Виды и типы осциллографов, их назначение и применение • Inkotel System

Осциллограф – один из наиболее распространенных контрольно-измерительных приборов, который необходим практически в любой радиотехнической лаборатории и мастерской. Основное назначение осциллографа – это исследование (наблюдение, сохранение и анализ) частотных и амплитудных характеристик электрического сигнала. Благодаря огромному количеству задач, которые необходимо решать в мире современной радиотехники, и возрастающему функционалу приборов, применение осциллографов расширяется благодаря возможностям аппаратной и цифровой обработки сигналов. Ниже мы рассмотрим ключевые типы современных осциллографов.

1) В зависимости от наличия или отсутствия цифровой обработки можно выделить 3 основных вида осциллографов:

•  Аналоговые осциллографы
• Цифровые осциллографы
• Анализаторы смешанных сигналов

Каждый из этих видов осциллографов имеет свои преимущества и недостатки. Так аналоговые осциллографы позволяют увидеть реальный сигнал без искажений, которые могут возникнуть в результате цифровой обработки данных. Цифровые же осциллографы имеют 2 недостатка:

1. Некоторые особенности сигнала могут быть усреднены или попросту пропущены при семплировании цифровым осциллографом, который в среднем измеряет всего лишь 0,5% времени работы, а остальные 99,5% времени обрабатывает полученные данные – «думает и не видит сигнал». Стоит отметить, что осциллографы серий RTM и RTO компании Rohde&Schwarz благодаря улучшенной архитектуре могут регистрировать сигнал на протяжении 10% времени, увеличивая количество собранной информации в 20 раз и позволяя заметить невидимые прежде особенности или «выбросы» сигнала.
2. В связи с операцией дискретизации при преобразовании аналогового сигнала в цифровой возникает минимальная величина «квантования» — значение амплитуды, ниже которого изменения амплитуды не будут отображаться прибором. Это приводит к ограниченности детектирования слабых ВЧ сигналов, наложенных на сигналы более низкой частоты и значительно большей амплитуды. Чтобы минимизировать этот негативный эффект в осциллографах R&SRTE и R&SRTO реализована функция «высокого разрешения», которая включает 16-битный АЦП вместо 8-битного, уменьшая таким образом «шаг квантования» по амплитуде в 256 раз.

Несмотря на указанные недостатки, из 2-х типов осциллографов именно цифровые осциллографы сейчас наиболее распространены благодаря огромным возможностям, которые открываются для обработки и анализа сигналов, включая демодуляцию, БПФ, запуск по выбранному условию, выявление редких особенностей сигнала с использованием наложения масок или метода послесвечения и многие другие. Более детально с характеристиками цифровых осциллографов Rohde & Schwarz вы можете ознакомиться в разделе Цифровые осциллографы.

2)      Используя в качестве критерия возможность питания от батареи выделяют такие типы осциллографов как стационарные осциллографы и портативные осциллографы. Портативные осциллографы, как правило, имеют меньше возможностей и менее широкий диапазон частот. Этот тип осциллографов используются для работы в полевых условиях, когда очень важна мобильность прибора.

3) Отдельно необходимо выделить такой тип осциллографов как USB-осциллографы – портативные устройства, которые используются для рутинных работ, не требующих сверхвысокой точности и чувствительности.

Так же можно разделять осциллографы по полосе пропускания или наличию тех или иных функций. Однако указанные параметры важны для всех типов осциллографов и должны подбираться индивидуально под задачу, для решения которой будет применятся осциллограф. Более детально о том, как подобрать осциллограф, читайте в статье «Сравнение и выбор цифрового осциллографа».

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

Что такое цифровой осциллограф и как им пользоваться

Цифровой запоминающий осциллограф – прибор для измерения электрических сигналов. Благодаря определению формы и параметров колебаний удается мониторить корректность работы электронной части техники. Кроме измерения прибор записывает показания. Полученные данные можно анализировать в любое время

.

Применение цифровых осциллографов мультиметров

Приборы используются в мастерских по ремонту электронного оборудования. Они применяются для проектирования цифровых схем, которыми оснащаются все современные устройства. Используются в:

Электронике. С помощью появляющегося на экране изображения анализируется сигнал работающего элемента. Благодаря этому удается определить рабочую частоту, правильно выбрать детали, настроить корректную работу.

Ремонте бытовой техники. Применение этого прибора – один из способов выявить неисправность. Замеры сигнала в разных частях электронной начинки позволяют точно определить вышедший из строя электронный компонент.

Ремонте цифрового авто-оборудования. Операции по диагностике автомобилей производятся цифровыми планшетными осциллографами. Эти приборы компактны, что обеспечивает проверку даже в труднодоступных местах электронных компонентов систем:

• зажигание;
• впрыск горючего;
• диодный мост генератора;
• датчик подачи воздуха;
• положение коленчатого, распределительного валов и т. д.

Практических и научно-исследовательских целях. Для этого подходит обычный мультиметр. Однако осциллограф дает более полную картину, возможность увидеть даже незначительные изменения.

Настройке электронного оборудования. Например, если необходима регулировка телевизионного сигнала, используют устройство для получения осциллографического изображения.

Как работает цифровой осциллограф

Когда прибор запущен, происходит подача сигнала на вход канала вертикального направления. Он обладает высоким входным сопротивлением. Аналогично работает вольтметр, который позволяет измерять напряжение на печатной плате, электропроводке, коннекторах, электронных компонентах. Отличие осциллографа от вольтметра заключается в демонстрации временных колебаний напряжения в виде графика.

После поступления сигнала на вход, его усиливают до определенных значений. На экране он отображается в виде вертикальной оси. Цель усиления – обеспечение работы отклоняющей системы лучевой трубки. Также это требуется для функционирования преобразователя сигнала из «аналога» в «цифру». Путем усиления сигнала удается менять (повышать или понижать) масштаб колебаний на экране.

Типы цифровых осциллографов

Цифровые аппараты популярнее, чем аналоговые. Это объясняется более высокой точностью измерений в цифровых осциллографах. Конструкция последних включает аналого-цифровой преобразователь. Его наличие позволяет превращать «аналог» в «цифру». У электронного прибора есть память для сохранения захваченной выборки

Люминофорные (DPO)

Работают по принципу имитации изменения процессов. Выводят изменения модулированных сигналов на экран, подобно аналоговым моделям. Все получаемые ими сигналы анализируются и записываются в память.

Стробоскопические

Принцип работы – метод последовательного стробирования сигнала. За счет повторяющегося сигнала происходит выборка мгновенного значения в новой точке. Плюсы аппаратов – большая полоса пропускания.

С их помощью проводятся процедуры по исследованию коротких периодических сигналов.

Цифровые USB осциллографы

У них масса плюсов:

• легкое подключение к ПК;
• сохранение информации на жесткий диск, работа с ней в текстовом виде;
• быстрая конвертация данных в цифровой текстовый формат;
• удобство использования по причине компактности;
• наличие в одном приборе нескольких: осциллографа, анализатора, генератора сигналов, генератора последовательностей.

Но у устройств отмечены недостатки. Среди них погрешности. Кроме того, хуже характеристики, чем у стационарного оборудования. У многих USB-приборов нет гальванической развязки. Если не соблюдать меры предосторожности, можно вывести из строя ПК.

Цифровые портативные осциллографы

Представлены модифицированными компактными приборами небольшого размера и веса. Потребляют минимум энергии. Используются для проведения научных исследований в сфере промышленности. Подходят для поиска неисправностей машин, а также электрооборудования.

Цифровые запоминающие

Оснащены носителем, способным хранить большие объемы данных. В приборах реализована система считывания информации на высоких скоростях. Они могут воспроизводить имеющиеся события в сигнале в замедленном темпе.

Схема цифрового осциллографа

У прибора есть лучевая трубка, которая обладает чувствительностью к электрическим импульсам. Уровень чувствительности зависит от частоты импульсов – чем выше, тем чувствительнее становится трубка. В ней содержится от 1 до 16 каналов ( зависит от модели). Каждый канал способен принимать электрические импульсы. Чем больше каналов, тем больше графиков одновременно может выводиться на экран.

Особенность прибора цифрового типа — наличие экрана и преобразователя, способного конвертировать аналоговый сигнал в цифровой. Преобразователь имеет память для сохранения данных о колебаниях в виде графиков.

Часть информации подвергается анализу автоматически, а затем в обработанном виде отображается на экране.

Развертка – траектория движения луча. Он выполняет функцию улавливателя колебаний, которые выводятся на экран. Развертка может принимать эллиптическую или круговую форму. Регулируется в горизонтальной оси.

Получает энергию устройство от блока питания, подключаемого к бытовой сети 220 Вольт. Есть модели на аккумуляторах – функционируют в автономном режиме.

Измерения в цифровых осциллографах

Любой аппарат рассчитан на измерение электрического напряжения, из которого затем формируется амплитудный график электрических колебаний. Отображение последних производится на экране. Сам экран изготовлен в двухмерной системе координат. На нем есть две оси – вертикальная (для напряжения) и горизонтальная (для времени). Имеется также третий компонент – яркость (интенсивность сигнала).

Если на устройство не поступают входные импульсы, на экране видна лишь горизонтальная линия. Ее еще называют «нулевой». Это свидетельствует об отсутствии напряжения. При подаче на 1 или 2 канала цифрового осциллографа (каналов может быть больше) напряжения, на экране появятся графики (их число зависит от количества каналов).

Форма графиков электрических колебаний:

• синусоида;
• затухающую синусоида;
• прямоугольник;
• меандр;
• треугольник;
• «пила»;
• импульс;
• перепад;
• комплексный сигнал.

Чтобы обеспечить стабильность графика колебаний, внутрь прибора поместили блок синхронизации. Для получения цикличного отображения колебаний следует выставить значения синхронизации. Это значение будет считаться «стартовым» — отправной точкой графика.

Каналы цифрового осциллографа — для чего нужны

Как уже отмечалось, каналы – это измерители. Если их несколько, то можно одновременно анализировать несколько поступающих сигналов.

Прием сигналов производится входными аналоговыми каналами, которые затем все оцифровывают. Внутри прибора находится анализатор. Его функция – исследование коррелированных цифровых и аналоговых каналов. Работает с множеством контрольных точек. Метод упрощает операции по декодированию многоразрядных параллельных шин.

Многоканальный прибор не всегда качественно диагностирует. Рассмотрим, для решения каких задач подходит один или несколько каналов:

• Цифровой осциллограф на 4 канала или на 6 хорошо справляется с измерениями и сравнениями временных характеристик сигналов, которые поступают от аналоговых устройств.
• С помощью 8 или 16 каналов удастся произвести отладку цифровой системы, работающей по принципу параллельного экспорта данных.
• Высокочастотные измерения проводятся с помощью комбинированных устройств, у которых есть дополнительные каналы и РЧ вход.
• Работа с гальванической развязкой оптимальна с помощью изолированных каналов.
• 20 каналов – решение для синхронизации регистрации, просмотра сигналов по времени.

Как пользоваться цифровым осциллографом

Если устройство новое и им еще ни разу не пользовались, необходимо его откалибровать. Для этого используют генератор прямоугольных импульсов, который находится на корпусе. Операция выполняется путем подключения щупа к калибровочному выходу. После этого на экране появляется линия в виде зигзагов, напоминающая зубья пилы. В таком состоянии рекомендуется проверка работы всех функций.

На экране осциллографа видны небольшие клетки – это деления. Величина квадратов зависит от типа прибора. Есть устройства с делениями, равными 5 единиц. Некоторые оснащаются ручками. С их помощью меняется масштаб графика. Это обеспечивает удобство использования, позволяет проводить измерения точнее.

Перед началом применения необходимо подсоединить осциллограф к бытовой электрической сети 220 Вольт. Подключение щупа производится на один из свободных каналов (если их более 1) или генератор импульсов (в случае его наличия). После этого на дисплее появятся изображения сигналов.

Если на экране сигнал обрывистого характера, значит следует проверить надежность подключения щупа. Для стабильности соединения в приборах предусмотрены миниатюрные ванты. В некотором оборудовании также предусмотрена функция автоматического позиционирования, которая решает проблему обрывистого сигнала.

Как измерять ток

Перед измерением тока цифровым каналом осциллографа необходимо определить вид тока, который будет наблюдаться. Аппараты рассчитаны на работу в двух режимах:

• Direct Current («DC») – для наблюдения за постоянным;
• Alternating Current («АС») – для наблюдения за переменным.

Для измерения постоянного тока необходимо активировать режим «DC». Затем нужно подключить щупы к линиям питания, учитывая полярность. Черный зажим подсоединяется к минусу, а красный – к плюсу. После этого экран прибора покажет прямую линию. Значение тока — это значение вертикальной оси. Сила тока вычисляется по закону Ома. Для этого потребуется разделить напряжение на сопротивление.

Переменный ток отобразится на экране в виде синусоиды. Измерение его значения возможно лишь в определенный отрезок времени. Сила вычисляется по тому же закону Ома.

Как измерить напряжение

При процедуре измерения напряжения не обойтись без вертикальной оси координат. Необходимо анализировать высоту осциллограммы. Перед этой операцией предстоит выполнить настройку дисплея, чтобы обеспечить удобство измерения. После этого перевести прибор в режим DC. Затем подсоединить щупы к контактам цепи. На дисплее отобразится прямая линия. Ее значение – есть напряжение.

Как измерить частоту

Для начала разберем, что такое период и как он связан с частотой электрического сигнала. Под одним периодом подразумевается наименьший промежуток времени, после прохождения которого происходит повтор амплитуды.

Чтобы облегчить наблюдение за периодом, можно воспользоваться горизонтальной осью. Она отвечает за координаты времени. Достаточно увидеть, спустя какое время линейному графику свойственно повторяться. За начало периода нужно брать точки, в которых происходит соприкосновение с размещенной горизонтально осью. Концом периода будет повторение этой же координаты. Для удобства измерения периода сигнала лучше уменьшить скорость развертки. Тогда погрешность измерения сводится к минимуму.

Частотой называют значение, которое обратно пропорционально анализируемому периоду. Если проще, то для измерения значения необходимо 1 секунду поделить на число периодов, проходящих за это время. Таким образом получается частота, измеряемая в Герцах.

Как измерить сдвиг фаз

Взаимное расположение 2-х колебательных процессов во времени называют сдвигом фазы. Измерение параметра проводится в долях периода сигнала. Делается это с целью получения общего значения одинаковых сдвигов фаз.

Перед процедурой нужно выяснить, у какого сигнала есть отставание от другого. После этого выяснить значение знака параметра. В случае движения тока впереди, сдвиг угла получится с отрицательным параметром. Если напряжение уйдет назад, знак значения станет положительным.

Для выполнения операции предстоит:

• умножить 360-и градусов на количество клеток, которые располагаются между началами периодов;
• полученную цифру поделить на количество делений, которое занимает один период сигнала;
• выполнить подбор отрицательного или положительного знака.

Проводить процедуры на аналоговом осциллографе некомфортно. Связано это с отображением на дисплее графиков одинакового цвета. Масштаб самих графиков тоже одинаковый. Цифровое устройство для таких операций – выход. Если взять осциллограф с двумя цифровыми каналами (для чего нужен такой прибор мы уже рассмотрели), то сделать это станет проще благодаря размещению амплитуд на отдельные каналы.

Различия между цифровым и аналоговым осциллографом

Цифровой прибор отличается от аналогового тем, что способен отображать на дисплее сигналы разной яркости. Аналоговым свойственно выполнение развертки сигнала. Они могут работать с физическими величинами, которым свойственно изменяться (напряжением и др.).

Цифровые работают по принципу выборки характеристик сигналов. Понимают дискретные двоичные числа, представляющие значение напряжения. В основе концепции системы запуска – мониторинг событий, происходящих в исследуемых процессах.

В основе аналоговой системы запуска – функционирование на усилителях. Усилители — источники линейных и нелинейных погрешностей. Это может быть задержка и колебания амплитуды. Их проявление отображается на дисплее. Вид — сдвиги положения запуска.

В основе цифровой системы запуска – функционирование без искажений. Может напрямую работать с отчетами АЦП, а также отображать на экране получаемый сигнал практически без изменений (полностью идентичный).

Особенности цифровых устройств:

• работа с полосой пропускания от 70 ГГц и больше;
• функционирование в режиме эквивалентного и реального времени;
• регистрация поступающих сигналов за счет модулей;
• пониженный уровень шума;
• повторяющийся характер работы (так обеспечиваются идеальные условия для мониторинга за параметрами сигналов).

Цифровое оборудование выдает информацию на экран в виде текста. Эти данные – точнее, чем графики, которые выводит на дисплей аналоговое оборудование. Обработка сигналов выполняется по методу Фурье. Вся поступающая информация сохраняется в памяти и может быть распечатана в любое время.

Обзор цифровых осциллографов

Tektronix TBS2000B

Цифровой запоминающий осциллограф TBS2000B позволяет решать основные задачи – отражать и измерять параметры сигналов. Оснащен увеличенным дисплеем, диагональ которого составляет 9 дюймов. Сам экран поделен на 15 делений по горизонтали. Длина записи в величине 5 миллионов точек – это способ захвата больших временных окон, более тщательный анализ.

Благодаря курсорам с ручным управлением и 32 автоматическим измерениям производительность повышается. Имеет порт 100-BaseT Ethernet и модуль Wi-Fi для соединения с сетью. Так можно добиться высокой скорости обмена данными. Цена аппарата невысока. Подходит для решения задач разной сложности.

TBS2000B отличается удобством и простой применения. За счет новой конструкции входов с высокой частотой дискретизации (2 Гвыб/с) увеличивается точность измерений. При измерениях прибор обеспечивает снижение уровня шумов, увеличение эффективной разрядности.

Наличие 32 автоматических измерений свидетельствует о быстроте, а также высокой точности измерений распространенных параметров. Анализ сигналов может проводиться с помощью экранных надписей новых курсоров, которые привязаны к сигналу.

Keysight U1600

При помощи осциллографа производятся операции по измерению формы и параметров сигналов. Модель рассчитана на работу в неблагоприятных условиях (на промышленных производствах). Это устройство — полноценный осциллограф. Подходит для применения в качестве цифрового-среднеквадратического мультиметра. Максимально отображаемое значение – 6000. Благодаря мультиметру возможны замеры постоянного и переменного напряжения, сопротивления по 2-проводной схеме, силы тока, температуры.

Kesight U1600 – прибор ручного типа. Имеет цветной жидкокристаллический дисплей на 4,5 дюймов. Способен отображать осциллограммы по двум каналам.

Серия U1600 представлена несколькими моделями:

• U1602A/U1602B – с полосой пропускания 20 МГц;
• U1604A/U1604B – с полосой пропускания 40 МГц.

Оборудование позволяет делать выборку данных в реальном времени. Работает на частоте до 200 Мвыб/с. В моделях U1604A и U1604B есть функция математической обработка 2-х каналов и БПФ. Благодаря этому удается быстро анализировать сигналы в области частоты и времени.

У каждого прибора есть цифровой истинно-среднеквадратический мультиметр. Выдает значения до 6000. У него также есть функция автоматического выбора диапазона. За счет этого выполняется гибкое и точное измерение напряжения, а также прочих параметров. Наличие функции регистрации данных позволяет анализировать значения в любое время.

Как подобрать цифровой осциллограф

На радиорынке представлены различные приборы. Среди них не последнее место занимают модели из Китая. При разработке и создании китайцы придерживаются одного правила – устройства должны быть универсальными. Речь идет об осциллографах, у которых имеется генератор сигналов.

Важно понимать, что покупка китайского оборудования связана с рисками. К примеру, частая проблема – шумность. Особенно это касается 1-го канала. Шумы бывают разных спектров — от инфранизких до мегагерцовых. Иногда в цепи питания не ставится развязка.

Другой недостаток осциллографа низкого качества – неприемлемая работа генератора, которому свойственно выдавать «свалку» частот. Это создает трудности при обнаружении основной частоты.

Чтобы выбрать хороший прибор, необходимо обращать внимание на достоверность снимаемых данных. От этого зависит успех поставленных задач. При выборе оборудования нужно руководствоваться:

• стоимостью;
• производителем;
• функциональностью;
• рабочими характеристиками.

Полоса пропускания цифрового осциллографа

От системной полосы пропускания зависит способность прибора измерять сигнал аналогового типа в определенном диапазоне. От величины последнего зависит точность измерений.

На что обратить внимание:

1. У устройств начального уровня, максимальная полоса пропускания составляет не более 100 МГц. Они способны показывать амплитуду синусоидальных сигналов частотой до 20 МГц.
2. Чтобы захватить цифровой сигнал, прибору необходимо захватывать основную, третью и пятую гармоники. В противном случае осциллограмма лишится важных деталей. Важно помнить правило пятикратного превышения. Достижение погрешности в пределах ±2 % можно добиться, если полоса пропускания с учетом пробника не менее чем в 5 раз превысит максимальную полосу сигнала.
3. Только так получится добиться точности в измерениях амплитуды.
4. Если планируется работать с высокоскоростными цифровыми сигналами, а также видеосигналами, лучше приобрести осциллограф, у которого полоса пропускания будет выше 500 МГц.

Питание

Прибор работает от аккумулятора, что очень удобно. Такие модели позволяют проводить операции вдали от источников питания. Мастер может совершать выезды на места, где происходит проверка оборудования. Если выезды редкие, лучше брать оборудование, которое работает от бытовой сети. Его преимущества – стабильность работы, а также надежность.

Частота дискретизации

От этого параметра зависят измерения однократных и переходных процессов. Большая величина частоты дискретизации дает более точное изображение на экран.

Что такое осциллограф? | Tektronix

Осциллограф, ранее известный как осциллограф, — это инструмент, который графически отображает электрические сигналы и показывает, как эти сигналы изменяются во времени. Он измеряет эти сигналы, подключаясь к датчику, который представляет собой устройство, создающее электрический сигнал в ответ на физические раздражители, такие как звук, свет и тепло. Например, микрофон — это датчик, который преобразует звук в электрический сигнал.

Здесь мы расскажем все, что вам нужно знать об осциллографе, от того, как он работает, до того, как выбрать правильный.

История осциллографа

В 1897 году немецкий физик Карл Фердинанд Браун изобрел электронно-лучевую трубку и вместе с ней первый осциллограф, который спустя десятилетия был расширен компанией A.C. Cossor. В 1934 году General Radio выпустила первый коммерческий осциллограф, и он стал первым, который использовался вне лаборатории. А в 1946 году Говард Воллум и Мелвин Джек Мердок основали компанию Tektronix, которая впоследствии стала мировым лидером в производстве осциллографов. С тех пор Tek продолжает выпускать инновационные новые технологии, в том числе первый цифровой осциллограф в 1971 и первое программное решение для передачи осциллографа в облако — TekDrive — в 2020 году. Осциллографы являются основным элементом рабочего стола любого инженера, и на протяжении всей истории они даже фигурировали в известных фильмах. Вы можете посетить веб-сайт музея Tek, чтобы увидеть полный список осциллографов в фильмах.

Для чего нужен осциллограф?

Осциллографы часто используются при проектировании, производстве или ремонте электронного оборудования. Инженеры используют осциллограф для измерения электрических явлений и быстрого и точного решения задач измерения, чтобы проверить свои конструкции или убедиться, что датчик работает правильно.

Кто пользуется осциллографом?

Ученые, инженеры, физики, специалисты по ремонту и преподаватели используют осциллографы для наблюдения за изменением сигналов во времени. Автомобильный инженер может использовать осциллограф для сопоставления аналоговых данных от датчиков с последовательными данными от блока управления двигателем. Между тем, медицинский исследователь может использовать осциллограф для измерения мозговых волн. Нет недостатка в приложениях для этого мощного инструмента.

Как работает осциллограф?

Существуют три основные системы осциллографа: вертикальная, горизонтальная и триггерная. Вместе эти системы предоставляют информацию об электрическом сигнале, поэтому осциллограф может точно восстановить его. На рисунке ниже показана блок-схема осциллографа.

Первая ступень ослабляет или усиливает напряжение сигнала для оптимизации амплитуды сигнала; это называется вертикальной системой, поскольку она зависит от управления вертикальным масштабом. Затем сигнал поступает в блок сбора данных, где аналого-цифровой преобразователь (АЦП) используется для выборки напряжения сигнала и преобразования его в значение цифрового формата. Горизонтальная система, которая содержит часы выборки, дает каждой выборке напряжения точную временную (горизонтальную) координату. Тактовая частота дискретизации управляет АЦП, а его цифровой выход сохраняется в памяти сбора данных в качестве точки записи. Система триггера обнаруживает указанное пользователем условие в потоке входящего сигнала и применяет его в качестве эталона времени в записи осциллограммы. Отображается событие, отвечающее критериям запуска, а также данные сигнала, предшествующие или следующие за событием.

Осциллограф, цифровой мультиметр или вольтметр

Осциллограф, цифровой мультиметр, вольтметр — в чем разница и взаимозаменяемы ли они? Вольтметр измеряет разность потенциалов между двумя узлами электрической цепи. Хотя цифровой мультиметр также измеряет напряжение, он также может измерять ток и сопротивление. А осциллограф показывает, как меняется напряжение во времени. Как правило, по мере того, как приложение становится более продвинутым, совершенствуется и прибор.

Что измеряет осциллограф?

Проще говоря, осциллограф измеряет волны напряжения. На экране осциллографа напряжение отображается вертикально по оси Y, а время отображается горизонтально по оси X. Интенсивность или яркость дисплея иногда называют осью Z. Полученный график может многое рассказать о сигнале, в том числе:

• Значения времени и напряжения сигнала
• Частота колебательного сигнала
• «Движущиеся части» цепи, представленные сигналом
• Частота, с которой возникает конкретная часть сигнала относительно других частей
• Является ли неисправный компонент искажением сигнала
• Какая часть сигнала представляет собой постоянный ток (DC) или переменный ток (AC)
• Шумовая часть сигнала
• Изменяется ли шум со временем

Типы осциллографов

Существует два типа осциллографов: аналоговые и цифровые. Аналоговый осциллограф захватывает и отображает форму волны напряжения в ее исходной форме, в то время как цифровой осциллограф использует аналого-цифровой преобразователь для захвата и хранения информации в цифровом виде. Когда дело доходит до отладки и проектирования, большинство инженеров сегодня используют цифровые осциллографы. Цифровые осциллографы обычно делятся на пять категорий: от менее дорогих осциллографов общего назначения до более сложных осциллографов, которые, хотя и стоят дороже, предлагают расширенные функциональные возможности и большую точность, чем более простые модели.

 

• Цифровой запоминающий осциллограф (DSO). Это обычный цифровой осциллограф, который идеально подходит для низкочастотных или однократных высокоскоростных многоканальных приложений.
• Цифровой люминофорный осциллограф (DPO): DPO использует новый подход к архитектуре осциллографа и, в отличие от DSO, обеспечивает ось Z (интенсивность) в режиме реального времени. DPO являются лучшим универсальным инструментом проектирования и устранения неполадок для широкого спектра приложений и часто используются для расширенного анализа, тестирования маски связи, цифровой отладки прерывистых сигналов, повторяющегося цифрового проектирования и приложений синхронизации.
• Осциллограф смешанных сигналов (MSO): тип DSO, MSO предназначены для отображения и сравнения как аналоговых, так и цифровых сигналов. Это инструмент выбора для быстрой отладки цифровых схем с использованием мощного цифрового запуска, возможности сбора данных с высоким разрешением и инструментов анализа.
• Осциллограф смешанных доменов (MDO): Эти осциллографы обладают теми же возможностями, что и осциллографы смешанных сигналов, но также имеют встроенный анализатор спектра, добавляя отладку ВЧ к аналоговым и цифровым возможностям.
• Цифровой стробоскопический осциллограф. Для высокоскоростного анализа сигналов стробоскопические осциллографы поддерживают анализ джиттера и шума с получением данных со сверхнизким джиттером. Его полоса пропускания и высокоскоростная синхронизация в 10 раз выше, чем у других осциллографов для повторяющихся сигналов.

Узнайте больше о типах осциллографов и характеристиках каждого из них, чтобы найти осциллограф, подходящий для вашего приложения.

Как выбрать лучший осциллограф

Когда дело доходит до выбора правильного осциллографа, необходимо учитывать ряд факторов, включая полосу пропускания, частоту захвата сигнала, частоту дискретизации, время нарастания, возможности запуска и цену. Точно так же, как скорость затвора, условия освещения и диафрагма камеры влияют на ее способность четко и точно захватывать изображение, характеристики осциллографа существенно влияют на его способность обеспечивать требуемую целостность сигнала. Чтобы узнать больше об этих критериях и о том, как они могут относиться к вашим приложениям, прочитайте наш подробный обзор того, как оценивать осциллограф.

Ресурсы осциллографов

Цифровые осциллографы — это ключ к решению современных сложных измерительных задач. Tektronix является мировым лидером в производстве осциллографов и предлагает широкий выбор осциллографов для удовлетворения потребностей даже самых сложных приложений. Купите осциллографы сегодня или обратитесь к представителю Tektronix, чтобы запросить демонстрацию осциллографа.

Не готовы «нажать на курок»? Загрузите наше руководство по осциллографам XYZ, чтобы узнать все, что вам нужно знать, чтобы выбрать и использовать лучший осциллограф для вашего приложения.

Что такое осциллограф? Введение в аналоговые и цифровые осциллографы

Осциллограф, вероятно, является наиболее часто используемым лабораторным оборудованием инженерами-электриками и электронщиками (помимо мультиметра). Но что такое осциллограф? Какие существуют типы осциллографов? Как работает осциллограф? Давайте попробуем разобраться во всем этом в этом вводном руководстве по осциллографу.

Краткое описание

Что такое осциллограф?

Осциллограф — это электронный контрольно-измерительный прибор, который графически отображает электрические сигналы в виде графика X-Y. Здесь горизонтальная (X) представляет время, а вертикальная (Y) ось представляет величину напряжения. Итак, осциллограф, по сути, отображает график изменения напряжения электрического сигнала с течением времени. В результате более ранние осциллографы называются осциллографами.

В то время как мультиметр также измеряет напряжение электрического сигнала, осциллограф выводит это измерение на новый уровень, визуально представляя сигнал с помощью формы волны. Построив такие формы сигналов, можно легко интерпретировать основные свойства сигнала, такие как амплитуда, частота, период, время нарастания и спада и т. д.

Например, если вы проектируете источник питания на 12 В, мультиметр может только отображать, является ли выходное напряжение вашего источника питания 12 В или нет. Осциллограф, с другой стороны, может отображать форму волны выходной мощности, где вы можете анализировать шум, пульсации, частоту переключения и т. д. и вносить любые улучшения или исправления.

Краткая история осциллографа

Вы помните телевизоры с ЭЛТ? Эти громоздкие и тяжелые телевизоры имеют электронно-лучевую трубку, отвечающую за вывод изображения на экран. Фактически, Фердинанд Браун в 1897 году разработал первый осциллограф, экспериментируя с электронно-лучевыми трубками. В 1899 году Джонатан Зеннек разработал первую осциллограмму, добавив пластины, формирующие луч, и применив линейное горизонтальное магнитное поле отклонения.

Все эти эксперименты в основном привели к созданию полезных лабораторных устройств, но это изменилось в 1931, когда д-р В. К. Зворыкин опубликовал статью об ЭЛТ, в которой были решены проблемы горячего катода и вакуума. В конечном итоге это привело к тому, что General Radio выпустила первый портативный осциллограф на основе ЭЛТ.

Забавный факт: поскольку оригинальный осциллограф был разработан с использованием технологии электронно-лучевой трубки, более ранние осциллографы назывались электронно-лучевыми осциллографами или сокращенно CRO. Термин «CRO» стал популярным отраслевым термином, и даже сегодня многие старшие инженеры используют CRO как синоним осциллографа, хотя большинство современных осциллографов являются цифровыми с ЖК-дисплеями.

Развитие полупроводниковых технологий (процессоры, память и преобразователи данных), технология ЖК-дисплеев, а также растущая стоимость ЭЛТ заставили инженеров заняться цифровыми осциллографами. Большинство современных осциллографов называются цифровыми запоминающими осциллографами (DSO), поскольку они захватывают и сохраняют кривую для повторного исследования.

Типы осциллографов

В основном осциллографы бывают двух типов.

• Аналоговый
• Цифровой

Эта классификация стала важной только после разработки цифровых запоминающих осциллографов в 1990-х годах.

Что такое аналоговый осциллограф?

Ранее CRO были аналоговыми осциллографами. Они очень просты, поскольку нет необходимости в какой-либо обработке сигналов, а электрические сигналы отображаются в виде формы волны, как при использовании усилителей с высоким коэффициентом усиления.

Простой CRO состоит из ЭЛТ (электронно-лучевой трубки), вертикального и горизонтального усилителей, блока запуска, базы времени (генератора развертки) и источника питания.

Что такое цифровой осциллограф?

Основное различие между аналоговыми и цифровыми осциллографами заключается в том, что в цифровых осциллографах аналоговый сигнал захватывается и преобразуется в цифровой с помощью аналого-цифрового преобразователя.

Преимущество использования цифровых осциллографов заключается в том, что вы можете легко сохранять цифровые данные в цифровой памяти. Это главная особенность цифровых запоминающих осциллографов или DSO, когда часть трассы захватывается и может быть проанализирована позже.

До использования ЖК-дисплеев цифровые осциллографы все еще использовали ЭЛТ для отображения сигнала. Для таких осциллографов требуется цифро-аналоговый преобразователь для обратного преобразования цифровых сигналов в аналоговые и отображения их на ЭЛТ. Но с ЖК-дисплеями мы можем полностью избежать этого шага, поскольку цифровые сигналы могут отображаться непосредственно на ЖК-дисплее (с некоторым преобразованием).

Цифровые осциллографы далее подразделяются на:

• Цифровые запоминающие осциллографы (DSO)
• Осциллограф смешанных сигналов (MSO)
• Цифровой люминофорный осциллограф (DPO)
• Осциллограф смешанного домена (MDO)
• Цифровой стробоскопический осциллограф

Как работает осциллограф?

Теперь, когда мы узнали, что такое осциллограф и два основных типа осциллографов, давайте попробуем понять, как работает осциллограф. Поскольку в целом существуют аналоговые и цифровые осциллографы, мы увидим, как работает каждый из них.

Аналоговый осциллограф

ЭЛТ является основной частью всех аналоговых осциллографов. Если мы сможем понять, как работает ЭЛТ, то мы сможем легко понять, как отображать сигнал на экране ЭЛТ. На следующем изображении показаны основные строительные блоки, необходимые для отображения сигнала на ЭЛТ.

Вертикальная секция на приведенной выше блок-схеме отвечает за отправку основного изображения на вертикальные отклоняющие пластины ЭЛТ. Вертикальная часть усиливает или ослабляет входной сигнал. Горизонтальный участок отвечает за движение электронного луча слева направо. Секция триггера определяет, когда отображать сигнал на ЭЛТ.

Система отображения

На следующем рисунке показана упрощенная система отображения аналогового осциллографа. Цепь оси Z на блок-схеме отвечает за управление яркостью электронного луча.

Вертикальная система

В своей базовой форме вертикальная система аналогового осциллографа состоит из аттенюатора, предварительного усилителя, линии задержки и главного усилителя. На следующем изображении показана блок-схема вертикальной системы осциллографа.

Часть аттенюатора вертикальной системы ослабляет входной сигнал, а также обеспечивает связь по переменному или постоянному току. Стадия предварительного усиления отвечает за изменение постоянной составляющей сигнала и, как следствие, позволяет изменять положение трассы. Линия задержки вертикального участка позволяет отображать начало сигнала.

Горизонтальная система

Для правильного отображения сигнала на осциллографе одинаково важны как вертикальная, так и горизонтальная системы. В то время как вертикальная система отвечает за амплитудную часть сигнала, горизонтальная система вносит 2 ^-й -й размер, т. е. временной аспект сигнала.

Горизонтальная система подает отклоняющее напряжение на горизонтальные пластины для перемещения электронного луча по горизонтали. Для этого схема генератора развертки генерирует пилообразный (или пилообразный) сигнал для управления скоростью развертки луча.

На следующем рисунке показана блок-схема горизонтальной системы осциллографа. Пилообразный или пилообразный сигнал нарастает линейно и позволяет измерять время между двумя событиями. Генератор развертки откалиброван по времени, поэтому он также известен как Time Base.

В дополнение к базе времени ранее звучащая система управления по оси Z также является частью горизонтальной системы.

Система запуска

Последней важной частью осциллографа является система запуска. Эта система определяет время, в которое осциллограф рисует сигнал на экране.

Экран ЭЛТ изнутри покрыт фосфором, так что при ударе электрона экран излучает свет. Горизонтальная система отвечает за перемещение луча слева направо. Когда он достигает крайней правой части экрана, он быстро возвращается влево, чтобы начать процесс еще раз. Этот процесс называется Sweep (или Trace, или Scan).

Вертикальная система отвечает за перемещение луча по вертикали. Триггерная система осциллографа гарантирует, что осциллограмма всегда начинается в одной и той же точке экрана.

Цифровой осциллограф

Возьмем цифровой осциллограф с ЭЛТ в качестве эталона для понимания работы. На следующем изображении показана упрощенная блок-схема типичного цифрового осциллографа с ЭЛТ-дисплеем.

Основное отличие заключается в вертикальной системе осциллографа. Итак, давайте сосредоточимся только на этом, так как остальная работа будет аналогична работе аналогового осциллографа.

После каскада ослабления и предварительного усиления аналоговый сигнал преобразуется в цифровой с помощью АЦП (аналого-цифрового преобразователя). Затем цифровой сигнал поступает в блок обработки, который выполняет некоторую обработку сигнала (вычисляет основные параметры, сохраняет их в памяти и т. д.). Чтобы отобразить сигнал на ЭЛТ, цифровой сигнал необходимо преобразовать обратно в аналоговый с помощью цифро-аналогового преобразователя.

Заключение

В этой статье мы представили вводное руководство по осциллографам. Мы узнали, что такое осциллограф, какие существуют типы осциллографов, основные компоненты осциллографа и как работают аналоговые и цифровые осциллографы.