделей, которые имеют право на жизнь.

Аналоговая полоса 20MHz. Сделан в удобном формфакторе, в комплекте есть все необходмое для работы.

Осциллограф подключается к компьютеру, имеет встроенный генератор частот, можно сохранять снимки экрана.

Характеристики:
Разрешение экрана: 320 * 240
Длина хоста * ширина * высота: 19,5см * 9,5см 3,7см
Внешняя длина упаковки * ширина * высота: 28,5 см * 23 см * 8 см
Вес хозяина: 350 г
Общий вес брутто: 700 г
Канал: 1CH
Пропускная способность: 30МГц
Скорость выборки: 200 MSPS
Режим питания: 18650 съемный аккумулятор
Калибровка сигнала: 1 кГц меандр

Хороший вариант на твердую «четверку». Имеет сенсоный дисплей и возможность подключения по USB. На борту быстрый АЦП c оцифровкой до 5М семплов в секунду, аналоговая полоса до 2МГц.

Как и с DSO150, применена STM32, полоса 200кГц. При желании можно найти еще дешевле не распаянный вариант. Подойдет для обучения пайки «со смыслом».

Подобные портативные девайсы — то, что я обычно использую. Очень удобно, особенно при настройке различных приборов, проверке, пуско-наладке. Могу рекомендовать брать вариант DSO150, а еще лучше, похожий DSO138 (200kHz) в варианте DIY для обучения пайки и азам радиоэлектроники. Из функциональный моделей отмечу DSO Fniski 100MHz, как осциллограф с самым лучшим соотношением цена и рабочая полоса, а также Hantek 2С72 как самый фунциональный.

Рекомендую обратить внимание на полезные аксессуары для осциллографа:

Все перечисленные модели интересны, в период летней распродажи с 18 по 23 июня будут приличные скидки до 15-20%. Старайтесь комбинировать с купонами, приведенными выше. Про оформлении смотрите купоны магазина, которые доступны на странице акций или на странице товара.

Какой осциллограф выбрать начинающему диагносту, радиолюбителю, электрику? Какие типы осциллографов бывают? На какие критерии опираться при выборе нового осциллографа? Ответы на эти и другие фундаментальные вопросы – в статье.

Осциллограф – это графический инструмент для наблюдения характера поведения процессов в электронных схемах. Служит для записи и измерений временных параметров и амплитуды электрического сигнала, который подается на вход устройства. Измеряет искажения, появляющиеся при неисправном компоненте схемы, определяет изменения шума и другие параметры. Данные отображаются на экране или в записи. При использовании измерительного преобразователя соответствующего типа можно контролировать любые природные явления.

Осциллографы классифицируются на цифровые и аналоговые, а по способу регистрации на приборы реального и эквивалентного времени.

Цифровой осциллограф или аналоговый, что лучше?

Отличие цифровых от аналоговых устройств предполагает отображение на приборном экране сигнала с различными градациями яркости.

Аналоговые осциллографы выполняют развертку сигнала, работают с изменяющимися физическими величинами, например, напряжением.

Цифровые осциллографы делают выборку характеристик сигналов, работают с дискретными двоичными числами, которые представляют значение напряжения. Концепция системы запуска основана на детектировании событий, происходящих в наблюдаемом процессе.

Аналоговая система запуска работает с помощью усилителей, которые могут служить источниками линейных и нелинейных погрешностей, например, задержка и колебания амплитуды, что проявляется в виде сдвигов положения запуска (джиттера запуска), видимого на экране. Работают с меняющимся в процессе наблюдения напряжением.

Цифровая система запуска функционирует точно, без искажений, способна разобраться с отчетами АЦП (аналогово-цифровых преобразователей) напрямую. Получаемый сигнал идентичный захваченному и отображенному на экране.

Ознакомьтесь с моделями цифровых осциллографов в соответствующем разделе каталога магазина инструментов.

Для цифровых приборов характерно:

1. Работа в режиме эквивалентного и реального времени с полосой пропускания до 70 ГГц и более.
2. Прямая регистрация оптических сигналов с помощью модулей.
3. Невысокий уровень шума, менее 200 пс.
4. Повторяющийся характер работы, что идеально для наблюдения за характеристиками сигнала.

Информация, выдаваемая цифровым устройством, отображается на экране текстом, что точнее, чем графики на мониторе аналогового осциллографа. Процессы обработки сигнала происходят на основе метода Фурье. Данные записывают в память компьютера и распечатывают. Цифровые устройства бывают запоминающими, люминофорными и стробоскопическими.

А теперь обратимся к каталогу осциллографов, посмотрим какие бывают модели.

Какие бывают цифровые осциллографы

Благодаря точности наблюдений и функциональности цифровые осциллографы более востребованы, чем аналоговые.

В конструкцию входит аналого-цифровой преобразователь. Благодаря АЦП измеряемый сигнал оцифровывается, в памяти устройства сохраняют захваченные выборки, а информация отображается на экране.

Возможности цифрового устройства:

• обработка сигнала, который поступает на входные каналы;
• отображение результатов исследований на экране;
• сохранение в записи процессов для упрощенного масштабирования и растяжки;
• отметка событий, которые происходят во времени;
• расчет средних значений и прочие математические действия. измерение амплитуды, периодов, время нарастания/спада импульса, и др.

Типы осциллографов:

1. Запоминающие обычные цифровые устройства (DSO). Характеризуются обширным временем для хранения данных, расширенными пределами скорости считывания информации. Замедленно воспроизводят события, происходящие в сигнале. Среди моделей запоминающих осциллографов можно видеть и карманные и стационарные устройства.
2. Люминофорные цифровые приборы (DPO) имитируют изменение процессов, показывают подробности изменений модулированных сигналов на экране, как у аналоговых моделей. Сигналы анализируются и запоминаются.
3. Стробоскопические цифровые приборы. Работают на эффекте последовательного стробирования сигнала. Повторение сигнала заставляет выбирать мгновенное значение в новой точке. Приборы характеризуются большой полосой пропускания. Исследуют короткие периодические сигналы.
4. Портативные осциллографы – это модифицированные приборы небольшого размера, веса, незначительным расходом электроэнергии. Применяются для научных исследований в промышленности, для поиска неисправностей автомобилей и оборудования. Магазин «Суперайс» предлагает широкий модельный ряд портативного оборудования.

Недостаток USB-осциллографа – погрешности и худшие характеристики в отличие от стационарного оборудования. Для большинства осциллографов характерно отсутствие гальванической развязки. Присутствует риск сжечь компьютер при неосторожном обращении с прибором. Ознакомьтесь с моделями USB-осциллографов, представленных в каталоге магазина «Суперайс».

Область применения

Осциллограф считается ключевым прибором, необходимым для ремонта и проектирования электронного оборудования. Используется в следующих областях:

1. Электроника. Изображение на экране показывает работающий элемент, определяет рабочую частоту, грамотность выбора типа деталей, режима работы устройства. Применяется для наладки, разработки и проектирования оборудования.
2. Ремонт бытовой техники. Определение неисправности отдельных электрических элементов схем.
3. Авторемонт. Автомобильная диагностика и обнаружение сбоев в работе электронных компонентов системы зажигания, впрыска топлива, проверка генератора и т. д.

Современный радиорынок предлагает огромный выбор осциллографов.
Среди них не последнее место занимают китайские модели.

Однако, китайцы стремятся создать универсальные приборы. Речь пойдет об осциллографах со встроенным генератором сигналов. При покупке китайского прибора, например можно нарваться на неприятности. Например, часто встречается шумность, особенно 1-го канала. Спектр шумов различается от инфранизких до мегагерц. В цепях питания может отсутствовать развязка. Другой недостаток некачественного прибора – плохая работа генератора, выдающего свалку частот, из которых трудно определить основную частоту. В выходном немодулированном синус-сигнале сам синус модулируется по амплитуде и по фазе, и по нескольким частотам. То есть получается, что немодулируемый сигнал оказывается модулирован более низкими по скважности сигналами, поэтому осциллографу сложно зацепиться за импульс синхронизации, который берется из грязного канала.

Чтобы начинающий радиолюбитель выбрал осциллограф обращаем внимание на то, что достоверность снятой информации влияет на успех поставленной задачи.

При выборе оборудования руководствуются:

• ценой;
• фирмой-производителем;
• функциональностью;
• рабочими характеристиками.

Параметры осциллографа, которые влияют на выбор

Главное условие выбора – рабочие характеристики должны соответствовать потребностям пользователя. Рассмотрим более подробно самые важные характеристики.

Полоса пропускания

Характеристика определяет диапазон видимых на мониторе сигналов, характеризуется скоростью нарастания фронта исследуемого сигнала. Цифровые модели обладают полосой, позволяющей работать с высшими гармониками, частота которых превышает частоту основной гармоники. Достоинство цифрового осциллографа – способность расширить полосу пропускания в соответствии с выполняемой задачей.

Рекомендация выбора: для определения нужной полосы пропускания применяйте «правило пятикратного превышения» максимального значения полосы наблюдаемого сигнала. Если полосы пропускания будет недостаточно, вы можете не увидеть: составляющее сигнала. Неизбежно искажение амплитуды, а фронт может быть завален. Неправильно подобранная полоса пропускания не дает полную осциллограмму и способствует росту погрешностей.

Например. Для наблюдения высокоскоростных и сложных цифровых сигналов, и для сигналов последовательных шин требуются модели с полосой пропускания частотой выше 500 МГц. Прибор с меньшей полосой пропускания понадобится для начинающих радиолюбителей, которым не нужны навороченные дорогие устройства.

Вывод: благодаря увеличенной полосе пропускания снижается коэффициент погрешности при наблюдении сигнала, фиксируются отдельные происходящие события.

Количество каналов

Входные аналоговые каналы принимают и оцифровывают сигнал. Оборудование прибора встроенным логическим анализатором позволяет исследовать множество коррелированных аналоговых и цифровых каналов с большим числом контрольных точек. Так проще декодировать многоразрядные параллельные шины.

Однако многоканальный прибор не всегда отвечает качеству диагностики. Рассмотрим, для каких задач подходит то или иное число каналов:

• Двух или четырех каналов хватает для измерения и сравнения временных характеристик сигналов, поступающих с аналоговых устройств.
• 8 или 16 каналов помогают отладить цифровую систему для параллельного экспорта данных.
• Дополнительные каналы комбинированных устройств с РЧ входом используются при проведении высокочастотных измерений.
• Изолированные каналы рекомендуются для работы с гальванической развязкой.
• Двадцать каналов синхронизируют регистрацию и просмотр сигналов по времени.

Вывод: каналы любого осциллографа должны иметь удовлетворительный частотный диапазон, линейность, точность усиления, равномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и стойкость от электростатического разряда.

Частота дискретизации

Дискретизация или число выборок по времени определяет рабочую способность прибора фиксировать и отображать мельчайшие детали, которые происходят в изучаемом сигнале.

Рекомендация выбора частоты дискретизации осциллографа. Правило «пятикратного превышения» частоты прибора частотной составляющей сигнала. Величина должна быть не менее чем в 2,5 раза и более чем в 3 раза выше аналоговой полосы. Для устройств начального уровня частота дискретизации – 1 – 2 Гвыб./с. Устройства средней стоимости – 5 – 10 Гвыб./с.

Чем выше частота дискретизации, тем качественнее представляется сигнал, тем больше информации сохраняется.

Вывод: более высокая частота дискретизации увеличивает разрешение, дает возможность видеть происходящие одновременно события, например, непериодические глитчи.

Глубина памяти

Частота дискретизации влияет на объем запоминаемой информации. Расчет глубины памяти выполняется произведением времени, отображаемым на экране, на желаемую дискретизацию. Пример, декодирование сигнала шины USB. Регистрация пакетов происходит за 200 мкс и требует длину записи – 1 млн точек.

Рекомендация выбора: После определения глубины памяти осциллограф проверяется на производительность.

Вывод: оцените скорость реакции прибора с планируемой глубиной памяти.

Скорость обновления осциллограмм

Параметр характеризует быстроту захвата и обновления изображений на дисплее. Чем быстрее обновления, тем более точно происходит захват и регистрация редких событий, например, выбросов. Чем выше скорость обновления, тем быстрее работает прибор и фиксируются события.

Рекомендация выбора: Производители указывают максимальную скорость обновления. Это неверно, чтобы достигнуть максимального параметра могут потребоваться дополнительные режимы захвата, которые ограничивают глубину памяти, частоту дискретизации, качество отображения сигналов.

Вывод: скорость обновления – параметр улучшающий комфорт использования прибора и позволяющий производить точную регистрацию событий.

Триггер

Схема синхронизации, при которой прибор выдает устойчивое изображение. Система может задержать запуск развертки до определенного события. Триггерный запуск синхронизирует захват сигнала и одновременно отображает единичные события. Используется для синхронизации снимков.

Работа с последовательными интерфейсами

В осциллографах, которые имеют дело с цифровыми и смешанными сигналами, используются несколько последовательных интерфейсов I2C, SPI, RS232/UART, CAN, USB. С помощью интерфейсов декодируют протоколы последовательной шины и триггерного запуска. От числа интерфейсов зависит многофункциональность и способность выполнять различные задачи.

Большое количество интерфейсов нужно для экспорта информации в Интернет или в программу просмотра на компьютере. Анализируемые данные, захваченные одним осциллографом, можно передавать другим членам исследовательской группы.

Измерения и анализ сигналов

Наличие прикладных программ, статические и математические функции в составе осциллографа приспособлены для быстрого преобразования Фурье. Используя прикладные программы выявляют нарушения целостности сигнала.

Вывод: Необходимо знать о наличии программного обеспечения. С помощью ПО, вы больше узнаете о возможностях прибора.

Осциллографические пробники

Важный элемент, необходимый для работы прибора – пассивный пробник или измерительный щуп с делителем.

Согласованность пробника заключается в соответствии полос пропускания и прибора, и самого инструмента для измерения.

Рекомендация выбора: Учитывайте параметры, что предстоит измерять: ток или напряжение, частота, амплитуда, сопротивление. Например, высоковольтные пробники работают с напряжением до 40 кВ. Рекомендуемая входная емкость пробника не более 10 пф. Магазин инструментов предлагает различные пробники, необходимые для выполнения любых задач. Ознакомьтесь с типами пробников и измерительных щупов более подробно в разделе каталога.

Вывод. На выбор пробника влияют тип решаемой задачи и исследуемые сигналы.

Естественно, покупая осциллограф тратится определенная сумма денег. Однако, смотрите какие выгоды вы получаете. Вы сами следите за рабочими процессорами, сами делаете выводы. Помните, прибор, который вы выбрали, должен соответствовать, выполняемой задаче и характеру работы, а еще:

• точно регистрировать происходящие события;
• экономить ваше время и повышать возможности;
• отвечать заявленным и подтвержденным документами характеристикам.

Покупая дорогое осциллографическое оборудование, будьте уверены в правильности выбора. Описанные выше характеристики помогут вам определить прибор необходимый для выполнения требуемых задач.

Попробуем разобраться в том, какую роль играет полоса пропускания, чувствительность и память осциллографа при измерениях, в каких случаях лучше использовать аналоговые и цифровые, двухканальные и двухлучевые осциллографы, а когда вместо современного стационарного цифрового или портативного осциллографа достаточно иметь под рукой старый советский прибор? Ответы на эти и другие вопросы, а также все типовые заблуждения, связанные с этими приборами, вы найдете в нашей подборке – 20 самых важных характеристик осциллографов!

Когда мы говорим «осциллограф», то представляем себе прибор, на лицевой панели которого расположен экран, отображающий графики входных электрических сигналов (амплитудные и временных характеристики). Однако поскольку видов этих сигналов «великое множество», очевидно, что не может быть одного универсального прибора, способного адекватно показать все. Поэтому, выбирая осциллограф, нужно ориентироваться во всех разновидностях этого «многоликого» по областям применения прибора, чтобы выбрать именно тот, который подходит для решения стоящих перед вами задач. И здесь немудрено запутаться или упустить какие-то моменты, что может привести к покупке «ненужного чуда» электронной техники. А чтобы не попасть впросак, стоит прислушаться к отзывам опытных практиков, помогающим системно подойти к своим запросам и сделать действительно безошибочный выбор. Далее разбираются основные параметры и технические характеристики осциллографов.

1. Чем хорош двухлучевой осциллограф?

Двухлучевой осциллограф позволяет двумя лучами одновременно наблюдать на общей временной развертке два независимых процесса. Двухканальный осциллограф содержит электронный коммутатор, коммутирующий либо намного чаще, чем частота процесса, либо намного реже, чем частота процесса два процесса на один луч. При этом получается, как бы два луча, но график отображается «кусками, хотя, если частота коммутации выбрана верно, то визуально это не заметно. Все это верно до тех пор, пока исследуются строго периодические процессы. Если же процессы импульсные или не строго периодические (форма сигнала отличается в разных периодах или период меняется), качественно наблюдать два таких процесса на двухканальном однолучевом осциллографе невозможно, потому что в каждый момент времени мы видим только кусочек одного процесса. В принципе двухлучевой осциллограф, конечно, намного лучше однолучевого двухканального. У двухлучевого есть и недостаток: вертикальная развертка каждого луча линейна в своей половине экрана, верхнего – в верхней, нижнего – в нижней. При попытке использовать весь экран одним лучом нас ждет разочарование – отклонение луча у двухлучевой ЭЛТ в «чужой» половине экрана существенно нелинейно.

2. Ограничения двухканального (многоканального) осциллографа

Двухканальный (многоканальный) осциллограф отличается от двухлучевого (многолучевого) тем, что у него одновременное наблюдение разных сигналов обеспечивается быстрым переключением с одного канала на другой, т. к. применяется однолучевая трубка. Из-за чего на высоких скоростях развертки он «рвет» сигналы на экране. Двухлучевой (многолучевой) – имеет трубку с несколькими лучами, поэтому он сигналы не «рвет», но стоит обычно дороже.

3. Любой осциллограф – это не измерительный, а наблюдательный прибор

Хотя в цифровых осциллографах используются также измерительные функции (можно, например, проводить измерения амплитуды сигнала и т. д.). У аналоговых осциллографов погрешность по экрану 5-10%. Цифровые, к которым относятся также USB-осциллографы, вроде более точные, но есть такое понятие, как «Вертикальное разрешение». Например, у типового USB-осциллографа – указано 9 бит вертикального разрешения (реально часто – 8 бит). Это значит, что входной сигнал, надо поделить на 2 в 8-й степени, то есть на 256, что при входном сигнале 10 В даст ступеньку в 0,4 В.

4. Цифровой или аналоговый осциллограф?

Выбор «цифровой или аналоговый осциллограф» зависит от характера исследуемых процессов. Цифровой имеет память, широчайшие возможности рассматривать уже зарегистрированные кратковременные сигналы (есть возможность делать их скриншоты), цветной дисплей (что очень способствует восприятию информации), множество способов синхронизации, некоторые возможности обработки сигнала. У аналогового – наименьшие искажения наблюдаемого сигнала, что обычно приводится как основной довод в их пользу. Других, более серьезных доводов обычно не приводят.

5. Цифровой осциллограф не покажет ВЧ импульсы

Еще одна особенность цифровых осциллографов: для наблюдения непрерывного сигнала, и для того, чтобы сильно не увеличивать частоту дискретизации (квантования) по времени (а это необходимо из-за того, что точных быстродействующих АЦП пока еще мало, а то и вовсе нет для решения каких-то задач), часто используются для обработки численные методы (аппроксимация, интерполяция, экстраполяция). Современные микроконтроллеры довольно просто с этой задачей справляются. Но в результате мы видим не настоящий сигнал, а эрзац-сигнал, полученный в результате обработки точечных отсчетов численными методами. То есть мы можем не увидеть на сигнале «иглы» высокочастотных импульсных помех, которые будут прекрасно видны на аналоговом осциллографе.

6. Цифровой осциллограф умеет запоминать сигналы

У цифрового осциллографа дополнительное удобство – он может запоминать сигнал и выводить его на экран в увеличенном масштабе (функция экранной лупы). А также достаточно просто реализуются функции автонастройки на сигнал и измерение параметров сигнала (но это уже в дорогих моделях). Еще одно важное достоинство – просмотр или предварительное (возможно и полное) декодирование промышленных протоколов.

7. Ограничения АЦП цифровых осциллографов

Цифровой осциллограф работает на принципе преобразования аналогового (т. е. непрерывного) сигнала в цифровой (т. е. дискретный) со всеми вытекающими отсюда последствиями:

• Для того чтобы передать сигнал как можно точнее, частота дискретизации должна быть намного выше частоты измеряемого сигнала. Т. е. чем больше дискретных отсчетов в единицу времени, тем более непрерывным будет отображение сигнала и более точным его воспроизведение на экране.
• Дискретизация по уровню измеряемого сигнала (как правило, это напряжение). Чтобы его как можно точнее измерить, надо иметь хорошую дискретизацию по уровню. Допустим, мы имеем АЦП 8-бит. Теоретически он дает 256 уровней сигнала. Т. е. сигнал с амплитудой 10 В он может перевести в цифровой код с точностью 0,04 В, а если у АЦП 10 разрядов (1024 уровня), то мы сможем наблюдать этот же сигнал с точностью 0,01 В (правда, на самом деле точность будет ниже, из-за погрешности самого АЦП).
• Многолучевым цифровой осциллограф в принципе быть не может.
• Интерфейс для связи с компьютером имеют не только цифровые, но и многие аналоговые осциллографы.

8. Объем памяти цифрового осциллографа

Объем памяти выборок (в английской технической документации используются термины Record Length – длина записи или Memory Depth – глубина памяти) – третья ключевая характеристика цифровых осциллографов, наряду с полосой пропускания и частотой оцифровки. Суть в том, что это память, работающая на частоте оцифровки. Ее нехватка приводит к тому, что на медленных развертках осциллограф вынужден снижать частоту оцифровки во избежание переполнения памяти. Хотя есть «кривые» попытки обойти эту проблему, например, использованием пик-детектора. Если памяти выборок много (от 1 Мегасемплов), то это производителем специально подчеркивается, а если мало, то всячески замалчивается. Или приводится большой объем памяти, но оказывается, что это просто ОЗУ встроенного процессора, а не быстрая память выборок. Допустим, частота выборок – 500 мегавыборок в секунду (полоса пропускания – 50 МГц, 10 выборок на период). Смотрим сигнал 50 Гц (период 20 мс). За это время осциллограф сделает 10 000 000 выборок. С 8-битным АЦП ему надо запомнить 1 байт на выборку. Итого, чтобы зарисовать этот период, ему нужно либо 10 Мб памяти, либо снижать частоту выборок.

9. «Короткая и длинная» память в цифровом осциллографе

Короткая и длинная память – это «закон сохранения энергии в осциллографе». Если вы используете максимальную частоту дискретизации то у вас «короткая память» будет (извините за выражение), если же частота дискретизации будет в два раза меньше – то у вас память будет «ого-го». Если нужно посмотреть пачку импульсов – используете большую память, если периодический, но высокочастотный сигнал (тем более меандр), то тогда более важна частота дискретизации.

10. Время нарастания входного сигнала

Показатель «Время нарастания входного сигнала» – чем меньше, тем лучше. Это значит, что меньше будет «отгрызаться» начало первого сигнала на экране при внутренней синхронизации, и тем лучше частотные свойства осциллографа.

11. Полоса пропускания цифрового осциллографа

Считается, что для наблюдения цифровых сигналов полоса пропускания осциллографа должна быть в несколько раз выше частоты сигнала (хотя бы втрое), иначе прямоугольный сигнал превращается в «квазисинусоиду» (то есть «заваливаются» фронты). И частота дискретизации должна быть выше хотя бы раз в десять (некоторые даже считают, что это соотношение должно быть не менее 1:20).

12. Как связаны шумы и погрешность Разрешение экрана

Чем выше разрешение экрана, тем больше детализация. Выбирайте разрешение не менее 640 точек по горизонтали и не менее 480 точек по вертикали, многие современные относительно недорогие осциллографы уже имеют такие экраны. Экран должен быть цветным и с малой инерционностью. Черно-белые экраны с большой инерционностью – прошлый век.

13. Как связаны шумы и погрешность Когда нужен осциллограф с логическим анализатором?

Современная прикладная электроника – это в большинстве случаев «смесь цифры с аналогом». Расшифровка протоколов здесь не главное (хотя и не без нее). Но вот, допустим, имеем сигнал ШИМ, который в свою очередь может перейти во что угодно – ток, напряжение, температуру, магнитное поле, обороты и т. д. и т. п. Регулирование этих величин, допустим, выполняется с помощью микроконтроллера посредством какого-либо ПИД-регулятора. Как отрабатывать все тонкости этих процессов? Вот тут и придет на помощь встроенный в осциллограф логический анализатор. Конечно, все то же самое можно делать и отдельным анализатором, и синхронизировать его с аналоговыми сигналами. Но все это вы будете видеть на разных мониторах и засечь, что и после чего изменяется «от цифры в аналоге» уже будет очень неудобно и непродуктивно.

Таким образом, если вы собираетесь рассматривать цифровой и аналоговый сигналы одновременно, например, цифровой сигнал зависит (синхронизирован) от аналогового или наоборот, то лучшим решением будет осциллограф с логическим анализатором на борту или хотя бы с возможностью докупить логический анализатор позже (но нужно, чтобы у покупаемого осциллографа была такая опция). Отдельный логический анализатор удобен для работы с чистой цифрой.

14. Как связаны шумы и погрешность Как связаны шумы и погрешность осциллографа с разрешением экрана?

Шумы осциллографа не имеют никакого отношения к разрешению экрана. Точно так же и погрешность осциллографа не имеет никакого отношения к разрешению экрана.

15. Эквивалентный режим

Эквивалентный режим используется только для периодических сигналов. Он позволяет повысить частоту дискретизации в десятки раз. Суть в том, что друг за другом делается не одна запись сигнала, а много, но каждый раз с небольшим смещением. Поскольку сигнал все время одинаковый (периодический), потом полученные записи накладывают друг на друга, и получают запись с как-бы очень высокой частотой оцифровки, например 50 ГГц, хотя реальная частота оцифровки была обычная, например 500 МГц. Для однократных сигналов не годится.

16. Режим сегментированной памяти

Некоторые цифровые осциллографы имеют режим сегментированной памяти. То есть их можно оставить работать хоть на неделю, но они будут записывать не весь сигнал, а только его часть, форма которой задается через меню, например, только короткие пики. Таким образом, ни один пик не будет пропущен и будет записан с нужной (высокой) частотой дискретизации. А потом все записанные сегменты (кусочки сигнала) можно разом просмотреть.

17. Минусы портативных осциллографов

У портативных приборов цены выше, а параметры хуже, это известно. В частности, «настольные» осциллографы давно «доросли» до 1-2 мегасемплов (мегабайт) памяти выборок, а у портативных эта память по-прежнему 1-40 килосемплов (килобайт).

18. Что такое мотортестер?

Для диагностики системы зажигания автомобильного двигателя используется мотортестер, представляющий собой многоканальный осциллограф (осциллограф-мультиметр с четырьмя и более каналами), с инсталлированным в нем специальным ПО. К осциллографу подключается комплект датчиков. Мотортестер отображает осциллограмму высокого напряжения системы зажигания и в реальном времени параметры импульсов зажигания, такие как пробивное напряжение, время и напряжение горения искры.

19. Что такое автомобильный диагностический сканер?

Для «общей» автодиагностики применяют диагностический адаптер или CAN-Bus автомобильный диагностический сканер, представляющий собой осциллограф смешанных сигналов – осциллограф со встроенным логическим анализатором, который, используя специальное ПО, выполняет дешифровку протоколов CAN/KWP2000/др. и трактует полученные данные. Система управления современного двигателя, отвечающего строгим нормам токсичности, в качестве главного своего элемента содержит электронный блок управления (ЭБУ). Так вот сканер предназначен именно для работы с ЭБУ, для его «сканирования». А так как сканер работает с блоком, то он позволяет:

• Наблюдать сигналы с датчиков системы, следить за их изменением во времени.
• Проверять работу исполнительных механизмов путем приведения их в действие и визуального или другого контроля.
• Считывать сохраненные системой коды неисправностей.
• Посмотреть идентификационные данные ЭБУ, системы и т. п.

20. Почему лучше не использовать осциллографы, выпущенные в СССР?

В России до сих пор продаются осциллографы, выпущенные в СССР 25-30 лет назад. Они могут привлечь внимание разве что новичков и не очень требовательных радиолюбителей. Однако опытные практики пишут на страницах интернет-форумов буквально следующее: «Ни в коем случае не советую связываться с советскими приборами, тем более осциллографами, управляемыми микропроцессором. Советские приборы утыканы сбоку и сверху подстроечниками для калибровки. Методика описана в инструкции, обычно довольно бестолковой. Перечень «пороков» советских приборов продолжают габариты, вес и высохшие электролиты».

При подготовке этой статьи использовались отзывы, советы и рекомендации по выбору и работе с электронными осциллографами, собранные с крупнейших отечественных и зарубежных интернет-форумов.

Как выбрать осциллограф »

Осциллограф различаются по количеству каналов, цене, полосе пропускания, объему памяти и частоте дескритизации. В настоящее время в продаже большое количество моделей осциллографов. Для правильного выбора модели осциллографа необходимо определиться с характеристиками осциллографа. Для большинства случаев подходит осциллограф с полосой пропускания 70 МГц, частотой декритизации 1 МГц, два канала и памятью достаточной несколько кБ. Ниже кратко плюсы и минусы различных групп осциллографов:

 

Аналоговые осциллографы. плюсы: низкая цена; отображают исходную форму сигнала без фильтрации; отображение сигнала без задержек; минусы: большие размеры и масса; отсутствие цифровых фильтров; отсутствие измерений параметров сигнала;

 

Цифровые осциллографы. плюсы: компактные размеры; малая масса; высокая точность; автоматическая синхронизация; автоматические измерения; пауза экрана; математическая обработка сигнала; декодирование цифровых интерфейсов; возможность записи и хранения данных о входном сигнале. минусы: высокая стоимость.

 

Портативные цифровые осциллографы-мультиметры. плюсы: преимущества цифровых осциллографов; работа в качестве мультиметра; функции регистратора данных; гальванически развязанный щуп; минусы: малое время автономной работы; высокая стоимость;

 

USB осциллографы. плюсы: преимущества цифровых осциллографов; низкая цена; компактные размеры; малая масса; удобство переноски; минусы: необходим ПК;

 

После выбора групп осциллографа, необходимо определить требуемые характеристики осциллографа.  Память и частота дискретизации относятся только к цифровым осциллографам, у аналоговых нет возможности «паузы» сигнала.

 

Количество каналов. У настольных осциллографов количество каналов обычно бывает 2 или 4. У USB и портативных осциллографов чаще 1 или 2 канала. У Hi-End моделей осциллографов количество каналов до 8. У настольных осциллографов смешанных сигналов имеются дополнительно 8 или 16 логических входов, для синхронизации и декодирования цифровых интерфейсов.

 

Полоса пропускания. Полоса пропускания осциллографа — максимальная частота, на которой амплитуда сигнала уменьшаться на 3 дБ. Для точных измерений полоса пропускания не может равняться частоте измеряемого сигнала. Тем больше полоса пропускания тем лучше отображаются фронты сигналов и точнее результаты измерений, при меньшей полосе пропускания фронты сигналов будут закругленными. Для выбора полосы пропускания обычно руководствуются правилом: полоса пропускания осциллографа равняется измеряемой частоте умноженной на 3. При выборе полосы пропускания по данному правилу ошибка измерения равна 5%.

 

Частота дискретизации. Частота дискретизации —  количество выборок (точек) в секунду, формирующих на экране осциллографа изображение входного сигнала. Чем больше частота дискретизации, тем лучше детализация изображения сигнала, особенно это важно при исследовании быстрых переходных процессов. Частота дискретизации не связана с частотой обновления экрана. При выборе частоты дискретизации руководствуются правилом: частота дискретизации должна быть в 4 раза больше полосы пропускания. Часто производители указывают максимальную частоту дискретизации для одного канала, при работе сразу 2, 4 каналов она делится на количество каналов.

 

Память осциллографа. Цифровые осциллографы имеют функцию захвата (заморозки) сигнала в память осциллографа, для последующего масштабирования и получения более детальной информации о сигнале. Чем больше память осциллографа, тем больше времени выделяется на захват точек данных для просмотра и анализа. Если уменьшать длину внутренней памяти при постоянном коэффициенте развертки, частота дискретизации уменьшается. Большая память позволяет получить высокую частоту дискретизации на медленных коэффициентах развертки. Требуемый объем памяти осциллографа зависит от общей длительности сигнала и требуемого разрешения, который необходимо исследовать. Если необходимо исследовать продолжительные по времени сигналы с высоким разрешением, то потребуется память большего объема. 

 

Сводная таблица характеристик осциллографов

Наименование	Цена, руб	Кол. кан.	Полоса пропускания	Частота дискре- тизации	Память осцил-лографа
АКИП-4106	14000	1	10 МГц	1 ГГц	8 кБ
АКИП-4115/1А	24000	2	40 МГц	1 ГГц	2 МБ
АКИП-4115/4А	36000	2	100 МГц	1 ГГц	1 МБ
АКИП-4122/7V	44000	2	100 МГц	1 ГГц	40 МБ
АКИП-4126/2	84000	2	100 МГц	2 ГГц	28 МБ
GW Instek GDS-72102	86000	2	100 МГц	2 ГГц	2 МБ
Rigol MSO1104Z	95000	4+16	100 МГЦ	1 ГГц	12 МБ
АКИП-4122/12 АЦП 12 бит	105000	2	200 МГц	2 ГГц	40 МБ
Tektronix TBS2102	133000	2	100 МГц	1 ГГц	20 МБ
GW Instek GDS-72302	165000	2	300 МГц	2 ГГц	2 МБ

 

Просмотрев таблицу с характеристиками осциллографов видно, что чем больше полоса пропускания и частота дискретизации, тем выше цена.Определить оптимальное сочетания стоимости и характеристик осциллографа возможно только для конкретной ситуации. Например для поиска аномалий и глитчей сигналов лучше полосу пропускания и частоту дискретизации иметь максимальные. Для исследования переходных характеристик при заморозки осциллограмы важно иметьбольшую память. В большинстве случаев достаточно 70 МГц, 1ГГц и памяти 2 МБ. Выбрать осциллограф по количеству каналов, цене, наличию в Госреестре можно в каталоге.

Сравнение и выбор цифрового осциллографа

Выбор цифрового осциллографа, как и любого измерительного прибора, необходимо начать с точной постановки задачи, которую должен решать приобретаемый прибор. При этом желательно учитывать не только существующие запросы, но и задачи, которые могут возникнуть в будущем, ведь многие современные цифровые осциллографы имеют широкие возможности по расширению функционала. Это позволит в среднесрочной перспективе сократить расходы на приобретение оборудования и упростить модернизацию лаборатории. Только четко обозначив область применения можно переходить непосредственно к выбору модели осциллографа с учетом бюджета и других специфических требований (ограничения существующего парка измерительных приборов, корпоративные требования и пр.).

Обозначив задачи можно переходить непосредственно к вопросу, как правильно выбрать осциллограф и к сравнению цифровых осциллографов. Ниже представлены основные критерии, на которые стоит обратить внимание при выборе цифрового осциллографа (по большинству из них можно отфильтровать подходящие модели перейдя по ссылке в раздел Осциллографы).

1. Полоса пропускания или диапазон рабочих частот осциллографа – это диапазон частот, ограниченный максимальной частотой, на которой измеренная амплитуда сигнала уменьшается на 3 дБ по отношению к амплитуде сигнала на входе осциллографа. Иными словами, для корректного проведения измерений необходимо, чтобы частоты измеряемых сигналов попадали в диапазон рабочих частот.

Обращаем Ваше внимание на то, что у бюджетных моделей не всегда реальная полоса пропускания соответствует заявленной и может быть значительно ниже. Потому осциллограф желательно проверить, используя генератор сигналов.

Компания Rohde&Schwarz гарантирует «честную» полосу пропускания для своих осциллографов, а также стандартно предоставляет на осциллографы серий RTE, RTM и RTO 3 года гарантии.

Также следует учесть влияние осциллографических пробников на результаты измерений и правильно подобрать пробник в зависимости от задачи. Более детально о подборе осциллографических пробников Вы можете узнать в статье «Активные и пассивные осциллографические пробники — какой выбрать».

2. Количество каналов — это количество входов, по которым Вы можете подавать сигналы для измерения. Вы можете выбрать 2-х или 4-х канальные осциллографы. При этом следует обязательно обращать внимание на гальваническую развязку между каналами, которая обезопасит от «пролезания» сигнала в соседний канал с искажением измерений по последнему. Это чревато невозможностью одновременного измерения по соседним каналам сильного и слабого сигналов (к примеру, низкочастотной и высокочастотной составляющей).

Гальваническая развязка для осциллографов серии RTM производства Rohde&Schwarz составляет 50 дБ, а для серии RTO – 60 дБ, что в разы больше чем у конкурентов.

3. Частота дискретизации – это скорость, с которой осциллограф может оцифровывать входной сигнал. Соответственно, чем эта скорость меньше, тем больше вероятность не обнаружить быстрые изменения или особенности сигнала, что критично для измерения переходных процессов и однократных сигналов. При подборе данного параметра необходимо обратить внимание, что часто производители указывают общую частоту дискретизации, которая при использовании нескольких каналов оказывается меньше в 2 или 4 раза (для каждого канала в 2-х или 4-х канальном осциллографе).

При выборе осциллографа важно также учитывать, что для цифровых осциллографов стандартное распределения времени работы – 0,5% времени на сбор измерения, 99,5% на обработку результатов. Осциллографы серий RTO и RTE производства Rohde&Schwarz позволяют получать 1 млн. осциллограмм в секунду, увеличив долю времени замера до 10%, увеличив количество собираемой информации в 20 раз.

4. Глубина памяти осциллографа – позволяет сохранять в памяти измеренные осциллограммы и напрямую связана с частотой дискретизации и длительностью исследуемого сигнала. Соответственно, если Вам нужно измерить длительный сигнал с высокой частотой дискретизации – Вам необходима модель с большей глубиной памяти.

5. Требования к запуску прибора — как правило в осциллографах используется запуск по фронту или по особенности сигнала, однако при точных измерениях этого может быть недостаточно. Rohde&Schwarz реализовала возможность полностью цифрового триггера, что позволяет оцифровывать весь входящий сигнал без потери и искажения информации, минимизируя джиттер запуска.

6. При точных измерениях слабых сигналов также важно учитывать собственные шумы осциллографа, которые у осциллографов R&S самые низкие в классе, и разрядность АЦП, которая непосредственно влияет на обнаружение скрытых сигналов с малой амплитудой. Для подобных задач Rohde&Schwarz реализовали режим 16 битного АЦП, которое увеличивает чувствительность в 256 раз по сравнению с 8 битной АЦП.

7. Документирование результатов измерений и аналитические возможности осциллографов также являются важными критериями при выборе. Не забывайте о них при сравнении моделей цифровых осциллографов.

После того как Вы подобрали подходящую модель осциллографа – самым надежным вариантом проверить, насколько она подходит для решения Ваших задач, является её тестирование. Мы предлагаем демо-презентации, в ходе которой Вы сможете проверить на реальном работающем приборе насколько он подходит именно для Ваших задач.

Если у Вас возникли дополнительные вопросы – сотрудники ИНКОТЕЛ СИСТЕМ всегда с радостью помогут Вам с подбором контрольно-измерительного оборудования для решения Ваших задач.

Цифровой осциллограф:10 шагов при выборе

   В связи с появлением на рынке цифровых осциллографов различных производителей, выбор даже такого известного каждому инженеру прибора становится непростой задачей. При этом простое сравнение характиристик и возможностей осциллографов различных производителей может не дать ответа на вопрос, какой прибор лучше подойдет для решения ваших конкретных задач.

   Процедура, описанная ниже, предназначена помочь вам как потенциальному покупателю сделать «правильный» выбор, избежав многих характерных ошибок. Следование данному алгоритму поможет вам оценить каждый прибор объективно.

   При выборе осциллографа первый вопрос, который вас, возможно, интересует — это стоимость прибора. Стоимость цифровых осциллографов зависит от многих параметров, таких как, например, полоса пропускания, частота дискретизации, число каналов, объем памяти и т.д. Если при выборе прибора, вы будете ориентироваться только на его цену, то вы возможно не будете удовлетворены его остальными параметрами. Наоборот, подумайте о ценности прибора, исходя из его

   Шаг 1. Какой выбрать: аналоговый или цифровой?

   Цифровые и аналоговые осциллографы имеют свои достоинства и недостатки. Постоянное совершенствование цифровых технологий позволило создать цифровые приборы более мощными и производительными по сравнению со своими аналоговыми собратьями. Кроме этого, разница в стоимости постоянно сокращается и цифровые осциллографы становятся все более и более доступными по цене.

   Ниже перечислены достоинства и недостатки цифровых и аналоговых осциллографов.

Достоинства аналоговых осциллографов

---

• знакомый интерфейс
• мгновенное обновление экрана при отображении быстро- изменяющихся сигналов во времени
• прямые, понятные средства управления для часто используемых настроек (коэффициент чувствительности, коэффициент развертки, смещение сигнала, уровень запуска и т.д.)
• Шнизкая стоимость

Недостатки аналоговых осциллографов

---

• низкая точность
• мерцаниие и/или тусклость экрана в зависимости от частоты сигнала и коэффициента развертки
• нет возможности отображения сигнала до запускающего момента
• ограниченная полоса пропускания
• высокая эксплуатационная стоимость
• ограниченные средства измерения параметров сигналов.

Достоинства цифровых осциллографов

---

• возможность «замораживания» изображения на произвольное время
• высокая точность измерений
• широкая полоса пропускания
• яркий, хорошо сфокусированный экран на любой скорости развертки
• возможность отображения сигнала до запускающего момента (в «отрицательном» времени)
• возможность обнаружения импульсных помех
• автоматические средства измерения параметров сигналов
• возможность подключения к компьютеру, принтеру или плоттеру
• возможности математической и статистической обработки сигнала
• средства самодиагностики и самокалибровки

10 шагов при выборе «правильного» цифрового осциллографа

---

Рис. 1 10 шагов при выборе «правильного» цифрового осциллографа

Недостатки цифровых осциллографов

---

• более высокая стоимость
• более сложные в управлении

   Если, взвесив все достоинства и недостатки аналоговых и цифровых приборов, вы решите, что только цифровые осциллографы имеют все необходимое для выполнения поставленной задачи, следуйте далее.

Шаг 2. Определите необходимую полосу пропускания

   Приборы, которые измеряют переменные сигналы, имеют некоторую максимальную частоту, выше которой точность измерения начинает ухудшаться. Эта частота определяет полосу пропускания прибора и обычно определяется, как частота, на которой амплитуда сигнала уменьшается на ЗдБ. Необходимая вам полоса пропускания определяется тем, какие сигналы вы собираетесь измерять и с какой точностью вы хотите получать результаты.

   Для каждого цифрового осциллографа характерны две принципиально разные полосы пропускания: полоса для повторяющихся сигналов (или аналоговая), и полоса для однократных сигналов. Многие цифровые осциллографы имеют полосу пропускания для повторяющихся сигналов гораздо более высокую, чем, казалось бы, может обеспечить их частота дискретизации. Однако, если сигнал повторяется, то осциллографу не обязательно оцифровывать весь сигнал за один запуск. Осциллограф может воспроизвести такой сигнал за несколько запусков, каждый раззахватывая и отображая на экране только часть сигнала. (Этот процесс протекает обычно настолько быстро, что его очень трудно заметить). Таким образом, полоса пропускания повторяющихся сигналов не зависит от частоты дискретизации. Эта характеристика аналоговых усилителей цифрового осциллографа. Полоса пропускания для однократных сигналов применима только для непериодических (или однократных) сигналов, которые захватываются и оцифровываются осциллографом за один такт. В этом случае полоса для однократных сигналов зависит от частоты дискретизации данного осциллографа. Соотношение между частотой дискретизации и полосой пропускания для однократных сигналов может изменяться. Если осциллограф имеет встроенные средства интерполяции, тогда это соотношение равно 4:1. В противном случае, чаще всего используется соотношение 10:1.

   См. шаг 4 для дополнительной информации по частоте дискретизации.

   Многие сигналы содержат частотные составляющие, которые по частоте во много раз превышают основную частотную составляющую исследуемого сигнала. Например, прямоугольный сигнал содержит частотные составляющие, которые, по крайней мере, в десять раз больше по частоте по сравнению с основной частотной компонентой. Осциллографы с большей полосой пропускания предоставят более детальную информацию об этих высокочастотных составляющих.

   Копии экранов, изображенные в этом столбце, показывают один и тот же 50МГц прямоугольный сигнал, отображенный на четырех цифровых осциллографах с различной полосой пропускания.

   Осциллограф с полосой пропускания 500МГц дает наиболее полную информацию о сигнале и имеет наилучшее воспроизведение фронтов сигнала. Осциллограф с полосой 150МГц воспроизводит сигнал со срезанными высокочастотными составляющими. Фронты сигналов кажутся более длинными, чем они есть на самом деле. Осциллограф с полосой 100МГц еще сильнее замедляет фронты. Кроме этого, заметьте уменьшение амплитуды. Когда сигнал отображается осциллографом с полосой меньшей, чем основная частотная составляющая прямоугольной волны, результирующий сигнал становится еще более искаженным.

   Как правило, полоса пропускания осциллографа должна быть по крайней мере в три раза больше по частоте по сравнению с основной частотной исследуемого сигнала.

   Даже еще большая полоса требуется для осциллографа для получения более высокой точности результатов. Чтобы провести точные измерения амплитуды, полоса пропускания осциллографа должна быть в десять раз больше, чем частота измеряемого сигнала.

   Обычно справедливо следующее соотношение между длительностью фронта и частотной полосой сигнала:

Тг = 0.35 / ЗдБ-полоса (в Гц)

   Для измерений временных параметров справедливо следующее правило: чем больше соотношение длительности фронта сигнала и фронта осциллографа, тем меньше ошибка измерения. См. таблицу ниже.

Соотношение Тг сигнала к Тг осциллографа	Вычисленная ошибка
1:1	41.4%
3:1	5.4%
5;1	2.0%
10:1	0.5%

   Короче говоря, чем больше полоса пропускания вашего осциллографа (тем короче фронт), тем более точными будут результаты измерений.

   Некоторые полезные замечания:

• На точность результатов измерений также влияют параметры пробников
• спецификациях на некоторые осциллографы указываются наилучшие значения полосы пропускания для определенных диапазонов чувствительности
• Полоса пропускания цифровых осциллографов имеют полосу до 50ГГц.

   Шаг 3. Определите необходимое количество каналов

   Количество необходимых каналов зависит от исследуемого изделия. Двухканальные осциллографы наиболее популярные модели. Однако, многие инженеры также считают четырехканальные осциллографы полезными для решения широкого круга задач.

   Некоторые замечания:

• Требуется ли Вам захватывать сигналы по нескольким каналам одновременно? Если да, выбирайте осциллограф с одновременным запуском или раздельными АЦП для каждого канала. Если исследуемые сигналы повторяются, одновременный сбор данных по каналам не требуется.
• Некоторые осциллографы, обозначенные в спецификации «2+2», имеют 2 основных канала и 2 дополнительных канала с ограниченной чувствительностью. В таком осциллографе имеется только 2 АЦП. Дополнительные каналы могут использоваться, например, для анализа цифровых сигналов.
• На двухканальных осциллографах отдельный канал внешнего запуска бывает полезен, потому что в этом случае не требуется использовать основной канал для внешней синхронизации.
• Если вы выполняете измерения временных параметров на цифровых каналах и обнаруживаете, что 4 канала недоставточно, то подумайте о приобретении логического анализатора. Хотя логические анализаторы проигрывают в разрешении по напряжению, они имеют большое число каналов и дополнительные возможности по запуску прибора и обработки информации.

   Шаг 4. Определите необходимую частоту дискретизации

   Для задач, связанных с измерением однократных или переходных процессов, частота дискретизации имеет первостепенное значение. Параметр «частота дискретизации» обозначает скорость, с которой осциллограф может оцифровывать входной сигнал. Более высокая частота дискретизации переводится в более широкую полосу пропускания для однократных сигналов и дает лучшее разрешение.

   Большинство осциллографов соотношение дискретизации производителей используют между частотой и полосой для однократных сигналов на уровне 4:1 (если есть средства интерполяции) или 10:1 (без средств встроенной интерполяции) для предотвращения искажений сигнала или появления ложных сигналов.

   Некоторые осциллографы имеют возможность настраивать частоту дискретизации и количество информации, отображаемой на экране осциллографа, независимо. Это позволяет поддерживать требуемое разрешение сигнала на экране.

   Некоторые замечания:

• Указанная в спецификации частота дискретизации может относиться к характеристикам только одного канала. Некоторые осциллографы уменьшают частоту дискретизации, когда задействуются несколько каналов одновременно. Это увеличивает вероятность появления искаженных сигналов, если учитывать зависимость между частотой дискретизации и полосой пропускания для однократных сигналов.
• Поскольку память осциллографа ограничена по объему, большинство осциллографов работают на максимальной частоте дискретизации только на самых быстрых скоростях развертки. На медленных скоростях развертки частота дискретизации автоматически уменьшается.
• Когда исследуются однократные сигналы, объем памяти осциллографа имеет равнозначную значимость по сравнению с частотой дискретизации. Если требуется исследовать длительную последовательность импульсов, то потребуется осциллограф с большим объемом памяти, чтобы зафиксировать весь сигнал с необходимым разрешением.
• Частота дискретизации не связана с частотой обновления экрана

   Шаг 5. Определите необходимый объем памяти

   Требуемый объем памяти зависит от общей длительности сигнала, которого необходимо исследовать, и желаемого разрешения. Если необходимо исследовать продолжительные по времени сигналы с высоким разрешением, то потребуется память большего объема. Это позволит поддержать более высокую частоту дискретизации на медленных коэффициентах развертки, уменьшая, тем самым, вероятность искажения сигнала и получая больше информации об исследуемом сигнале.

   Подсчитать требуемый объем памяти можно исходя из следующего соотношения:

   Объем памяти = промежуток времени (с) / разрешение (с)

   Недостаток осциллографа с большим объемом памяти заключается в том, что большой объем памяти может сильно замедлить реакцию такого осциллографа на действия оператора или изменение входного сигнала. Это, в свою очередь, сделает такой осциллограф очень неудобным в эксплуатации и непрактичным для решения многих задач.

   Шаг 6. Определите требуемые возможности по запуску прибора

   Для большинства пользователей осциллографов общего назначения запуск по фронту (перепаду) бывает достаточным. Однако для решения более сложных задач могут потребоваться дополнительные возможности по запуску. Для применений, связанных с цифровыми устройствами, может потребоваться возможность запуска по комбинации логических состояний по всем каналам осциллографа. Кроме этого, запуск по логическому состоянию позволяет синхронизировать комбинацию логических состояний с фронтом тактового сигнала. Запуск по импульсной помехе позволит запустить прибор по нарастающему или спадающему фронту импульсной помехи с длительностью меньшей, равной или большей определенной величины. Такая возможность позволяет решить две важные проблемы, возникающих при разработке, отладке или наладке аналого-цифровых или цифровых устройств — во первых, вы сможете увидеть, когда происходят импульсные помехи, а во-вторых, понять почему возникают импульсные помехи и что является их источником, анализируя сигналы до момента запуска осциллографа. Если требуются более расширенный диапазон возможностей по запуску, вам необходимо будет уже использовать логический анализатор.

   Возможность запуска по телевизионному или видео-сигналу позволяет настроить прибор на определенный кадр или строку такого сигнала. На некоторых осциллографах этот вид запуска не является стандартной возможностью, а заказывается отдельно.

   Шаг 7. Определите требуемые возможности по обнаружению импульсных помех

   Ниже указаны три важнейших фактора, влияющих на способность осциллографа обнаруживать импульсные помехи.

   Частота отображения сигналов на экране:

   Цифровые осциллографы сначала должны оцифровать входной сигнал, затем его обработать и, наконец, воспроизвести на экране. Частота отображения сигналов на экране определяется как частота выполнения этих трех операций. Осциллограф с высокой частотой обновления экрана имеет больше шансов обнаружить редкие по природе импульсные помехи. Осциллографы с многопроцессорной архитектурой могут иметь частоту обновления экрана, превышающую в несколько раз частоту обновления экрана традиционных однопроцессорных осциллографов. Это делает такие осциллографы еще более пригодными для обнаружения импульсных сигналов. Многопроцессорная архитектура позволяет достичь пропускную способность экрана и скорость ответной реакции осциллографа сравнимые с возможностями аналоговых осциллографов.

   Возможности определения амплитуды: Большинство цифровых осциллографов могут уменьшать частоту дискретизации на медленных коэффициентах развертки путем простого игнорирования промежуточных выборок. Это приводит к тому, что короткие импульсы или помехи, которые видны на быстрых скоростях развертки, могут исчезать, когда уменьшается скорость развертки. Специальный режим, называемый «режим обнаружения пиковой амплитуды» или «режим обнаружения помех», позволяет поддерживать частоту дискретизации на максимальном уровне на всех скоростях развертки. В этом случае в память записываются минимальные и максимальные значения выборок сигнала. Минимальный импульс, который может быть обнаружен, является функцией частоты дискретизации осциллографа.

   Возможности запуска по импульсной помехе: Осциллографы с возможностями запуска по импульсной помехе позволяют пользователю изолировать труднообнаруживаемые импульсные помехи и производить запуск осциллографа по этим помехам. Это дополнительная возможность поможет найти причину ненормальной работы исследуемой схемы.

   См. Шаг 6 для дополнительной информации по возможностям запуска.

   Шаг 8. Определите требуемые возможности анализа сигналов

   Функции автоматических измерений и встроенные средства анализа сигналов могут значительно съэкономить ваше время и сделать работу более легкой.

   Цифровые осциллографы часто предоставляют целый набор функциональных возможностей, которые невозможны на аналоговых осциллографах.

   Математические функции включают добавление, вычитание, умножение, деление, интеграцию и дифференцирование. Статистика измерений (минимальное, максимальное и среднее) может вам дать представление о точности измерений, а также имеет важное значение, когда исследуются временные параметры зашумленных сигналов. Некоторые цифровые осциллографы предоставляют возможность анализа сигналов в частотной области с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ). Осциллографы со всеми этими возможностями могут также стоить гораздо больше, поэтому потенциальный покупатель должен определить, стоит ли тратить дополнительные средства на эти возможности. Пусть решаемый круг задач подскажет правильное решение при выборе осциллографа.

   Шаг 9. Определите требуемые возможности по документации результатов измерений

Большинство цифровых осциллографов могут взаимодействовать с персональным компьютером, принтером или плоттером через GP-IB интерфейс, RS-232 или Centronics. Вам необходимо определить, какой интерфейс доступен и какие принтеры совместимы. Необходимо помнить, что распечатки с лазерного или струйного принтера гораздо лучше по качеству по сравнению с традиционными матричными принтерами.

   Вам также необходимо обратить внимание на цифровые осциллографы с дисководом гибких дисков или программным обеспечением, которое позволит быстро перенести изображение сигналов и данные сигналов в компьютер для дальнейшей обработки, не требуя специального программирования. Эти возможности позволят съэкономить время, когда, например, требуется вставить изображение с экрана осциллографа в отчет или скопировать данные сигналов в электронную таблицу.

   Шаг 10. Попробуйте приборы, которые подходят для решения задач

   Пройдя через 9 предыдущих шагов, возможно, ваше поле выбора значительно сузилось до ограниченного количества моделей, каждая из которых удовлетворяет вашим требованиям. Теперь вам необходимо испытать эти модели и провести сравнение этих моделей между собой.

   На что следует обращать внимание во время испытаний приборов?

   Простота использования: Во время испытаний оцените простоту использования каждой модели. Есть ли на передней панели специальные ручки для наиболее частых настроек, например, чувствительности, скорости развертки, положения сигнала или уровня запуска? Сколько кнопок требуется нажать, чтобы перейти от одной функции к другой? Возможно ли интуитивно управлять прибором в то время, когда основное внимание уделяется исследуемой схеме?

   Скорость реакции экрана Выбирая осциллограф, пользователь должен обратить внимание на скорость реакции осциллографа. Это важный фактор в тех случаях, когда осциллограф используется для поиска неисправностей схемы. Насколько быстро сменяется изображение на экране осциллографа, когда меняются такие установки, как чувствительность, коэффициент развертки или положение сигнала? Попробуйте включить некоторые функциональные возможности и оценить скорость реакции прибора. Сильно ли замедлена при этом рабта осциллографа?

   Обдумав все эти вопросы и оценив все модели, вы уже можете решить, какая модель наиболее полно удовлетворяет вашим потребностям. Однако, если остается некоторая неуверенность, необходимо обсудить вопрос выбора с другими инженерами или обратиться в представительство компании производителя определенной модели, где на ваши вопросы ответят профессионалы.

Какой осциллограф выбрать | Серния Инжиниринг

Для тех, кто занимается ремонтом, разработкой или изготовлением электротехники, одним из рабочих приборов всегда был осциллограф. В настоящее время самыми популярными считаются цифровые модели устройства, способные не только захватывать, но и сохранять информацию о сигналах. Новичкам в сфере электротехники будет полезно узнать, какой осциллограф выбрать для комфортной работы.

Преимущества осциллографов

Высокая точность измерений — один из плюсов этих приборов. Современные модели осциллографов обладают компактными размерами, т. е. при желании их можно взять с собой. Другие плюсы оборудования:

• Понятный интерфейс. Устройства имеют понятную панель управления с обозначением главных функций. К каждому прибору разработчики прикладывают подробную инструкцию, где расписаны все методы настройки.
• Увеличенная полоса пропускания. Благодаря ей удалось снизить процент погрешности при измерениях, появилась возможность фиксировать одиночные явления.
• Автоматические вычисления. Аппаратура самостоятельно рассчитывает необходимые сигнальные параметры, а затем выдает их на экран. Это снижает процент ошибок при определении характеристик электрических сигналов.

Много моделей аппаратуры укомплектованы дополнительными опциями, делающими процесс анализа электрических сигналов проще и быстрее. Измерительные приборы способны не только отображать информацию о событии в конкретный момент времени, но и хранить её. Для извлечения данных часто достаточно подключить к аппаратуре флэш-носитель, кликнуть пару кнопок.

Как выбрать качественный осциллограф?

Решая, какой цифровой осциллограф выбрать, помните, что независимо от модели, устройство должно точно захватывать сигналы, иметь паспорт с подробным описанием всех характеристик, и функции, позволяющие сэкономить время оператора на измерения и диагностику электрического сигнала. Критерии выбора аппаратуры:

1. Полоса пропускания. Здесь действует правило пятикратного превышения максимальной полосы сигнала. Это нужно для точного измерения амплитуды и для захвата всех гармоник. Если полоса пропускания будет равна сигнальной характеристике, то устройство не будет захватывать третью и пятую гармоники, т. е. итоговая осциллограмма будет неполная, а погрешность измерений возрастет.
2. Время нарастания. Чем меньше этот параметр, тем точнее прибор будет проецировать быстрые перепады значений сигнала. Здесь действует правило пятикратного уменьшения минимальной длительности фронта исследуемого явления. Например, для измерения фронта 6 нс время нарастания прибора должно быть не больше 1,2 нс.
3. Наличие официальных согласованных с прибором пробников. Решая, какой осциллограф выбрать, многие концентрируются на технических характеристиках устройства, забывая о комплектующих. Полоса пропускания пробника всегда должна соответствовать полосе пропускания прибора. Он не должен создавать лишнюю нагрузку на цепи тестируемой аппаратуры. Лучше всего подбирать пробники с ёмкостной нагрузкой до 10 пФ. Для повышения точности измерений лучше использовать несколько пробников.
4. Количество каналов. Считается, что чем больше каналов, тем лучше, но такой подход не всегда верен. Выбирать количество каналов следует исходя из используемого приложения и типа работы. У хорошего осциллографа все каналы стойки к статическому электричеству, имеют хороший диапазон частот, равномерную АЧХ.
5. Частота дискретизации. Здесь опять работает правило пятикратного повышения. С помощью высокой частоты дискретизации можно увидеть накрадывающиеся друг на друга события.
6. Длина записи. Чем этот параметр больше, чем будет лучше для пользователя. Особенно длина записи важна при детальном захвате сигнала.
7. Триггер. Лучше выбирать модели, имеющие разные типы запуска, необходимые для выделения и захвата отдельных явлений в сложных сигналах. Если запуск совсем не будет связан с исследуемым объектом, изображение на экране будет нечетким. Триггер нужен для того, чтобы осциллограмма была стабильной. Благодаря этому элементу можно отложить запуск аппаратуры до наступления заданного события. При триггерном запуске оператор сможет наблюдать отдельные части исследуемого сигнала.
8. Система анализа и навигации. Маркеры, функции поиска, воспроизведения, паузы, масштабирования необходимы для комфортной работы с электроникой. Они помогут быстрее находить аномалии формы сигнала.
9. Автоматические измерения сигнала. Ручные вычисления часто содержат много погрешностей. Автоматические измерения параметров сигнала помогут таких ситуаций избежать.
10. Простое управление. Замысловатое переключение функций и настройка приборов сильно усложнят вам работу. В идеале интерфейс осциллографа должен быть понятен даже новичку. Современные модели измерительной техники укомплектовываются сенсорными дисплеями.

Обзор на Rohde Schwarz RTh2002

Осциллографы Rohde Schwarz RTh2002 относятся к портативным измерительным устройствам. Их часто применяют при откладке электронных устройств на промышленном производстве, в лабораториях или на телевизионных станциях. Осциллограф RTh2002 работает от аккумулятора. Гарантированная производителем продолжительность работы без подзарядки — 4 часа.

Характеристики RTh2002

• Полоса пропускания — 60 МГц.
• Количество аналоговых каналов — 2.
• Память — 500000 точек.
• Частота дискретизации — 1,25–5 Гвыб/с.

Преимущества

Если вы до сих пор не знаете, какой цифровой осциллограф выбрать, то вам стоит обратить внимание на устройства Rohde Schwarz серии RTh2002. Их преимущества:

• Устройство поддерживает функции мультиметра, анализатора протоколов, логического анализатора, анализатора гармоник и спектра, регистратора данных, измерителя частоты.
• Система сбора информации поддерживает архивацию данных.
• Корпус прибора прорезинен, защищен от воздействия влаги, пыли. Вы сможете производить все необходимые замеры, не боясь повредить устройство.
• Продуманная система навигации. На корпусе прибора расположены крупные кнопки. Это упрощает работу с ним в перчатках и при низких температурах, когда взаимодействовать с сенсорным дисплеем неудобно.
• Поддержка дистанционного управления. При необходимости вы сможете сделать замеры, находясь у себя в офисе или на расстоянии от устройства. Осциллограф работает с проводными и беспроводными технологиями.
• Поддержка 14 типов запуска. Вы сможете настроить RTh2002 для точного обнаружения необходимого сигнала.
• Автоматическое измерение 33 параметров.
• Цветной сенсорный дисплей с диагональю 17,78 см.
• Поддержка стандартных флэш-носителей и microSD-карт объёмом до 32 Гб.

Обзор на FLUKE-125B

Fluke 125B — портативный осциллограф, предназначенный для поиска неисправностей в промышленном электротехническом оборудовании. Компактный прибор совмещает функции мультиметра, высокоскоростного регистратора данных. Аппаратура этой серии интегрирована с мобильными приложениями производителя, что значительно расширяет возможность анализа и архивирования данных. Fluke 125B способен определить формы сигналов напряжения, мощность, ток, измерить сопротивление, ёмкости, гармоники, осуществить проверку целостности цепи.

Характеристики 125B

• Полоса пропускания — 40 МГц.
• Количество каналов — 4.
• Чувствительность — от 5 мВ до 200В.
• Погрешность ±0,5%.
• Память — 400000 точек.

Преимущества

• Автоматический анализ сигналов сложной формы. Fluke 125B способен без настройки амплитуды, задания характеристик времени развертки и запуска проанализировать сигнал и отобразить важные данные на экране. Подобная функция позволяет ускорить процесс поиска неисправностей.
• Функция поиска трудноуловимых перемежающихся событий. После ее активации прибор самостоятельно произведет их регистрацию, сохранит данные для дальнейшего анализа. Частота событий не должна превышать 4 кГц.
• Внешний USB-интерфейс. К нему вы сможете подключить флэш-носитель для сохранения полученной информации или подключить другой измерительный аппарат для анализа данных.
• Усиленный корпус. Fluke 125B способен выдержать сильные вибрации, удары. Корпус аппарата полностью защищен от воздействия пыли, влаги.
• Продолжительное время автономной работы. После полной зарядки Fluke 125B способен проработать 7 часов. Время полной зарядки — 4 часа.
• Большой комплект программного обеспечения. Производители Fluke серии 125B позаботились о софте для Windows и мобильных устройств. С помощью Fluke Connect инженеры смогут в режиме реального времени передавать показания с осциллографов при проведении работ. Для каждого пользователя зарезервировано 5 Гб свободного пространства в облачном хранилище Fluke Cloud.
• 2 мультиметра на 5000 отсчетов. Они помогут определить истинные среднеквадратичные значения обследуемого явления.

Обзор на Tektronix TDS2012C

Цифровой осциллограф TDS2012C — отличная модель для электротехнических лабораторий. Компактные прибор предлагает расширенные возможности по сбору данных и хорошую производительность. Аппарат поддерживает прикладные модули, т. е. при необходимости вы сможете быстро модифицировать устройство. Синхронизироваться устройство может в автоматическом, нормальном, однократном режимах. Меню автоустановки поможет быстро настроить технику для работы с разными типами сигналов.

Характеристики tds2012c

• Полоса пропускания — 100 МГц.
• Количество каналов — 2 или 4.
• Вертикальное разрешение — 8 бит.
• Частота дискретизации — 2 Гвыб/с.
• Длина записи — 2,5 тысячи точек по всем каналам.

Преимущества

Высокая точность измерений — одна из главных особенностей этой модели техники. Тektronix TDS2012C осуществляет дискретизацию в реальном времени с десятикратной передискретизацией по всем каналам. Это повышает точность регистрации нужных явлений. При использовании нескольких каналов для анализа параметры дискретизации не ухудшаются. Другие плюсы модели:

• Большой набор средств для поиска неисправностей. Оператор может осуществить запуск Тektronix TDS2012C по длительности импульса, по спадам или фронтам, по продолжительности импульса, по видеосигналу. После захвата нужного явления анализ можно ускорить с помощью большого набора математических функций.
• Продвинутый функционал. Осциллограф TDS2012C способен складывать, вычитать, умножать, применять быстрое преобразование Фурье к сигналам. Все 16 измерений осуществляются автоматически, а затем полученные характеристики отображаются на экране устройства. Функция «Контроль предельных значений» позволяет быстро обнаружить отклонения от нормы.
• Цветной ЖК-дисплей, способный отображать вектора, точки и т. д.
• Адаптированный для пользователей интерфейс, схожий с панелью управления аналоговых измерительных приборов.
• 2 способа передачи данных. На корпусе осциллографа TDS2012C есть хост-порт USB 2.0 и USB-порт. Вы сможете использовать съемное запоминающее устройства для сохранения данных или подключить прибор к компьютеру, а затем запустить печать. Распечатать осциллограммы можно напрямую с аппарата. Для этого потребуется принтер с поддержкой PictBridge.
• Удобное ПО для анализа и документирования полученной информации. OpenChoice регистрирует все сигналы, сохраняет и анализирует их. Все осциллограммы сохраняются в приложении. При необходимости для дистанционного управления осциллографом TDS2012C вы можете установить National Instruments SignalExpress.

Преимущества компании

• Высокая скорость работы. Мы быстро обрабатываем заявки, оперативно доставим со склада нужные модели осциллографов.
• Система скидок. Постоянным клиентам мы продаем оборудование по сниженным ценам.
• Помощь в инсталляции. Осуществим проверку помещений перед установкой приборов, поможем с первым запуском техники.
• Гарантийное и постгарантийное обслуживание оборудования.

Заявка на АСО для производства органических светодиодов

Как выбирать осциллограф? — Осциллографы

На сегодня существует широкий выбор различных типов осциллографов многочисленных мировых производителей: от классических аналоговых до ряда современных цифровых (запоминающие, «виртуальные», люминофорные, портативные, смешанных типов сигналов).

Первыми основными факторами при выборе и покупке осциллографа должны быть: отрасль использования прибора и рабочая среда (лаборатория, офис, «полевые» условия). Следующими основными вопросами должны стать:

1. Нужно ли Вам измерять или сравнивать разные сигналы одновременно?
2. Нужна ли Вам возможность подсоединения к компьютеру или к Ethernet сети?
3. Какой тип сигнала будет исследоваться (переменный, повторяющийся, импульсный, кратковременный)?
4. Какие максимальные частоты будут исследоваться в конкретных случаях?
5. Есть ли потребность в запоминании сигналов? Какой объем информации нужно сохранять?
6. Какие максимальные и минимальные значения амплитуды нужно отображать в процессе исследований?
7. Нужно ли отображение сигнала во временной и частотной областях, другими словами нужен ли спектральный анализ?

После ответов на названые вопросы, можно приблизительно подобрать ряд подходящих моделей и провести сравнение по конкретным параметрам осциллографов:

Количество каналов – определяется пользователем соответственно до поставленных задач. Самими распространенными на сегодняшний день являются двух- или четырехканальные осциллографы, которые удовлетворяют большинство поставленных потребителями условий. Но для более широкого круга задач можно использовать осциллографы со смешанными типами сигналов, в которых параллельно присутствуют и аналоговые, и цифровые каналы (см. Рис.1).

Рис.1 Отображение аналоговых и цифровых каналов на дисплее цифрового осциллографа RIGOL серии DS1000 для смешанных типов сигналов.

Полоса пропускания – должна от трех до пяти раз превышать значения основных частот сигналов, которые Вы планируете исследовать. Осциллографы с достаточной полосой пропускания дают наиболее полную информацию о сигнале, и имеют наилучшее воспроизведение фронтов сигнала. Если полоса пропускания недостаточная, то сигнал воспроизводится со срезанными высокочастотными составляющими, а фронты сигналов будут казаться более длинными, чем они есть на самом деле, также присутствует замедление фронта и уменьшение амплитуды, другими словами происходит искажение сигнала.

Частота дискретизации – следует различать два разных значения этой характеристики: дискретизация в эквивалентном масштабе времени и в реальном масштабе времени. Первая из них относится к характеристикам по отношению к повторяющимся сигналам, а вторая актуальна при исследовании импульсных, кратковременных или же переменных сигналов. Также нужно отметить, что указанная производителями частота дискретизации, как правило, относиться к характеристикам только одного канала. При использовании несколько каналов одновременно такие осциллографы уменьшают частоту дискретизации, что опять-таки увеличивает вероятность появления искаженных сигналов. В некоторых осциллографах существует возможность независимо настраивать частоту дискретизации и количество информации, отображаемой на экране осциллографа для поддержания, требуемого разрешение сигнала на экране.

Объем памяти – определяется в зависимости от желаемого разрешения и длительности исследуемого сигнала. Память большего объема обеспечивает исследование долговременных сигналов с высоким разрешением. Но с другой стороны больший объем памяти замедляет реакцию осциллографа на изменение входного сигнала и действия пользователя, что есть явным минусом прибора в процессе эксплуатации.

Возможности анализа сигналов – включают в себя математические функции (добавление, вычитание, умножение, деление, интеграцию и дифференцирование), ведение статистики измерений, анализа сигналов в частотной области с помощью быстрого преобразования Фурье (см. Рис.2). Эти возможности предназначены для облегчения работы и экономии времени, но потребность в них определятся поставленными перед пользователем задачами.

Рис.2. Пример использования курсорных измерений быстрого преобразования Фурье цифровыми осциллографами RIGOL серии DS1000.

Кроме перечисленных выше параметров, существует ряд других параметров, которые определяют возможности и степень функциональности прибора, например, возможности по запуску прибора или по обнаружению импульсных помех, подключение к персональному компьютеру или принтеру, параметры пробников и т.д. Все эти характеристики должны определяться пользователем в зависимости от сферы использования, поставленных задач, и, конечно же, от бюджетных возможностей, ведь каждая дополнительная функция прибора непосредственно отображается на его цене.

Советы: как выбрать осциллограф перед покупкой — Часть I

Вы знаете, что вам нужен новый осциллограф, и вы, наконец, готовы приобрести тот, который должен прослужить следующие 10 лет. Как выбрать наиболее подходящий вариант — в рамках бюджета? Вот несколько вещей, которые следует учесть перед покупкой:

Пропускная способность

Выберите осциллограф с достаточной полосой пропускания для точного захвата высокочастотного содержимого ваших сигналов

Какая пропускная способность вам нужна? Для чисто аналоговых измерений сигналов следует выбирать осциллограф, ширина полосы которого по крайней мере в три раза превышает максимальные частоты синусоидальной волны, которые могут потребоваться для измерения.Для цифровых приложений, как правило, Keysight Technologies рекомендует выбирать полосу пропускания, по крайней мере, в пять раз превышающую максимальную тактовую частоту в ваших системах. (Эта рекомендация по соотношению полосы пропускания осциллографа к тактовой частоте не учитывает сигналы с более низкой тактовой частотой, которые имеют относительно высокую скорость фронта.) Вы можете увеличить полосу пропускания осциллографов InfiniiVision и Infiniium Series от Keysight Technologies после первоначальной покупки. Для дополнительной гибкости при покупке вы можете увеличить полосу пропускания осциллографов InfiniiVision и Infiniium Series от Keysight Technologies после первоначальной покупки.Чтобы узнать больше о том, как определить требуемую полосу пропускания на основе скорости фронта сигнала, см. Примечания к приложению Keysight «Оценка пропускной способности осциллографа для ваших приложений».

Частота дискретизации

Выберите осциллограф с максимальной указанной частотой дискретизации, достаточной для обеспечения указанной полосы пропускания в реальном времени.

Полоса пропускания осциллографа в реальном времени тесно связана с его максимальной заданной частотой дискретизации. (Здесь «в реальном времени» означает, что осциллограф может захватывать и отображать сигналы, сопоставимые с его указанной полосой пропускания, за один прием.)
Компания Keysight рекомендует, чтобы максимальная заданная частота дискретизации осциллографа была как минимум в четыре-пять раз выше указанной полосы пропускания осциллографа в реальном времени. Основным компонентом всех цифровых запоминающих осциллографов является система высокоскоростного аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Компания Keysight вкладывает большие средства в технологию АЦП и предлагает монолитные АЦП с самой высокой частотой дискретизации и высочайшей точностью в отрасли осциллографов. Чтобы узнать больше о выборке осциллографа в реальном времени, обратитесь к примечанию по применению Keysight «Оценка частот дискретизации осциллографа в сравнении с точностью дискретизации».

Количество каналов

Выберите осциллограф с достаточным количеством каналов сбора данных для выполнения важных измерений с временной корреляцией для нескольких сигналов

Количество требуемых каналов осциллографа будет зависеть от того, сколько сигналов вам нужно наблюдать и сравнивать друг с другом. Если вам нужно более восьми аналоговых каналов сбора данных, ваш выбор становится ограниченным. (Компания Keysight предлагает такие решения, как приложение N8834A MultiScope, которое позволяет связать несколько осциллографов вместе.По мере того, как схемы смешанного сигнала становятся более сложными, вам может потребоваться больше каналов сбора и отображения. Осциллограф смешанных сигналов (MSO) сочетает в себе возможности осциллографа с некоторыми возможностями логических анализаторов и анализаторов протоколов последовательной шины. С помощью Keysight MSO вы можете одновременно захватывать несколько осциллографических и логических сигналов с отображением сигналов с временной корреляцией. Осциллографы Keysight сочетают в себе два, четыре или восемь выделенных аналоговых каналов с восемью или 16 выделенными каналами MSO, в зависимости от того, из какого семейства осциллографов вы выберете, поэтому вам не придется отказываться от аналогового канала, чтобы заменить его анализатором.Если вы хотите узнать больше о выполнении измерений с помощью MSO, ознакомьтесь с примечанием к приложению «Оценка осциллографов для отладки конструкций со смешанными сигналами».

Качество отображения

Выберите осциллограф, способный отображать тонкие детали формы сигнала и аномалии сигнала

Выберите осциллограф, который обеспечивает несколько уровней градации интенсивности кривой, чтобы вы могли видеть тонкие детали формы волны и аномалии сигнала. Яркость (интенсивность) осциллограммы на дисплее показывает, как часто сигнал появляется в этом конкретном месте на дисплее.То есть вы можете найти информацию об интенсивности сигнала на дисплее. Осциллографы — это не двумерные инструменты; они помогают нам обнаруживать тонкие различия сигналов, которые могут иметь значение между обнаружением проблемы на ранней стадии или после того, как десять прототипов уже были созданы.

Рис. 1. Осциллограф Keysight InfiniiVision серии X, настроенный для отслеживания джиттера цифрового сигнала. Благодаря высокой скорости обновления осциллографа (до 1 миллиона осциллограмм в секунду), а также 64 уровням градации интенсивности следа, несколько уровней градации интенсивности следа показывают распределение джиттера.

Глубина памяти

Выберите осциллограф с достаточным объемом памяти для захвата самых сложных сигналов с высоким разрешением

Выберите осциллограф, у которого достаточно памяти для сбора данных, чтобы захватывать самые сложные сигналы с высоким разрешением. Максимально доступная глубина памяти для сбора данных тесно связана с максимальной частотой дискретизации осциллографа. Осциллографы делают выборку с максимальной скоростью, если для временной развертки задан быстрый временной диапазон.Но вам, возможно, придется установить временную развертку на более медленные диапазоны, чтобы захватывать более длинные периоды на экране осциллографа. В этом случае осциллограф автоматически снижает частоту дискретизации в зависимости от того, с каким объемом памяти для сбора данных он должен работать. Хотя интуитивно вы можете подумать, что чем глубже, тем лучше, тем не менее, использование глубокой памяти часто означает компромисс. Во-первых, осциллографы с большой памятью обычно имеют более высокую цену. Во-вторых, получение длинных сигналов с использованием глубокой памяти требует дополнительного времени обработки сигналов.Обычно это означает снижение частоты обновления сигнала, а иногда и значительное. Благодаря эксклюзивной технологии MegaZoom от Keysight вам не нужно быть экспертом по осциллографам. MegaZoom автоматически выбирает более глубокую память, когда это необходимо, для поддержания высокой частоты дискретизации. Глубокая память MegaZoom — это не специальный режим: он работает с теми же знакомыми элементами управления, которые используются для обычных измерений осциллографом.

Сегментированная память

Выберите прицел, который поможет вам вникнуть в детали за счет увеличения объема памяти

Некоторые осциллографы имеют специальный режим работы, называемый «сбор сегментированной памяти».«Сегментированная память может существенно увеличить общее время сбора данных осциллографом. Осциллограф делает это, разделяя доступную память для сбора данных на более мелкие сегменты памяти, как показано на рисунке 8. Затем осциллограф выборочно оцифровывает только важные части тестируемого сигнала с высокой частотой дискретизации и маркирует каждый сегмент по времени, чтобы вы знали точное время между каждым возникновением триггерных событий. Этот процесс позволяет вашему осциллографу захватывать множество последовательных одиночных сигналов с очень коротким временем восстановления — без потери важной информации о сигнале.Этот режим работы особенно полезен при захвате пакета сигналов. Примеры импульсных сигналов включают импульсный радар, лазерные пакеты и пакетные сигналы последовательной шины. Дополнительные сведения о захвате сегментированной памяти осциллографа см. В примечании по применению компании Keysight «Использование сегментированной памяти осциллографа для приложений с последовательной шиной». Даже в этом случае прицелы Keysight могут быть обновлены в памяти для сбора данных и более, даже спустя годы после первоначальной покупки, что означает, что вы можете купить то, что вам нужно сейчас, и добавить дополнительные возможности позже, часто без отправки вашего прицела для обслуживания.

Рис. 2. Визуализация того, как работает сегментированная память

Если вы хотите узнать больше обо всех упомянутых выше советах и ​​многом другом, ознакомьтесь с техническим документом Keysight: «Как выбрать следующий осциллограф: 12 советов, на что следует обратить внимание перед покупкой». Хорошей охоты!

Как выбрать лучший осциллограф

Полоса пропускания осциллографа

Полоса пропускания системы определяет способность осциллографа измерять сигнал.В частности, он определяет максимальную частоту, которую прибор может точно измерить. Пропускная способность также является ключевым определяющим фактором в цене.

Определите, что вам нужно — воспользуйтесь «правилом пяти раз»

Например, для осциллографа с полосой пропускания 100 МГц обычно гарантируется ослабление менее 30% на частоте 100 МГц. Чтобы гарантировать точность амплитуды лучше 2%, входные сигналы должны быть ниже 20 МГц. Для цифровых сигналов ключевым моментом является измерение времени нарастания и спада.Полоса пропускания вместе с частотой дискретизации определяет наименьшее время нарастания, которое может измерить осциллограф.

Пробник и осциллограф образуют измерительную систему с общей полосой пропускания. Использование пробника с низкой пропускной способностью снизит общую полосу пропускания, поэтому обязательно используйте пробники, соответствующие осциллографу.

Время нарастания осциллографа

Время нарастания описывает полезный частотный диапазон осциллографа, и это критически важное измерение в цифровом мире. Время нарастания часто учитывается при измерении цифровых сигналов, таких как импульсы и шаги.

Определите, что вам нужно — воспользуйтесь «правилом пяти раз»

Чтобы точно уловить детали быстрых переходов, осциллограф должен иметь достаточное время нарастания. Быстрое время нарастания также необходимо для точных измерений времени. Чтобы рассчитать время нарастания осциллографа, необходимое для вашего типа сигнала, используйте это уравнение:

Например, для времени нарастания 4 нс необходим осциллограф с временем нарастания более 800 пс. Примечание. Как и в случае с полосой пропускания, выполнение этого практического правила не всегда возможно.Многие семейства логических схем имеют более быстрое время нарастания (фронтовые скорости), чем предполагают их тактовые частоты. Процессор с тактовой частотой 20 МГц вполне может иметь сигналы со временем нарастания, аналогичным сигналам процессора с тактовой частотой 800 МГц. Время нарастания критически важно для изучения прямоугольных волн и импульсов.

Частота дискретизации осциллографа

Частота дискретизации осциллографа аналогична частоте кадров кинокамеры. Он определяет, сколько деталей формы волны может уловить осциллограф.

Определите, что вам нужно — воспользуйтесь «правилом пяти раз»

Частота дискретизации (отсчетов в секунду, с / с) — это частота дискретизации сигнала осциллографом.Опять же, мы рекомендуем «правило пяти раз». Используйте частоту дискретизации, по крайней мере, в 5 раз превышающую самую высокую частотную составляющую вашей схемы.

Осциллографы

имеют широкий диапазон частот дискретизации от 1 до 200 Гвыб / с, чтобы удовлетворить потребности вашего приложения.

Чем быстрее вы производите выборку, тем меньше информации вы потеряете и тем лучше осциллограф будет представлять тестируемый сигнал. Однако быстрая выборка также быстро заполнит вашу память, что ограничит время, которое вы можете захватить.

Плотность каналов осциллографа

Цифровые осциллографы

производят выборку аналоговых каналов для их сохранения и отображения.В целом, чем больше каналов, тем лучше, хотя добавление каналов увеличивает цену.

Определите, что вам нужно

Ваше приложение определит, нужно ли вам выбрать осциллограф с двумя, четырьмя, шестью или даже восемью аналоговыми каналами. Например, два канала позволяют сравнивать вход компонента с его выходом. Четыре аналоговых канала позволяют сравнивать больше сигналов и обеспечивают большую гибкость для математического комбинирования каналов (например, умножение для получения мощности или вычитание для дифференциальных сигналов).Осциллографы с шестью или восемью каналами позволяют проводить анализ нескольких шин при одновременном просмотре сигналов напряжения или тока в среде, связанной с питанием.

Осциллограф смешанных сигналов добавляет цифровые каналы синхронизации, которые указывают на высокое или низкое состояние и могут отображаться вместе в виде сигнала шины. Что бы вы ни выбрали, все каналы должны иметь хороший диапазон, линейность, точность усиления, плоскостность и устойчивость к статическому разряду.

В некоторых приборах для экономии денег используется общая система дискретизации между каналами.Но будьте осторожны: количество включенных каналов может снизить частоту дискретизации.

Рассмотрим совместимые щупы осциллографов

Хорошие измерения начинаются с наконечника зонда. Осциллограф и пробник работают вместе как система, поэтому обязательно учитывайте пробники при выборе осциллографа.

При проведении измерений зонды фактически становятся частью цепи, создавая резистивную, емкостную и индуктивную нагрузку, которая изменяет измерения. Чтобы свести к минимуму эффект, лучше использовать датчики, предназначенные для использования с вашим прицелом.

Выберите пассивные пробники с достаточной пропускной способностью. Полоса пропускания пробника должна соответствовать полосе пропускания осциллографа.

Широкий спектр совместимых пробников позволит вам использовать ваш прицел в большем количестве приложений.

Перед покупкой проверьте, что доступно для прицела.

Используйте правильный датчик для работы

Пассивные пробники: Пробники с 10-кратным ослаблением обеспечивают контролируемое сопротивление и емкость вашей цепи и подходят для большинства измерений с привязкой к земле.Они входят в комплект большинства осциллографов — вам понадобится по одному для каждого входного канала.

Высоковольтные дифференциальные пробники: Дифференциальные пробники позволяют осциллографу с привязкой к земле выполнять безопасные, точные плавающие и дифференциальные измерения. В каждой лаборатории должен быть хотя бы один.

Логические пробники: Логические пробники доставляют цифровые сигналы на внешний интерфейс осциллографа смешанных сигналов. Они включают в себя «подвесные выводы» с аксессуарами, предназначенными для подключения к небольшим контрольным точкам на печатной плате.

Токовые щупы: Добавление токового пробника, конечно, позволяет осциллографу измерять ток, но также позволяет рассчитывать и отображать мгновенную мощность.

Возможности запуска осциллографа

Все осциллографы обеспечивают синхронизацию по фронту, а большинство из них — по ширине импульса. Чтобы выявить аномалии и максимально использовать длину записи осциллографа, ищите осциллограф, который предлагает расширенный запуск по более сложным сигналам.

Определите, что вам нужно

Чем шире диапазон доступных вариантов запуска, тем более универсален прицел (и тем быстрее вы найдете первопричину проблемы):

• Цифровые / импульсные триггеры: длительность импульса, кратковременный импульс, время нарастания / спада, установка и удержание
• Логический запуск
• Триггеры последовательных данных: конструкции встроенных систем используют как последовательные (I2C, SPI, CAN / LIN…), так и параллельные шины.
• Запуск видео

Длина записи осциллографа

Длина записи — это количество точек в полной записи сигнала.Осциллограф может хранить только ограниченное количество выборок, поэтому, как правило, чем больше длина записи, тем лучше.

Определите, что вам нужно

Время захвата = длина записи / частота дискретизации. Таким образом, при длине записи 1 млн точек и частоте дискретизации 250 мс / сек осциллограф захватит 4 мс. Современные осциллографы позволяют вам выбирать длину записи, чтобы оптимизировать уровень детализации, необходимый для вашего приложения.

Хороший базовый осциллограф, например, будет хранить более 2000 точек, что более чем достаточно для стабильного синусоидального сигнала (возможно, потребуется 500 точек), в то время как более продвинутые высококачественные осциллографы будут иметь до 1 Гб, что необходимо для работы. с приложениями высокоскоростного последовательного типа данных.

Скорость захвата осциллографа

Скорость захвата формы сигнала, выраженная в виде сигналов в секунду (осциллограмм / с), означает, насколько быстро осциллограф получает сигналы. Скорость захвата осциллографов сильно различается, поэтому важно выбрать подходящий для вашего приложения.

Определите, что вам нужно

Осциллографы

с высокой скоростью захвата формы сигнала обеспечивают значительно лучшее визуальное представление о поведении сигнала и значительно увеличивают вероятность того, что осциллограф быстро улавливает переходные аномалии, такие как джиттер, кратковременные импульсы, глитчи и ошибки перехода.

Цифровые запоминающие осциллографы (DSO)

используют архитектуру последовательной обработки для захвата от 10 до 5000 осциллограмм в секунду. Некоторые DSO предоставляют специальный режим, который помещает несколько захватов в длинную память, временно обеспечивая более высокую скорость захвата формы сигнала, за которой следует длительное время простоя обработки, что снижает вероятность захвата редких, прерывистых событий.

В большинстве осциллографов с цифровым люминофором (DPO) используется архитектура параллельной обработки, обеспечивающая значительно более высокую скорость захвата сигналов.Некоторые DPO могут регистрировать миллионы сигналов всего за секунды, значительно увеличивая вероятность захвата прерывистых и неуловимых событий и позволяя вам быстрее увидеть проблемы в вашем сигнале.

Расширяемость осциллографа

По мере изменения ваших потребностей вам понадобится осциллограф, который сможет удовлетворить ваши потребности с помощью прикладных модулей и обновлений программного обеспечения.

Определите, что вам нужно

Если вы хотите со временем расширить возможности осциллографа, убедитесь, что в вашем приборе есть все необходимое.Например, некоторые осциллографы позволяют:

• Добавьте память к каналам для анализа более длинных записей
• Добавьте возможности измерения для конкретного приложения
• Дополняет осциллограф полным набором пробников и модулей
• Работа с популярным сторонним анализом и продуктивность
• Программное обеспечение, совместимое с Windows
• Добавьте аксессуары, такие как аккумуляторные блоки и крепления для стойки

Подключение осциллографа

После того, как вы проанализируете измерения осциллографа, вам нужно будет задокументировать и поделиться своими результатами.Возможность подключения осциллографа обеспечивает расширенные возможности анализа и упрощает документирование и обмен результатами.

Определите, что вам нужно

В зависимости от осциллографа у вас может быть доступ к стандартным интерфейсам (GPIB, RS-232, USB и Ethernet), модулям сетевой связи или расширенным функциям, которые позволяют:

• Создавайте, редактируйте и обменивайтесь документами на осциллографе, одновременно работая с прибором в вашей конкретной среде
• Доступ к ресурсам сетевой печати и совместного использования файлов
• Доступ к рабочему столу Windows®
• Запустить стороннее программное обеспечение для анализа и документирования
• Ссылка на сеть
• Доступ в Интернет
• Отправить и получить электронную почту

Нужна помощь в выборе осциллографа? Загрузите наше руководство по выбору осциллографов или обратитесь к специалистам Tektronix, чтобы запросить демонстрацию.Если вы уже знаете, какой осциллограф купить, купите осциллографы Tektronix сегодня.

Выбор осциллографа | Пико Технологии

Частота дискретизации

С аналоговыми осциллографами жизнь была простой: вы просто выбирали полосу пропускания, которая вам нужна. Для цифровых осциллографов одинаково важны частота дискретизации и объем памяти. Для DSO частота дискретизации обычно указывается в мегасэмплах в секунду (MS / s) или гигасэмплах в секунду (GS / s). Критерий Найквиста гласит, что частота дискретизации должна быть как минимум вдвое больше максимальной частоты, которую вы хотите измерить: для анализатора спектра этого может быть достаточно, но для осциллографа вам потребуется не менее 5 отсчетов для точного восстановления формы сигнала.

Большинство осциллографов имеют две разные частоты (режима) выборки в зависимости от измеряемого сигнала: выборка в реальном времени и выборка в эквивалентном времени (ETS) — часто называемая повторяющейся выборкой. Однако ETS работает только в том случае, если сигнал, который вы измеряете, является стабильным и повторяющимся, поскольку этот режим работает путем построения формы волны из последовательных захватов.

Например, 12-битный ADC-212/100 Pico Technology будет производить выборку со скоростью 100 Мвыб / с в реальном времени или, для повторяющихся сигналов, со скоростью 5 Гвыб / с. На рисунке 1a показана прямоугольная волна с частотой 20 МГц, захваченная с частотой дискретизации 50 Мвыб / с — почти неузнаваемая по сравнению с рисунком 1b, та же волна, захваченная с частотой 5 Гвыб / с.Теперь скорость 5 Гвыб / с звучит великолепно, но помните, что если сигнал является переходным или изменяющимся (например, форма видеосигнала), то ETS не будет работать, и вам придется полагаться на полосу пропускания в реальном времени (одиночный снимок), которая обычно составляет намного ниже.

Небольшой совет: производители осциллографов любят выделять характеристики с наилучшим звучанием, поэтому вам может потребоваться внимательно изучить спецификации, чтобы определить, применяется ли указанная частота дискретизации ко всем сигналам или только к повторяющимся. Вы можете обнаружить, что объем, который вы планируете приобрести, не подходит для вашей цели.

Некоторые осциллографы имеют разную частоту дискретизации в зависимости от количества используемых каналов. Обычно частота дискретизации в одноканальном режиме вдвое больше, чем в двухканальном: еще раз проверьте спецификации.

Рис. 1a: прямоугольный сигнал частотой 20 МГц, захваченный с частотой дискретизации 50 Мвыб / с.

Рис. 1b: прямоугольная волна 20 МГц, захваченная со скоростью 5 Гвыб / с.

Выбор осциллографа | Журнал Nuts & Volts

---

16 факторов при выборе осциллографа

Выбор лучшего нового цифрового осциллографа для ваших нужд может оказаться сложной задачей, особенно сейчас, когда с осциллографом можно делать гораздо больше.Где это будет использоваться? На скамейке запасных или он должен быть портативным для поездки к клиенту? Вам нужно спроецировать изображение на всеобщее обозрение или оно предназначено только для вашего использования? Сколько электрических сигналов нужно измерять одновременно? Аналоговые и цифровые сигналы? Какую самую высокую частоту сигнала вам нужно измерить? Какая пропускная способность вам нужна? Помните — для хорошего представления прямоугольной волны 50 МГц вам потребуется полоса пропускания осциллографа не менее 500 МГц. Стоимость и пропускная способность связаны! Какие максимальные и минимальные амплитуды сигналов вам необходимо измерить? Ваши сигналы повторяющиеся или одиночные? Вам нужно просматривать сигналы в частотной области (анализ спектра), а также во временной области? Какой у вас бюджет?

Принимая во внимание эти факторы, вот несколько критериев, которые следует учитывать, прежде чем совершать покупку (или сожалеть о ней).

1 — Форм-фактор

Следует ли использовать традиционные настольные, портативные или ПК? Настольный прицел обычно имеет самые высокие характеристики и стоимость. Такие функции, как возможности смешанного сигнала (цифровая шина) и опции декодирования, часто добавляются в качестве дополнения. Портативные осциллографы имеют очевидные преимущества для техников, которые в дороге, но остерегайтесь плохих дисплеев (трудно читаемых при солнечном свете) и короткого срока службы батареи.

Для заданного уровня производительности они также, как правило, являются наиболее дорогим вариантом.

Осциллографы на базе ПК

часто предлагают экономию по сравнению со своими настольными эквивалентами и обладают преимуществами большого цветного дисплея, более быстрого процессора, возможностей хранения и обмена данными, а также клавиатуры для аннотаций, а недостатком
является ПК. работает специальное программное обеспечение.

Осциллографы на базе ПК

бывают двух видов: внутренняя и внешняя. Внутренние осциллографы на базе ПК обычно представляют собой сменные карты формата PCI или PCIe и предназначены для использования с одним настольным ПК.Осциллографы на базе внешних ПК, такие как PicoScopes, поставляются в очень портативных небольших коробках, которые подключаются к ПК через порт USB. Их можно использовать с настольными или портативными ПК, что делает их идеальными для использования в полевых условиях.

2 — Пропускная способность

Полоса пропускания — это максимальная частота сигнала, который может проходить через входные усилители. Большинство производителей осциллографов определяют полосу пропускания как частоту, на которой входной синусоидальный сигнал будет ослаблен до 71% от его истинной амплитуды (точка -3 дБ), то есть отображаемая кривая будет иметь ошибку амплитуды 29%.Если входной сигнал не является чистой синусоидой, он будет содержать гармоники более высокой частоты.

Например, чистый прямоугольный сигнал частотой 20 МГц, рассматриваемый на осциллографе с полосой пропускания 20 МГц, будет отображаться как ослабленный и очень искаженный сигнал. Как правило, покупайте осциллограф с полосой пропускания, в 5 раз превышающей максимальную частоту сигнала, которую вы хотите измерить. Обратите внимание, что на некоторых осциллографах указанная полоса пропускания доступна не для всех диапазонов напряжения!

3 — Частота дискретизации

Для цифровых осциллографов одинаково важны частота дискретизации и объем памяти.Критерий Найквиста гласит, что частота дискретизации должна как минимум вдвое превышать максимальную частоту, которую вы хотите измерить. Для анализатора спектра это может быть правдой, но для осциллографа вам потребуется как минимум пять образцов, чтобы точно восстановить форму волны. Большинство осциллографов имеют два разных режима / частоты дискретизации в зависимости от измеряемого сигнала: дискретизация в реальном времени и эквивалентная временная дискретизация (ETS) — часто называемая повторяющейся дискретизацией.

ETS работает только в том случае, если сигнал, который вы измеряете, является стабильным и повторяющимся, поскольку это работает путем построения формы волны из последовательных выборок.Многие осциллографы имеют разную частоту дискретизации в зависимости от количества используемых каналов. Обычно частота дискретизации в одноканальном режиме вдвое больше, чем в двухканальном.

4 — Скорость захвата формы сигнала

Скорость захвата формы сигнала указывает на то, как быстро осциллограф получает форму сигнала. Если для вас важны поиск и устранение случайных и нечастых проблем, то частота обновления осциллограмм является важным фактором при выборе осциллографа для ваших измерений.

Частота обновления напрямую определяет вероятность захвата и отображения осциллографом случайных и нечастых событий, поэтому чем быстрее, тем лучше.

5 — Глубина памяти

Глубина памяти, пожалуй, наименее понятный аспект DSO, но один из самых важных. DSO хранят захваченные выборки в буферной памяти. Таким образом, для данной частоты дискретизации размер буферной памяти определяет, как долго она может захватывать сигнал, прежде чем память будет заполнена.

Осциллограф с высокой частотой дискретизации, но с небольшим объемом памяти сможет использовать свою полную частоту дискретизации только на нескольких верхних временных базах. Большой объем памяти позволит вам увеличивать мелкие, быстрые и нечастые сбои.8 = 256). Если выбран диапазон / -1 В, это равно примерно 8 мВ на шаг. Это может быть хорошо для просмотра цифровых сигналов, но не лучший вариант для исследования аналоговых сигналов от датчиков, например, или при использовании функции анализатора спектра FFT (быстрое преобразование Фурье) осциллографа.

В цифровой электронике изменение сигнала на 1% обычно не вызывает проблем, но в аудио и другой аналоговой электронике 0,1% искажение или шум могут иметь катастрофические последствия. С восьмибитным разрешением вы можете обнаружить в лучшем случае 0.Изменение сигнала на 4%. Для таких приложений, как датчики звука, шума, вибрации и контроля (температуры, тока, давления), восьмиразрядный осциллограф часто не подходит, поэтому вам следует рассмотреть 12- или 16-битные альтернативы.

Точность DSO обычно не считается слишком важной. Вы можете производить измерения с точностью до нескольких процентов (большинство восьмибитных DSO указывают точность измерения постоянного тока от 3% до 5%), но мультиметр лучше подходит для более точных измерений постоянного и чистого переменного тока. С осциллографом с более высоким разрешением возможны более точные измерения (1% или лучше).Осциллографы с высоким разрешением (12 бит и более) и высокой точностью постоянного тока часто называют прецизионными осциллографами.

7 — Возможности срабатывания

Функция триггера осциллографа синхронизирует горизонтальную развертку в правильной точке его сигнала. Это важно для четкой характеристики сигнала и стабильного отображения. Элементы управления запуском позволяют стабилизировать повторяющиеся сигналы и захватывать одиночные сигналы. Все цифровые осциллографы предлагают одни и те же основные параметры запуска (источник, уровень, наклон, запуск до / после), но отличаются более продвинутыми функциями запуска.

Импульсные триггеры полезны для цифровых сигналов, а опция автоматического сохранения в памяти может быть большим подспорьем при отслеживании периодических неисправностей. Осциллографы теперь также часто предлагают возможности «годен / не годен» и маскировать.

8 — Входные диапазоны (и датчики)

Типовые осциллографы

предлагают выбираемые диапазоны входных значений полной шкалы от ± 50 мВ до ± 50 В. Более высокие напряжения можно измерить с помощью ослабляющих или изолирующих пробников 10: 1 и 100: 1. Важным фактором является проверка того, что осциллограф имеет достаточно малый диапазон напряжений для ожидаемых сигналов.

Если часто встречаются слабые сигналы (менее 50 мВ), подумайте о покупке осциллографа с разрешением 12 или 16 бит. 16-битный осциллограф имеет разрешение по вертикали в 256 раз больше, чем восьмибитный осциллограф, что позволяет «увеличивать масштаб» сигналов уровня милливольт и микровольт.

9 — Возможности подключения

Цифровые осциллографы

обычно предлагают различные возможности подключения. Они могут включать интерфейсы RS-232, LAN и USB 2.0 для управления или загрузки данных. USB-разъемы для карт памяти также полезны для передачи данных на ПК для отчетов и т. Д.Некоторые осциллографы позволяют экспортировать данные формы сигналов в виде файлов Excel, в то время как другие позволяют сохранять снимки экрана только в виде изображений jpg.

Оба полезны для распечатки результатов или ввода в файлы Word. Возможность выполнять автоматическое управление прицелом через ПК может быть жизненно важным для ваших нужд или неуместным, но заслуживает рассмотрения.

10 —

Встроенные возможности

Автоматические измерения, встроенный анализ «годен / негоден» с релейным выходом и математические функции могут сэкономить время и облегчить вашу жизнь.Статистика измерений, хранение эталонных сигналов и возможности БПФ доступны на многих осциллографах, что позволяет отображать измененные сигналы или частотные спектры.

Усреднение помогает устранить проблемы с шумом; цифровая стойкость позволяет легче обнаруживать сбои; математические возможности означают, что вы можете инвертировать, складывать, вычитать, умножать и делить каналы; а иногда даже создавать свои собственные функции.

11 — Простота использования

Некоторые прицелы предлагают автоматическую настройку «одним нажатием» или несколько сохраненных в памяти конфигураций настройки, что упрощает использование прицела.Другие включают встроенную справочную систему, чтобы вы не постоянно обращались к руководству. Некоторые осциллографы обходятся без специальных удобных поворотных регуляторов и заменяют их более дешевыми кнопками для часто используемых регулировок, таких как вертикальная чувствительность, скорость временной развертки, положение кривой и уровень запуска.

Загрузив руководство по осциллографу с веб-сайта поставщика, вы поймете, насколько интуитивно понятно управление осциллографом при одновременном сосредоточении на тестируемой цепи. Поиск осциллографа, который прост в использовании, может впоследствии избавить вас от многих разочарований.

Также проверьте, можно ли обновить программное обеспечение прицела бесплатно и легко ли оно доступно через Интернет. Наконец, проверьте срок гарантии. Если ваше устройство выйдет из строя, сможет ли поставщик упростить ремонт?

12 — Размер и разрешение экрана

Настольные осциллографы

поставляются с дисплеями различных размеров и пикселей. Больше лучше!

Проверьте спецификации, а также посмотрите обзоры на YouTube.

13 — Готовность к MSO

Если вам также необходимо выполнить цифровую отладку, проверяя одновременно восемь или более цифровых линий, осциллограф для смешанных сигналов может оказаться очень полезным.

Некоторые прицелы теперь поставляются с разъемом MSO на передней панели с восемью или 16 цифровыми каналами, так что вы можете обновить их позже.

14 — Встроенный AWG

Это полезно, если вам нужен источник сигнала для тестирования или для проверки частотной характеристики с разверткой, но внутренние генераторы обычно ограничены в возможностях и могут быть более дорогими, чем настольный эквивалент.

15 — Расшифровка последовательного сигнала

Шины последовательной связи представляют трудности при поиске и устранении неисправностей и отладке систем, поскольку данные передаются в пакетах или кадрах, которые необходимо декодировать в соответствии с используемым стандартом, прежде чем разработчик сможет понять информационный поток.Ручное декодирование (или «подсчет битов») потоков двоичных данных подвержено ошибкам и требует много времени.

Некоторые производители осциллографов, такие как PicoScope, бесплатно включают декодирование и анализ популярных серийных стандартов, в то время как другие взимают дополнительную плату за эту возможность. Декодированные данные могут отображаться в формате шины, выровненном с аналоговым сигналом на общей оси времени с кадрами ошибок, отмеченными красным. Кадры могут быть увеличены и коррелированы с полученными аналоговыми каналами для исследования ошибок синхронизации или других проблем целостности сигнала, которые являются основной причиной ошибок данных.

16 — Изготовитель и поставщик

Убедитесь, что производитель осциллографа получил хорошие отзывы и что обслуживание, запасные части, обновления или возврат могут быть легко выполнены в пределах США.

Покупайте у продавца, который знает, о чем говорят, и может дать вам хороший совет, направив вас к правильной покупке. Мы отказались от пары производителей из-за низкого качества или неточных измерений.

Заключение

Сейчас доступны экономичные прицелы

с возможностями, которые конкурируют с известными производителями, по цене значительно ниже 1000 долларов.Наши самые популярные прицелы стоят около 350 долларов. Основными приоритетами выбора, которые следует учитывать, являются соотношение цены и качества, пропускная способность, частота дискретизации (в реальном времени и / или эквивалентное время
) и объем памяти.

Обратите внимание, что пропускная способность и частота дискретизации не являются вариантами обновления для большинства DSO, поэтому, купив предпочтительный продукт, вы застряли в своем решении. Не рекомендуется «взламывать» обновления, так как они аннулируют гарантию производителя.

В Saelig Co., Inc. мы собрали самый широкий спектр доступных решений для осциллографов, от недорогих USB-адаптеров для осциллографов стоимостью менее 120 долларов США до сложных, но экономичных автономных осциллографов и высокопроизводительных 12-битных 2/4 осциллографы для смешанных сигналов, которые покрывают сигналы 1 ГГц, а также предлагают 8/16 каналов для одновременного логического анализа — даже до самого быстрого в мире адаптера для осциллографа 25 ГГц.

Подробности доступны по адресу http://www.saelig.com/category/PS.htm . NV

---

Алан Лоун — генеральный директор Saelig Company.

Лучшие осциллографы для начинающих и любителей 2021

Вы ищете осциллограф для рабочего места для электроники? В этой статье мы покажем вам, как выбрать осциллограф, который лучше всего соответствует вашим требованиям, 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 удобно для проверки работы электронных схем, аналоговых сигналов, сигналов ШИМ, схем отладки и т. Д. Чтобы выбрать осциллограф, вам необходимо знать, какие сигналы вам нужно будет измерять.Это определит характеристики, которые вы будете искать в осциллографе.

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 будете измерять периодические сигналы или ищете одиночные снимки.

Вот список наиболее важных моментов, которые необходимо учитывать при выборе осциллографа:

• Полоса пропускания: определяет диапазон частот, 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. Например, полосы 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 является важным аспектом, 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. Есть также отличные альтернативы осциллографам USB или портативным осциллографам, таким как Hantek 3 в 1: осциллограф, мультиметр и генератор сигналов (2D72).

---

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

239,99 долл. США в наличии

5 новых от 239 $.99
1 б / у от 203,29 $

Бесплатная доставка

по состоянию на 6 сентября 2021 г. 4:05

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

Прицел 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: Обзор цифрового запоминающего осциллографа (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

★★★★★

$ 390.27
325,23 долл. США

по состоянию на 1 сентября 2021 г. 15:13

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

5 новых от 346 $.59

Бесплатная доставка

по состоянию на 6 сентября 2021 г. 4:05

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

Он имеет 4 канала и предлагает полосу пропускания 50 МГц. 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

3 новый от 259,00 $
3 б / у от 187,06 $

Бесплатная доставка

по состоянию на 6 сентября 2021 г. 4:05

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.

Еще одним отличным прицелом от Siglent Technologies является 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 6 сентября 2021 г., 4:05

---

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 простейший 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. Его характеристики аналогичны предыдущим: одноканальный, разрешение 12 бит, полоса пропускания 200 кГц. Однако этот прицел представляет собой набор для самостоятельного изготовления. Но вы также можете получить его уже в 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 предпочтений.

Портативные осциллографы и USB-осциллографы

Другие более дешевые альтернативы включают портативные осциллографы и USB-осциллографы.

Портативные осциллографы

выглядят как мультиметры, но имеют все элементы управления, необходимые для визуализации, анализа и записи сигналов. Отличным вариантом является Hantek 3 в 1: осциллограф, мультиметр и генератор сигналов (2D72). Как следует из названия, это мультиметр, генератор сигналов и осциллограф в одном приборе. Элементы управления и меню не так интуитивно понятны, как у обычного осциллографа, но он отлично справляется со своей задачей и занимает гораздо меньше места. Об этом инструменте вы можете посмотреть следующий видеообзор.

USB-осциллографы не имеют дисплея и обычно не имеют элементов управления — вы подключаете их к компьютеру и управляете всем с помощью программного обеспечения, предоставленного производителем. На данный момент у нас нет подробных обзоров USB-осциллографов, но Hantek 6022BE кажется хорошим вариантом.

Последнее обновление 6 сентября 2021 г., 4:05

Заключение

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 обратитесь к его техническому описанию в Интернете, и вы найдете все подробности.

Возможно, вам понравится прочитать:

Надеемся, 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 новостную рассылку.

---

[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, так что зарегистрируйтесь сейчас .

---

Другие курсы RNT

Связанные

Как выбрать лучший осциллограф (для вас)

После мультиметра осциллограф, вероятно, является одним из самых полезных и часто используемых инструментов на столе энтузиастов электроники.

Поэтому выбор подходящего осциллографа в рамках вашего бюджета очень важен. В этой статье мы подробно рассмотрим, как выбрать лучший осциллограф для вас.

Конечно, запись в блоге может быть такой длинной, поэтому я не могу охватить все возможные осциллографы и все возможные области применения, которые могут быть включены. Я также не буду рекомендовать какую-либо конкретную марку или модель. Вместо этого я бы посоветовал вам использовать характеристики, которые вы ищете, чтобы сделать этот выбор. Любая торговая марка или модель, о которых я упоминаю, не является личным подтверждением и приводится только в иллюстративных целях.

Существует несколько различных типов осциллографов, включая портативные осциллографы и автомобильные осциллографы. Этот пост не будет охватывать эти типы, а вместо этого сосредоточится на автономных осциллографах и прицелах на базе ПК, поскольку типичный энтузиаст электроники, скорее всего, будет использовать один из них.

Хватит болтовни о том, как выбрать лучший осциллограф…

Выбор лучшего осциллографа: на базе ПК или автономный?

Это действительно вопрос личных предпочтений.Один вопрос, который стоит задать себе: насколько переполнен мой рабочий стол?

Осциллографы на базе ПК

часто занимают меньше места, чем их автономные аналоги, и их можно спрятать в местах (например, под столом), где вы не хотели бы размещать автономный осциллограф.

Кроме того, осциллограф на базе ПК может использовать огромную вычислительную мощность, доступную сегодня большинству настольных и портативных ПК.

Вы также обнаружите, что размер монитора вашего компьютера ограничивает только размер экрана.

Наконец, компьютерный прицел упрощает взаимодействие и сохранение снимков экрана с помощью клавиатуры и мыши. Автономные устройства могут делать снимки экрана, но вам часто приходится сохранять их на USB-накопитель, а затем переносить на свой компьютер.

Автономные осциллографы можно перемещать из одного места в другое (например, если у вас есть два стенда и один осциллограф), тогда как осциллографы на базе ПК привязаны к ПК.

Устройства на базе ПК обычно имеют заземление пробника, которое подключается к заземлению USB на ПК.Если есть разница в напряжении между землей USB и тестируемым устройством, могут возникнуть проблемы.

Кроме того, компьютеры могут перехватывать вирусы, зависать, давать сбои и многое другое. Автономные осциллографы обычно не дают сбоев и не обнаруживают вредоносное ПО. Такие вещи, как электронная почта и социальные сети, также могут отвлекать от осциллографа на базе ПК, если вы не будете осторожны. Автономные устройства не подключаются к Facebook и не используют электронную почту.

Осциллографы на базе ПК и автономные осциллографы имеют свои плюсы и минусы.Некоторые предпочитают работать с автономными осциллографами, а другим нужен осциллограф на базе ПК. В конце концов, все зависит от ваших предпочтений.

Некоторые «входы» на лучшем осциллографе

Практически все осциллографы имеют входы по постоянному или переменному току. Другой распространенный вход — это вход 50 Ом. Обычно это означает, что осциллограф можно переключать между входами постоянного, переменного и постоянного тока 50. DC 50 означает, что вход имеет полное сопротивление 50 Ом. Этот вход упрощает подключение к вашему осциллографу других устройств.

У разных производителей разные диапазоны входов для разных моделей и полос пропускания. Например, серия PicoScope 5000 имеет полосу пропускания до 200 МГц и имеет входы с высоким сопротивлением постоянного и переменного тока. Серия 6000 с полосой пропускания 1 ГГц поддерживает только вход DC 50.

Полоса пропускания осциллографа имеет значение

Одна из наиболее важных характеристик при выборе наилучшего осциллографа — это полоса пропускания. Как правило, пропускная способность и цена прямо пропорциональны.Чем выше пропускная способность, тем выше цена.

Станьте Создателем, которым вы были рождены. Попробуйте Arduino Academy БЕСПЛАТНО!

Полоса пропускания осциллографа дает точку, в которой амплитуда сигнала уменьшилась на 70,7% (или 3 дБ) от исходной амплитуды. Это также известно как точка половинной мощности.

Если вы купите осциллограф на 50 МГц, вы сможете измерить частоты до и даже выше 50 МГц, однако сама форма сигнала начнет ослабевать.Таким образом, при измерении амплитуды сигнала 50 МГц амплитуда будет считываться только около 70% от исходного значения.

Короткое видео ниже иллюстрирует это.

Хотите увидеть квадратные цифровые сигналы на вашем телескопе? Вышеупомянутое правило применимо к синусоидальным волнам; прямоугольные волны содержат высокочастотные компоненты, выходящие далеко за пределы основной частоты измеряемого сигнала. Опять же, это может означать неприятности.

Чтобы быть уверенным, что вы можете точно измерять как синусоидальные, так и прямоугольные волны, выберите осциллограф с полосой пропускания, в пять раз превышающей максимальную частоту цифрового сигнала, который вы будете измерять.

Также то же правило применяется к полосе пропускания используемых пробников. Попробуйте измерить сигнал 50 МГц с помощью пробников, которые подходят только для 20 МГц, и у вас будут проблемы. Поэтому обязательно используйте соответствующий пробник в своем осциллографе, иначе вы можете потерять полосу пропускания, за которую заплатили при покупке осциллографа.

И последнее, но не менее важное: имейте в виду, что некоторые осциллографы указывают полосу пропускания, которая доступна не во всех диапазонах напряжения.

Могу ли я получить образец?

Полоса пропускания зависит от количества аналоговых отсчетов в секунду (частота дискретизации), которые осциллограф может считывать.Это тоже повлияет на цену.

Частота дискретизации часто указывается в мегасэмплах в секунду, или MS / s, или GS / s. Эта скорость обычно является максимальной, если на осциллографе используется только один канал. Итак, если вы используете 2 канала в осциллографе с частотой дискретизации 500 МГц, максимальная частота будет 250 МГц для каждого канала. Если вам нужна полная частота 500 МГц, вам нужно будет использовать только один канал. Обычно частота дискретизации в одноканальном режиме вдвое больше, чем в двухканальном.

Говоря о каналах, давайте на мгновение перейдем к ним.Большинство осциллографов поставляется с двумя, но у других может быть четыре или даже восемь (как некоторые осциллографы на базе ПК)! Больше каналов полезно для таких вещей, как шаговые двигатели или автомобильная работа.

Вернуться к выборке. Хорошее практическое правило — убедиться, что количество отсчетов в секунду в 3-5 раз превышает полосу пропускания осциллографа для получения точных результатов. Если вы можете позволить себе увеличить пропускную способность осциллографа более чем в 5 раз, дерзайте. Чем выше, тем лучше.

Некоторые осциллографы имеют функцию эквивалентной временной выборки (ETS), которая требует очень высокой частоты дискретизации.Например, серия PicoScope 6000 может похвастаться собственной частотой дискретизации 5 Гвыб / с. С ETS этот диапазон может достигать 200 Гвыб / с.

Убедитесь, что просматриваемые вами сигналы являются периодическими и стабильными при использовании этого режима, иначе результаты могут быть неточными, поскольку ETS работает путем построения формы волны из последовательных выборок. Хорошей новостью является то, что большинство волн, вызывающих беспокойство, являются периодическими, поэтому это может быть хорошей функцией, которую стоит искать, если вы можете себе это позволить.

Давайте решим это сейчас

Практически все современные осциллографы имеют 8-битные АЦП.Это дает вам 256 возможных чисел, которые может представлять цифровой сигнал. Если у нас есть сигнал 2 VPP, мы можем разрешить около 8 мВ на шаг. Это может быть нормально для просмотра цифровых сигналов, но не для аналоговых сигналов или БПФ (быстрых преобразований Фурье).

В зависимости от вашего приложения лучшим осциллографом для вас может быть 12-битный или 16-битный АЦП.

Обычно вам приходится выбирать между более быстрыми АЦП с более низким разрешением или более медленными АЦП с более высоким разрешением.

Программное обеспечение и другие функции осциллографа

Многие современные осциллографы поставляются с программными функциями, такими как возможность выполнения БПФ.Какой осциллограф вам подойдет, зависит от того, какие функции вы будете использовать.

Если вы будете выполнять БПФ на своем осциллографе, поищите тот, который имеет большую длину БПФ. Длина БПФ — это просто спецификация, которая сообщает вам количество точек, используемых при вычислении БПФ. Чем больше очков, тем лучше. Это нужно для того, чтобы вы могли увеличивать масштаб и при этом получать точные результаты. Это одна из областей, где осциллограф на базе ПК может блеснуть своей способностью выполнять БПФ на мощном настольном ПК, а не на микросхеме DSP на борту прицела.

Глубина памяти — еще один фактор, который следует учитывать. Это связано с количеством отсчетов, которое осциллограф может фактически сохранить. Для заданной частоты дискретизации размер буфера памяти определяет, как долго он может захватить сигнал, прежде чем память заполнится. Опять же, чем больше, тем лучше. Не думайте, что осциллографы с большим объемом памяти поставляются вместе с возможностью обработки больших длин БПФ, поскольку это не всегда так. Посмотрите на это как на две отдельные спецификации. Большая глубина памяти позволит вам увеличивать мелкие, нечастые сбои.

Еще одна полезная функция — сегментированный буфер. При этом осциллограф можно настроить на запуск по определенному событию, и он будет записывать формы сигналов определенной длины. Для поиска прерывистых сбоев это может ускорить вашу способность отловить сбой и исправить его. С сегментированным буфером вы можете захватить несколько следов, а затем просмотреть их, чтобы найти сбой и другие особенности.

Последнее слово о программном обеспечении: обратите внимание на осциллографы с обновляемым программным обеспечением, которые можно загрузить без дополнительной оплаты.Это хорошая возможность.

Какой осциллограф вам подойдет?

Есть несколько функций, таких как возможность декодирования последовательных протоколов, использование внешнего триггера и генераторы сигналов произвольной формы, которые у меня не было времени охватить, но в зависимости от вашего использования, возможно, стоит взглянуть.

Последний совет, который я могу предложить, — это загрузить руководство пользователя для любого осциллографа, который вы рассматриваете, и изучить его. В техническом паспорте вы можете найти некоторые подробности, но в руководстве вы найдете гораздо более подробную информацию о сфере применения и ее ограничениях.Также не забудьте проверить гарантию!

В конце концов, лучший осциллограф — это тот, который лучше всего подходит для вас!

Какой прицел вы рекомендуете? Комментируйте и дайте нам знать!

Станьте Создателем, которым вы были рождены. Попробуйте Arduino Academy БЕСПЛАТНО!

10 важных советов по выбору осциллографа

Осциллограф — один из важнейших инструментов, используемых при проектировании, ремонте и обслуживании электроники. Тем не менее, выбор правильного типа и конфигурации для вашего приложения — непростая задача.Мы перечислили некоторые важные моменты, которые следует учитывать.

1. Как вам нравится пользоваться осциллографом? Доступны различные форм-факторы , такие как автономные настольные инструменты, портативные инструменты для мобильного использования, инструменты на базе ПК (требуется ПК или контроллер) и инструменты на основе PXI (для интеграции в стойку PXI). Поэтому сначала выберите форм-фактор.

2. Сколько аналоговых сигналов нужно измерять одновременно? Большинство осциллографов имеют 2 или 4 аналоговых каналов , некоторые имеют 8 аналоговых каналов.Некоторые осциллографы позволяют синхронизировать несколько приборов, поэтому возможно использование более 8 каналов.

3. Планируете ли вы приобретать также цифровые сигналы? Сколько цифровых сигналов вы хотите смотреть одновременно? Это определяет необходимое вам количество цифровых каналов . Некоторые осциллографы позволяют преобразовать аналоговый канал в 8 и более цифровых каналов.

4. Какую максимальную частоту сигналов вы хотите измерять? Имейте в виду, что если ваш входной сигнал не является чистой синусоидой, он также содержит гармоники.Практическое правило: осциллограф должен иметь полосу пропускания , , в 4–5 раз выше максимальной частоты, которую вы хотите измерить.

5. То же правило применяется для частоты дискретизации осциллографа (указывается в MS / s = количество отсчетов в секунду). Это должно быть в 4–5 раз больше максимальной частоты, которую вы хотите измерить. Вы должны знать, что для осциллографов указаны две разные частоты дискретизации: в реальном времени (т.е. одиночный снимок) и повторяющаяся. Это важно, если ваш сигнал возникает только один раз, и вам нужно получить его за один выстрел.В противном случае, если сигнал повторяется несколько раз, ваш осциллограф может взять несколько выборок этого сигнала в течение определенного времени с более низкой частотой дискретизации. В некоторых осциллографах используется чередование (т. Е. Два или более каналов объединяются и используются поочередно) для достижения более высоких частот дискретизации.

6. Какую длительность сигнала вы должны получить за один снимок? Современные осциллографы хранят захваченные образцы в памяти для сбора данных . Это означает, что для данной частоты дискретизации размер этой памяти определяет, как долго он может захватывать сигнал, прежде чем память будет заполнена.Пример: при однократном сборе с частотой дискретизации 5 мс / с осциллограф с памятью на 1 млн точек может сохранять сигнал с максимальной продолжительностью 200 мс (продолжительность сбора = глубина памяти / частота дискретизации).

7. Какая точность и разрешение вам нужно? Обычный осциллограф имеет разрешение 8 бит, что означает, что диапазон напряжений разделен на 256 шагов. Таким образом, в диапазоне 1 В разрешение составляет 1 В / 256 = 4 мВ. Максимальная теоретическая точность составляет +/- 1 бит, что в этом диапазоне равно +/- 4 мВ (практически необходимо учитывать точность всего аналогового интерфейса, включая датчик!).Также доступны осциллографы с разрешением 12 или 16 бит. В диапазоне 1 В разрешение 12-битного прибора составляет 1 В / 4096 = 244 мкВ.

8. Современные осциллографы предлагают множество дополнительных функций — некоторые из них включены бесплатно, другие доступны как опции и, вероятно, также могут быть модернизированы. Эти функции могут включать в себя: генератор сигналов произвольной формы, анализатор спектра, анализатор протоколов, логический анализатор, регистрацию данных в течение длительного времени, расширенные функции запуска, синхронизацию нескольких инструментов, математические функции (для выполнения сложных математических операций), работу от батареи и многое другое.

9. Нравится ли вам подключать осциллограф к ПК или другому контроллеру, или его следует интегрировать в тестовую систему? Тогда ваш прицел должен иметь соответствующий интерфейс , такой как USB, Ethernet или GPIB.

10. Не забывайте зонды! Зонд является неотъемлемой частью сигнальной цепи и оказывает большое влияние на то, что вы измеряете.