Основные сведения о работе осциллографа

Основные сведения о работе осциллографа | Rohde & Schwarz

Осциллографы и пробники. Основы

Для правильного функционирования осциллографа и получения достоверных измерительных данных необходимо фундаментальное понимание принципов работы осциллографа и его основных систем. Ниже приводится описание настроек, необходимых для выполнения базовых измерений зависимостей напряжения от времени с помощью осциллографа.

Основное предназначение осциллографов — измерение и отображение зависимости напряжения от времени. Они широко используются для разработки, испытаний и отладки практически всех электрических/электронных устройств.

Осциллографы показывают зависимость напряжения от времени для периодических или повторяющихся сигналов. Современные цифровые запоминающие осциллографы способны также с легкостью отображать и сохранять сигналы непериодической формы. Помимо базового отображения зависимостей напряжения от времени большинство современных осциллографов часто имеют множество дополнительных функций, например:

• автоматические измерения амплитуды напряжения или частоты
• возможность просмотра сигналов последовательных шин и анализа смешанных сигналов
• анализ сигналов в частотной области — аналогично анализатору спектра

Для проведения измерений и отображения результатов в осциллографе настраиваются параметры четырех основных «систем»:

1) Система вертикального отклонения

Для проведения измерений и отображения результатов в осциллографе настраиваются параметры четырех основных «систем»:

2) Система горизонтального отклонения

Для проведения измерений и отображения результатов в осциллографе настраиваются параметры четырех основных «систем»:

3) Система синхронизации (запуска)

Для проведения измерений и отображения результатов в осциллографе настраиваются параметры четырех основных «систем»:

4) Система отображения

Система вертикального отклонения

По вертикальной оси отображается зависимость напряжения от времени. Система вертикального отклонения используется для масштабирования и вертикального позиционирования осциллограммы. Для отображения и масштабирования осциллограмм используется регулятор В/дел (количество вольт на одно деление), который управляет усилением или ослаблением входного сигнала.

Самая важная вещь, о которой следует помнить при настройке вертикальной системы, — использовать регулятор В/дел таким образом, чтобы отобразить на экране максимально развернутый по вертикали вид осциллограммы. Другими словами, чтобы положительные и отрицательные пики находились как можно ближе к верхней и нижней границам экрана без ограничения (обрезки) осциллограммы.

Такой подход гарантирует, что используются все разряды аналого-цифрового преобразователя (АЦП) осциллографа и все преимущества АЦП. Кроме того, при максимальном вертикальном масштабе легче увидеть мелкие детали или особенности сигнала.

При увеличении настройки вольт/деление осциллограмма уменьшается

При уменьшении настройки вольт/деление осциллограмма увеличивается

Регулятор положения можно использовать для перемещения осциллограммы вверх или вниз по экрану

Система горизонтального отклонения

При описании системы горизонтального отклонения необходимо рассматривать две отдельные темы или два аспекта: отображение осциллограммы и частоту дискретизации.

Отображение осциллограммы

Элементы управления отображением осциллограммы в системе горизонтального отклонения связаны с горизонтальной осью, которая соответствует оси времени. Эти элементы управления можно использовать для масштабирования осциллограммы и/или для изменения ее положения по горизонтали. Как и в случае регулятора В/дел в системе вертикального отклонения, регулятор сек/дел изменяет временной интервал, соответствующий одному делению, то есть определяет, сколько периодов сигнала можно увидеть на экране осциллографа. Используйте регулятор положения для перемещения осциллограммы вправо и влево по экрану.

Отображение осциллограммы

Частота дискретизации

Более важным аспектом системы горизонтального отклонения является понятие дискретизации.
Система оцифровывает входной сигнал с заданной в отсчетах в секунду частотой дискретизации или через каждый интервал дискретизации. Эти отсчеты хранятся в памяти и вместе составляют так называемую запись осциллограммы.

Чем выше частота дискретизации:

• тем выше разрешение/детализация отображаемой осциллограммы
• тем выше вероятность обнаружения редких событий
• тем выше требования к хранилищу данных (требуется большая глубина памяти)

Какую частоту дискретизации выбрать?
Если входной сигнал дискретизируется с недостаточной частотой, существует риск получения ложного сигнала, который не будет точным представлением исходного сигнала.

Отсчеты, хранящиеся в памяти, которые составляют так называемую запись осциллограммы.

Правило Найквиста (теорема Котельникова-Найквиста) гласит, что выборка должна выполняться с вдвое большей частотой, чтобы избежать наложения спектров. Общая рекомендация состоит в том, чтобы иметь частоту дискретизации как минимум в 2,5 раза превышающую полосу пропускания осциллографа.

Система синхронизации (запуска) и режимы запуска

Система синхронизации (запуска) чрезвычайно важна, поскольку синхронизация (запуск) требуется практически для всех операций осциллографа. По сути, функция запуска определяет условия, которые должны быть выполнены перед тем, как осциллограф начнет захват данных, т.е. начнет получать отсчеты сигнала.

Синхронизация способна делать две разные вещи:

Во-первых, она способна стабилизировать повторяющийся или периодический сигнал, такой как синусоида, заставляя каждую развертку начинаться в заданной точке сигнала

Функции запуска также могут использоваться для захвата непериодических одиночных событий, таких как одиночный импульс, пакет импульсов и т. д.

Важно правильно настроить функцию запуска. Неправильная конфигурация запуска — одна из распространенных проблем при использовании осциллографов. Существует множество разных типов запуска. Современные осциллографы могут осуществлять запуск по таким вещам, как длительности импульсов, ранты или глитчи. Наиболее распространенный тип запуска (синхронизации) —

запуск по фронту сигнала.

При запуске по фронту запуск происходит при достижении напряжением порогового значения либо по переднему фронту, либо по заднему фронту сигнала.

Помимо различных типов запуска, существуют также различные режимы запуска. Режим запуска определяет поведение прибора в случае отсутствия событий запуска. Здесь мы различаем автоматический и нормальный режимы запуска.

В автоматическом режиме, если условия запуска не выполнены, осциллограф вновь запускается через определенный промежуток времени. Если возникает событие запуска, оно получает приоритет. Этот режим помогает увидеть форму сигнала еще до установки функции запуска. Осциллограмма на экране не синхронизирована, и последующие осциллограммы не начинаются из одной и той же точки сигнала.

В нормальном режиме прибор получает стандартную осциллограмму только при срабатывании функции запуска, то есть при выполнении всех условий запуска. Если запуска не происходит, осциллограмма не захватывается и отображается последняя захваченная осциллограмма. Если захваченные ранее осциллограммы отсутствуют, то на экране ничего не отображается.

При запуске по фронту запуск происходит при достижении напряжением порогового значения либо по переднему фронту, либо по заднему фронту сигнала

Система отображения

В аналоговых осциллографах система отображения была несколько большим, чем просто электронно-лучевая трубка, отображающая светящийся зеленый след. Отображаемые анализируемые или измеряемые сигналы часто выводились на экран с нанесенными счетными делениями.

Современные цифровые осциллографы содержат множество функций отображения и измерения, таких как увеличение и уменьшение масштаба сигнала, а также использование курсоров или маркеров для выполнения ручных измерений. Они также содержат большое число автоматизированных измерительных функций, таких как пиковое напряжение или его размах, частота, время нарастания и спада, скорость нарастания, коэффициент амплитуды и количество импульсов.

Многие из этих значений также могут быть получены в виде статистики (статистическая измерения).

Аналоговый осциллограф

Цифровой осциллограф

Посмотрите наше видео «Основные сведения о работе осциллографа», чтобы узнать больше

В этом видеоролике объясняются основные принципы работы осциллографа, включая наиболее важные его системы и параметры их конфигурации.

Смотреть видео

Не уверены, какой осциллограф лучше всего подойдет для ваших измерений? Наши специалисты вам помогут.

Свяжитесь с нами

{{{login}}}

{{{flyout}}}

{{! ]]> }}

Осциллограф DSO — что это такое?

На сегодняшний день рынок измерительного оборудования насчитывает сотни категорий и тысячи единиц техники. И с каждым годом обычному человеку становится все труднее разобраться в представленном многообразии. Сегодня мы постараемся дать ответ на вопрос, который часто задают наши клиенты — что же такое осциллограф DSO? Аббревиатура расшифровывается как digital storage oscilloscope, что в переводе на русский язык означает цифровой запоминающий осциллограф.

Цифровой — это принцип, на котором основывается преобразование информации для ее визуального отображения. При подключении источника к одному из входных каналов, производится обработка при помощи аналого-цифрового преобразователя. Скорость и качество обработки напрямую зависят от его характеристик, в первую очередь от разрядности. Современные устройства все чаще оснащаются 10-битными АЦП, которые в несколько раз превосходят по производительности более дорогие решения, но с процессором 8 бит. В совокупности с прецизионной частотой дискретизации, подобные устройства демонстрируют непревзойденное качество изображения и гарантируют обнаружение даже единичных аномалий.

Запоминающий — этот термин говорит о том, что прибор оснащен встроенной памятью. Благодаря этому, у вас появляется возможность наблюдать сигнал в реальном времени, и сохранять результаты для последующего анализа. Суммарный объем варьируется в зависимости от конкретной модели, но даже дешевые анализаторы позволяют сохранять осциллограммы длительностью до нескольких дней. При наличии дополнительных опций, Вы сможете увеличить объем до необходимого значения. Если память переполнена, поддержка популярных интерфейсов передачи данных позволит перенести накопленную информацию на персональный компьютер или съемный носитель, используя USB или Ethernet.

Осциллограф — один из наиболее распространенных типов контрольно-измерительного оборудования. Ни одно промышленное предприятие или исследовательская лаборатория, занимающееся разработкой и ремонтом сложной техники, не может обойтись без подобного прибора. Подробное исследование показателей электрического сигнала обуславливает быстрый поиск проблемных участков электрической схемы и позволяет устранить неисправность в самые сжатые сроки. Высокая точность, минимальная погрешность, богатый набор режимов, а также интегрированные функции другой аппаратуры (вольтметра, генератора, частотомера) — все это характеризует современные DSO изделия.

RTB2002: Цифровой осциллограф

В наличии

Популярные осциллографы Rohde

• Бренд: Rohde & Schwarz;
• Входы: 2 канала;
• Полоса пропускания: 70 МГц;
• Частота дискретизации: 2,50 ГВыб/с;
• Тип: Цифровой;
• Форм-фактор: Настольный;

Цена зависит от комплектации

RTC1002: Цифровой осциллограф

В наличии

Популярные осциллографы Rohde

• Бренд: Rohde & Schwarz;
• Входы: 2 канала;
• Полоса пропускания: 50 МГц;
• Частота дискретизации: 2 ГВыб/с;
• Тип: Цифровой;
• Форм-фактор: Настольный;

Цена зависит от комплектации

RTh2002: Портативный цифровой осциллограф

В наличии

Популярные осциллографы Rohde

• Бренд: Rohde & Schwarz;
• Входы: 2 канала;
• Полоса пропускания: 60 МГц;
• Частота дискретизации: 5 ГВыб/с;
• Тип: Цифровой;
• Форм-фактор: Портативный;

Цена зависит от комплектации

RTB2004: Цифровой осциллограф

Популярные осциллографы Rohde

• Бренд: Rohde & Schwarz;
• Входы: 4 канала;
• Полоса пропускания: 70 МГц;
• Частота дискретизации: 2,50 ГВыб/с;
• Тип: Цифровой;
• Форм-фактор: Настольный;

Цена зависит от комплектации

RTh2004: Портативный цифровой осциллограф

Популярные осциллографы Rohde

• Бренд: Rohde & Schwarz;
• Входы: 4 канала;
• Полоса пропускания: 60 МГц;
• Частота дискретизации: 5 ГВыб/с;
• Тип: Цифровой;
• Форм-фактор: Портативный;

Цена зависит от комплектации

RTM3002: Цифровой осциллограф

Популярные осциллографы Rohde

• Бренд: Rohde & Schwarz;
• Входы: 2 канала;
• Полоса пропускания: 100 МГц;
• Частота дискретизации: 5 ГВыб/с;
• Тип: Цифровой;
• Форм-фактор: Настольный;

Цена зависит от комплектации

TBS1052B: Цифровой лабораторный осциллограф

Популярные осциллографы Tektronix

• Бренд: Tektronix;
• Входы: 2 канала;
• Полоса пропускания: 50 МГц;
• Частота дискретизации: 1 ГВыб/с;
• Тип: Цифровой;
• Форм-фактор: Настольный;

Цена зависит от комплектации

RTP044: Цифровой осциллограф высшего класса

Популярные осциллографы Rohde

• Бренд: Rohde & Schwarz;
• Входы: 4 канала;
• Полоса пропускания: 4 ГГц;
• Частота дискретизации: 20 ГВыб/с;
• Тип: Цифровой;
• Форм-фактор: Настольный;

Цена зависит от комплектации

RTA4004: Цифровой осциллограф

Популярные осциллографы Rohde

• Бренд: Rohde & Schwarz;
• Входы: 4 канала;
• Полоса пропускания: 200 МГц;
• Частота дискретизации: 5 ГВыб/с;
• Тип: Цифровой;
• Форм-фактор: Настольный;

Цена зависит от комплектации

TBS2104: Прецизионный цифровой запоминающий осциллограф

Популярные осциллографы Tektronix

• Бренд: Tektronix;
• Входы: 4 канала;
• Полоса пропускания: 100 МГц;
• Частота дискретизации: 1 ГВыб/с;
• Тип: Цифровой;
• Форм-фактор: Настольный;

Цена зависит от комплектации

TBS1032B: Бюджетный цифровой осциллограф

Популярные осциллографы Tektronix

• Бренд: Tektronix;
• Входы: 2 канала;
• Полоса пропускания: 30 МГц;
• Частота дискретизации: 1 ГВыб/с;
• Тип: Цифровой;
• Форм-фактор: Настольный;

Цена зависит от комплектации

TBS2102: Высокоточный цифровой осциллограф

Популярные осциллографы Tektronix

• Бренд: Tektronix;
• Входы: 2 канала;
• Полоса пропускания: 100 МГц;
• Частота дискретизации: 1 ГВыб/с;
• Тип: Цифровой;
• Форм-фактор: Настольный;

Цена зависит от комплектации

Fluke 123: Портативный осциллограф

Популярные осциллографы Fluke

• Бренд: Fluke;
• Входы: 2 канала;
• Полоса пропускания: 20 МГц;
• Тип: Цифровой;
• Форм-фактор: Портативный;

Цена зависит от комплектации

Fluke 124: Портативный осциллограф

Популярные осциллографы Fluke

• Бренд: Fluke;
• Входы: 2 канала;
• Полоса пропускания: 40 МГц;
• Тип: Цифровой;
• Форм-фактор: Портативный;

Цена зависит от комплектации

Fluke 190-062: Портативный осциллограф

Популярные осциллографы Fluke

• Бренд: Fluke;
• Входы: 2 канала;
• Полоса пропускания: 60 МГц;
• Тип: Цифровой;
• Форм-фактор: Портативный;

Цена зависит от комплектации

Fluke 125: Портативный осциллограф

Популярные осциллографы Fluke

• Бренд: Fluke;
• Входы: 2 канала;
• Полоса пропускания: 40 МГц;
• Тип: Цифровой;
• Форм-фактор: Портативный;

Цена зависит от комплектации

принципы действия, отличия, сферы применения

7 сентября 2020

подписаться подписаться

Осциллографы предназначены для измерения параметров электрических и оптических сигналов — напряжения, частоты, сдвига фаз, отношения сигнала к шуму и других. Эти приборы незаменимы при проектировании, тестировании и ремонте интегральных схем, полупроводниковых и других устройств.

За десятилетия совершенствования осциллографов их характеристики существенно улучшились, а возможности применения — расширились. Производители разработали разные типы осциллографов. В наши дни широкое распространение получили цифровые приборы двух типов — стробоскопические и реального времени. Перед тем, как выбрать и купить осциллограф, нужно изучить сходства и различия устройств разных типов. В этом вам поможет настоящий обзор.

Содержание

• Немного истории
• Стробоскопические осциллографы
• Осциллографы реального времени
• Сравнение осциллографов разных типов
• Сферы применения осциллографов разных типов
• Тенденции совершенствования осциллографов
• Выводы

Немного истории

История осциллографов началась в далёком 1893 году, когда учёный Андре Блондель из Франции создал магнитоэлектрический прибор для регистрации характеристик сигналов. Этот первый осциллограф, крайне примитивный по сегодняшним меркам, выводил результаты измерений на движущуюся ленту с помощью маятника с чернилами. Большое количество трущихся деталей значительно снижало точность устройства. Полоса его пропускания также была небольшой — всего 10-19 кГц.

Блондель Андре-Эжен, физик, специалист в области электротехники, изобретатель электромеханического осциллографа

1897 год был ознаменован изобретением электронно-лучевой трубки — устройства, давшего осциллографам новую жизнь. Первую модель прибора, оснащённого ЭЛТ, в 1932 году продемонстрировала английская компания A. C. Cossor.

Вторая мировая война затормозила развитие измерительной техники. После её окончания началось стремительное распространение осциллографов во многих странах мира, в первую очередь — в Америке и Европе.

В 1946 году был изобретён первый в мире осциллограф с ждущей развёрткой — такой, которая срабатывает только тогда, когда присутствует исследуемый электрический сигнал.

Из года в год улучшались характеристики осциллографов — повышалась их точность, расширялась полоса пропускания. Тем не менее, всё это время неизменным оставалось одно — все измерительные приборы были аналоговыми. Революционным событием стало создание в 1985 году первых цифровых осциллографов, предназначенных для научного центра CERN. Их разработала компания LeCroy, которая в последующие годы получала огромное количество заказов на свои устройства.

Появлению и бурному развитию цифровых осциллографов поспособствовало создание таких устройств, как:

• гибридные аналого-цифровые преобразователи, позволяющие точно и быстро переводить электрические и оптические сигналы в цифровую форму;
• компактных, информативных и энергоэффективных дисплеев, на которые выводится информация о результатах измерений;
• запоминающих модулей, позволяющих фиксировать выборки сигнала в памяти.

Аналоговые осциллографы, оснащённые электронно-лучевыми трубками, ушли на второй план далеко не сразу — слишком сильны были привычки и предпочтения учёных и исследователей второй половины XX века. Такие приборы отображали сигнал в режиме реального времени, они не позволяли масштабировать его и сохранять данные в памяти, поэтому со временем закономерно уступили свои позиции. Цифровые осциллографы оказались гораздо более функциональными, поэтому именно они в итоге завоевали рынок измерительного оборудования.

Совершенствуя цифровые приборы, разработчики создали несколько типов осциллографов — в частности, стробоскопические и реального времени. Модели, входящие в каждую из этих групп, имеют разные, хоть и частично пересекающиеся, сферы применения (подробнее об этом будет рассказано далее).

Стробоскопические осциллографы и устройства, работающие в реальном времени, имеют сходство, и оно — в тракте дискретизации (оцифровки) исследуемого сигнала. Последний подаётся на входной интерфейс прибора и переводится в цифровую форму в цепи предварительной обработки. Трансформированный таким образом сигнал отображается на экране осциллографа и сохраняется в его памяти. На этом сходства приборов разных типов заканчиваются, и начинаются принципиальные различия.

Стробоскопические осциллографы

У этих приборов есть другое название — осциллографы DCA (Digital Communication Analyzer, цифровые коммуникационные анализаторы). Их используют для изучения временных и амплитудных характеристик периодических сигналов, визуализации их формы.

Стробоскопический осциллограф N1092D серии DCA-M обладает высочайшей чувствительностью
благодаря уровню собственных шумов менее 5 мкВт

Принцип действия осциллографов DCA основывается на стробоскопическом эффекте. Анализ сигналов с их помощью производится в несколько этапов:

• исследуемый сигнал подаётся на стробоскопический смеситель, в который входят запоминающий модуль и диодная ключевая схема;
• при первом выполнении условий старта прибор захватывает группу выборок, разнесённых по времени;
• далее осциллограф смещает точку запуска и захватывает очередной набор выборок, которые отображаются на экране совместно с первой группой. Смещение происходит с помощью коротких строб-импульсов, создаваемых специальной схемой. Последняя обеспечивает фиксированный шаг считывания, на который и происходит сдвиг точки захвата;
• процесс повторяется, в результате чего строится осциллограмма с бесконечным послесвечением, сформированная по данным многочисленных считываний исследуемого сигнала.

Описанный принцип действия стробоскопических осциллографов обеспечивает высокую чувствительность и широкую полосу пропускания этих приборов. В настоящее время они являются наиболее чувствительными широкополосными устройствами.

Ключевое значение для работы стробоскопического осциллографа имеет шаг сдвига точки захвата сигнала. Частота дискретизации несущественна, объём памяти также не имеет большого значения, поскольку прибору при каждом запуске приходится захватывать и обрабатывать лишь несколько выборок.

Исследуемый сигнал можно не только наблюдать на экране осциллографа, но и подавать на компьютер или двухкоординатный самописец — для этого предназначен специальный низкочастотный выход.

Осциллографы реального времени

У этих устройств есть альтернативные названия — цифровые осциллографы DSO или MSO (Digital Storage Oscilloscope, Mixed Signal Oscilloscope, то есть цифровые запоминающие или предназначенные для работы со смешанным сигналом осциллографы.

Осциллограф реального времени MXR608A серии Infiniium MXR от Keysight Technologies

Исследование сигнала с помощью цифрового осциллографа реального времени проходит в несколько этапов:

• дискретизированный сигнал подаётся на вход прибора;
• интегральная схема, отвечающая за запуск осциллографа, ожидает наступления предварительно заданного события — той или иной кодовой последовательности, перепада напряжения или другого. После его наступления ИС запускает прибор;
• осциллограф в режиме реального времени захватывает непрерывную последовательность выборок изучаемого сигнала и выводит собранные данные на экран вместе с выборками, захваченными до запуска. Кроме того, эта информация сохраняется в памяти устройства.

Осциллограф DSO можно использовать в одном из двух режимов:

• периодическом (непрерывном). Прибор с определённой периодичностью захватывает и выводит на экран исследуемый сигнал, если выполняются заданные условия запуска. Появляется возможность «живого» изучения входящего сигнала, весьма ценная для специалистов, и именно поэтому периодический режим используют чаще всего;
• режиме однократного захвата. При работе в нём цифровой осциллограф однократно захватывает группу последовательных выборок и отображает собранные данные на экране. Пользователь получает возможность детально изучить интересующее его событие, в том числе растягивая изображение, измерить длительность импульса или его фронта, выполнить быстрое преобразование Фурье или математический анализ.

Для цифровых осциллографов реального времени критичен такой параметр, как объём памяти. Чем он больше, тем более широкое окно захвата сигнала есть в распоряжении пользователя. Это, в свою очередь, позволяет выявлять события, происходящие сравнительно редко. Кроме того, большой объём памяти прибора даёт возможность повысить точность измерений и математических расчётов. Это достигается путём увеличения частоты дискретизации и одновременного замедления развёртки.

Сравнение осциллографов разных типов

Перед тем, как выбрать и купить осциллограф, примите во внимание различия между приборами разных типов.

Выбирая осциллограф обращайте внимание на уровень шумов,
способ восстановления тактовой частоты и амплитудно-частотную характеристику

Отношение сигнал/шум

Рассматривая этот критерий, нужно учесть разрядность аналого-цифровых преобразователей и связанный с ней динамический диапазон осциллографов. Модели, работающие в реальном времени, имеют 8-разрядный АЦП (фактическое разрешение при этом нередко составляет всего 6 разрядов). Это сужает динамический диапазон таких осциллографов, повышает уровень шума и заставляет использовать аттенюаторы, чтобы изучаемые сигналы отображались корректно.

Стробоскопические устройства превосходят осциллографы DSO тем, что имеют на борту 14-разрядные АЦП. Это расширяет динамический диапазон приборов и снижает уровень шума. Появляется возможность исследовать сигналы, амплитуда которых варьируется от милливольт до единиц вольт, причём без применения аттенюатора.

Низкий уровень шумов позволил стробоскопическим осциллографам завоевать титул «золотого стандарта» в сфере измерений. Устройства реального времени, однако, не намерены уступать — их характеристики с каждым годом улучшаются, а отставание от стробоскопических осциллографов по такому критерию, как уровень шума, сокращается.

Технология восстановления тактовой частоты

Чтобы измерять джиттер, декодировать 10-битное кодирование и строить так называемые глазковые диаграммы, осциллографы должны восстанавливать тактовую частоту, примешанную к исследуемому сигналу. Восстановленная тактовая частота, по сути, играет для осциллографа роль опорной, поэтому технология её восстановления имеет большое значение. В прошлом использовалось только аппаратное восстановление, и эта система не была застрахована от ошибок — вне зависимости от того, какая (внутренняя или внешняя) тактовая частота использовалась.

Сравнительно недавно разработчики реализовали программную технологию восстановления тактовой частоты. Пионером в этом направлении стала американская компания Agilent Technologies (Keysight Technologies). Внедрение программных методов стало важным шагом на пути развития измерительной техники — ошибки исчезли, а качество работы цифровых осциллографов значительно повысилось.

Нужно принимать во внимание не только технологию восстановления тактовой частоты, но и алгоритм, по которому она выполняется. Используются алгоритмы JTF и OJTF, причём первый чаще всего реализован в стробоскопических осциллографах, а второй — в моделях реального времени. Алгоритм OJTF в значительной степени подавляет низкочастотный джиттер, и это нужно учитывать при использовании измерительного оборудования.

Стробоскопические осциллографы и осциллографы реального времени
могут строить глазковые диаграммы, гистограммы и измерять джиттер

Амплитудно-частотная характеристика

Результаты исследования сигнала напрямую зависят от частотных характеристик осциллографа, с помощью которого оно выполняется. Способность корректировать амплитудно-частотную характеристику — ещё одна особенность, которой отличаются друг от друга приборы разных типов:

• стробоскопические осциллографы, как правило, не корректируют АЧХ, поэтому имеют медленно снижающуюся частотную характеристику, напоминающую гауссову кривую;
• во многих осциллографах реального времени реализована технология цифровой коррекции на основе DSP (Digital Signal Processor, цифрового сигнального процессора). В отдельных моделях предусмотрено несколько отличающихся параметрами частотных характеристик. Замечено, что плоская АЧХ при чрезмерных для прибора скоростях спада и нарастания импульса может при измерениях давать подобие звона. Гауссова АЧХ в некоторых случаях порождает межсимвольные помехи, также искажающие результаты измерений. Исследователь, использующий цифровой осциллограф DSO, должен учитывать эти особенности и в каждом случае выбирать оптимальную частотную характеристику.

Цена

При схожих технических характеристиках цена осциллографов разных типов может существенно отличаться. Так, модель реального времени, имеющая полосу пропускания 50 ГГц, может стоить 300-400 тыс. долларов, тогда как полнофункциональный стробоскопический осциллограф с аналогичной полосой пропускания вполне реально приобрести меньше, чем за 150 тыс. долларов. Ответьте на вопрос о том, нужна ли высокая гибкость осциллографов DSO в вашем случае, и вы избежите неоправданных расходов.

Расширяемость

И стробоскопические, и DSO осциллографы отличаются друг от друга возможностями расширения. Современные модели позволяют:

• добавлять специализированные функции измерения;
• работать с программным обеспечением сторонних производителей, установленным на компьютере;
• увеличивать объём памяти для того, чтобы создавать более длительные записи;
• использовать большую номенклатуру дополнительных модулей и пробников;
• применять вспомогательные приспособления — комплекты для установки осциллографа в стойку, аккумуляторные батареи для автономной работы прибора и другие.

Базовый блок N1000A DCA-X с прецизионным анализатором формы сигналов N1060A

Выбирая осциллограф по такому критерию, как степень расширяемости, учитывайте не только существующие потребности, но и те, которые могут возникнуть в будущем.

Лёгкость изучения

Это — ещё одно отличие разных моделей осциллографов (как стробоскопических, так и реального времени). Студенты и начинающие пользователи быстрее начинают эффективное использование измерительного прибора, если он:

• имеет интуитивно понятный интерфейс;
• комплектуется учебными материалами;
• позволяет использовать встроенные обучающие сигналы;
• даёт доступ к презентациям, лабораторным работам и другим материалам, разработанным фирмой-производителем.

Сферы применения осциллографов разных типов

Если исследуемый сигнал периодически повторяется, и его можно захватить в определённом интервале реального времени, оптимально подойдёт стробоскопический осциллограф. Важную роль в данном случае играют такие особенности прибора, как широкий динамический диапазон и незначительный джиттер. Не менее важны модульная конструкция осциллографов стробоскопического типа и их сравнительно небольшая стоимость. Эти высокочувствительные приборы позволяют:

• исследовать временные и амплитудные характеристики сигналов пико- и наносекундного диапазонов, которые периодически повторяются;
• работать с уровнями сигналов, варьирующимися от милливольт до единиц вольт;
• изучать параметры импульсных и интегральных схем;
• строить глазковые диаграммы;
• измерять джиттер;
• исследовать переходные процессы, происходящие в быстродействующих приборах;
• решать некоторые другие задачи.

Чтобы наблюдать за слабыми импульсами, длительность которых измеряется наносекундами, понадобились бы широкополосные трубки и усилители сигнала, работающие на высоких частотах. Стробоскопические осциллографы сделали ненужным комбинирование этих приборов, которые с трудом совмещаются друг с другом. Они позволили масштабировать время изучаемого импульса без изменения его формы — а значит, многократно увеличить эквивалентную полосу пропускания.

При выборе осциллографа реального времени обязательно обращайте внимание на объём памяти

Можно сделать вывод: стробоскопические осциллографы, как правило, лучше других отвечают требованиям, действующим при производственном тестировании.

Если пользователю, выполняющему отладку оборудования, нужно организовать запуск прибора по сложно обнаруживаемым событиям, ему подойдёт осциллограф DSO, работающий в реальном времени. Такие приборы отличаются гораздо более высокой гибкостью, чем стробоскопические модели. Они позволяют:

• декодировать сигналы, закодированные по многим протоколам;
• начинать анализ по этим сигналам;
• тестировать оборудование по многочисленным стандартам;
• исследовать джиттер в расширенном режиме, причём по единственному захвату;
• в итоге — быстро и эффективно выявлять и устранять возникшие неисправности оборудования.

В недалёком прошлом стробоскопические осциллографы на несколько порядков превосходили устройства реального времени по собственному джиттеру и полосе пропускания. За последнее десятилетие осциллографы DSO, однако, значительно сократили этот разрыв. Грань между приборами разных типов, таким образом, оказалась почти стёртой.

Современные осциллографы реального времени имеют широкую полосу пропускания,
могут проводить расширенный анализ джиттера и практически не уступают стробоскопическим осциллографам

Тенденции совершенствования осциллографов

Одна из главных тенденций совершенствования цифровых осциллографов — расширение их полосы пропускания и повышение их быстродействия. По первому критерию предел современных устройств составляет 6-7 ГГц, время нарастания при этом составляет порядка 50-70 пикосекунд.

Ещё одна тенденция — расширение ассортимента портативных (мобильных) осциллографов. Внешне такие устройства очень напоминают сотовые телефоны. Портативные осциллографы, как правило, уступают стационарным лабораторным моделям по характеристикам, но превосходят их по удобству транспортировки и использования в полевых условиях. Портативными осциллографами управляют с помощью компьютера, на нём же выполняется обработка сигнала. Результаты наблюдений отрисовываются на мониторе ПК. Кроме того, появляется возможность сохранить результаты исследований на жёстком диске, поделиться ими по электронной почте или распечатать на принтере.

Свои тенденции развития господствуют в сегменте цифровых осциллографов класса Hi-End. Они оснащаются аналого-цифровыми преобразователями, работающими с чрезвычайно высокой (достигающей 10 гигавыборок в секунду) скоростью. Такие устройства отличаются очень малым временем, проходящим между записью сегментов. Благодаря этому осциллографы класса Hi-End обеспечивают высокую скорость сбора данных и их фиксации в памяти.

Выводы

Итак, если вы изучаете периодически повторяющиеся сигналы в большом динамическом диапазоне, имеющие малый джиттер, вам подойдёт стробоскопический осциллограф. В будущем вы с большой вероятностью сможете расширять его функциональность, обновляя и дополняя модули прибора. Вас порадует цена этого устройства — она будет гораздо более доступной, чем цена цифрового осциллографа реального времени.

Если вам нужно выполнять высокочастотные измерения и регистрировать параметры однократных и повторяющихся сигналов, исследовать джиттер, запускать осциллограф по редким и сложно выявляемым событиям, ваш выбор — модель, работающая в реальном времени. При схожих характеристиках она будет дороже, чем стробоскопическое устройство, но обеспечит вам максимальную гибкость её эксплуатации.

Возникают сложности при выборе того или иного типа осциллографа? Воспользуйтесь профессиональной помощью специалистов компании «Диполь». Мы изучим ваши потребности и порекомендуем модели, которые оптимально подойдут именно вам.

В чем разница между осциллографами реального времени и стробоскопическими осциллографами?

Operational «How to» Guides

Summary

В чем разница между осциллографами реального времени и стробоскопическими осциллографами?

Description

Сейчас осциллографы реального времени часто обозначают DSO или MSO (цифровые запоминающие осциллографы или осциллографы смешанного сигнала). Большинство продаваемых сегодня осциллографов являются осциллографами реального времени. Полоса пропускания осциллографов реального времени составляет от нескольких МГц до десятков ГГц при стоимости прибора от нескольких сотен до нескольких сотен тысяч долларов. Стробоскопические осциллографы, как правило, имеют обозначение DCA (цифровые коммуникационные анализаторы). Их полоса пропускания обычно превышает десятки ГГц, и применяются они в первую очередь для анализа высокоскоростных последовательных шин, оптических устройств и сигналов тактовой частоты. Тем не менее, с ростом полосы используемых сигналов, сферы применения стробоскопических осциллографов и осциллографов реального времени начали пересекаться.
 

Тракт дискретизации в обоих типах осциллографов практически одинаков. Входной сигнал проходит через цепь предварительной обработки входного интерфейса, дискретизируется, сохраняется в памяти, а затем отображается на экране. Тем не менее, используемые в них технологии в корне отличаются.

 

Осциллографы реального времени

Как работает осциллограф реального времени? Осциллограф реального времени содержит специализированную ИС управления запуском, которая позволяет указать интересующие события, такие как пороговый уровень перепада напряжения, нарушение условий установки и удержания или появление определенной кодовой последовательности. В обычном режиме регистрации, когда система запуска обнаруживает указанное событие, осциллограф захватывает и сохраняет непрерывную последовательность выборок сигнала до и после события запуска и выводит на экран захваченные данные. Осциллографы реального времени могут работать в режиме однократного или периодического запуска. В режиме однократного запуска осциллограф захватывает и отображает одну порцию последовательных выборок, определяемую доступным объемом памяти и выбранной частотой дискретизации. После однократного захвата осциллограммы пользователь может просматривать ее в режиме прокрутки и растягивать любой фрагмент с интересующим его событием. В непрерывном режиме осциллограф периодически захватывает и отображает сигнал при каждом появлении заданных условий запуска. Переменное или бесконечное послесвечение позволяет накладывать последовательные захваты сигнала друг на друга. Периодический режим используется чаще, поскольку он дает живое представление об исследуемом сигнале. Измерения таких параметров, как длительность фронта или импульса, математический анализ или быстрое преобразование Фурье (БПФ) могут выполняться и в однократном режиме, и в течение некоторого времени в периодическом режиме. Большинство осциллографов реального времени с полосой пропускания до 6 ГГц имеет два входа – 1 МОм и 50 Ом, к которым подключаются различные пробники и кабели.

 

Осциллографы реального времени характеризуются тремя ключевыми параметрами – полосой пропускания, частотой дискретизации и глубиной памяти. Конечно, существуют и другие важные параметры, которые надо учитывать при выборе осциллографа реального времени.

 

Осциллограф с большой глубиной памяти имеет три явных преимущества:

1. Большая глубина памяти позволяет захватывать сигнал в большем временном окне при той же частоте дискретизации. Глубина памяти определяет, сколько выборок можно сохранить за один захват и, следовательно, определяет длительность захвата. Чем больше выборок можно сохранить за один захват, тем больше вероятность обнаружения редко происходящих событий.
2. Большая глубина памяти позволяет использовать большую частоту дискретизации при меньших скоростях развертки, что повышает точность измерения. Например, при глубине памяти 10 млн. выборок, частоте дискретизации 10 Гвыб/с и скорости развертки 1 мкс/дел будет отображаться 1 млрд. точек данных (это абсолютный предел для большинства современных осциллографов). Если переключить развертку на 10 мкс/дел, осциллограф снизит частоту дискретизации в 10 раз, чтобы захватить тот же временной интервал. Однако осциллограф с глубиной памяти 100 млн. выборок сохранит ту же частоту дискретизации 10 Гвыб/с, захватывая при этом интервал длительностью 20 мкс.
3. Большая глубина памяти повышает точность статистических измерений и математических расчетов. Исследование большого числа фронтов, быстрое преобразование Фурье и измерения джиттера выигрывают от большой глубины памяти захвата.

 

Стробоскопические осциллографы

Как работает стробоскопический осциллограф? Стробоскопические осциллографы предназначены исключительно для захвата, отображения и анализа периодически повторяющихся сигналов. Система запуска таких осциллографов тоже ориентирована на работу с периодическими сигналами. При первом появлении условий запуска стробоскопический осциллограф захватывает группу разнесенных во времени выборок. Затем осциллограф сдвигает точку запуска, захватывает следующую группу выборок и выводит их на экран вместе с первой группой. Он повторяет этот процесс, создавая осциллограмму в режиме с бесконечным послесвечением, используя данные многих последовательных захватов. Ключевым компонентом этой технологии является интерполяция запуска, которая контролирует интервалы времени между запусками для повышения точности измерений. Глубина памяти при этом не критична, поскольку используется только для захвата и обработки нескольких выборок при каждом запуске. Частота дискретизации тоже не важна. Определяющую роль играет точность задержки от первого запуска до следующего.

 

Сравнение стробоскопических осциллографов с осциллографами реального времени

Как уже говорилось, полоса пропускания современных осциллографов реального времени может превышать 60 ГГц, тогда как полоса стробоскопических осциллографов может достигать значения 90 ГГц и выше. В результате для большинства цифровых приложений полоса пропускания уже не является однозначным критерием выбора осциллографа. С другой стороны, важным параметром является цена. Полнофункциональные стробоскопические осциллографы с полосой пропускания 50 ГГц будут стоить менее 150 000 долларов, тогда как цена осциллографа реального времени с такой же полосой приближается к 400 000 долларов. Разработчик должен решить, стоит ли повышенная гибкость осциллографа реального времени таких денег.

 

Шум и отношение сигнал/шум

Существуют и более существенные различия между стробоскопическими осциллографами и осциллографами реального времени. Стробоскопический осциллограф имеет 14-разрядный АЦП и в результате обладает очень большим динамическим диапазоном, что позволяет рассматривать сигналы амплитудой от нескольких милливольт до единиц вольт без применения аттенюаторов. В результате стробоскопический осциллограф имеет очень малый уровень шума при разных значениях входной чувствительности. Динамический диапазон осциллографа реального времени ограничен 8 разрядами, но эффективное разрешение зачастую равно примерно 6 разрядам. В связи с ограниченным отношением сигнал/шум необходимо применять аттенюаторы для корректного отображения сигналов в диапазоне от нескольких милливольт до нескольких вольт. В конечном итоге это значит, что осциллографы реального времени обладают большим уровнем шумов, чем стробоскопические осциллографы. Благодаря малым шумам, стробоскопические осциллографы принято считать “золотым эталоном” измерений. Тем не менее, осциллографы реального времени постоянно улучшаются, и разрыв в качестве сигнала со стробоскопическими осциллографами постоянно сокращается.

 

Амплитудно-частотная характеристика

Еще одним параметром, который надо учитывать при выборе между осциллографом реального времени и стробоскопическим осциллографом, является их амплитудно-частотная характеристика. Обычно стробоскопический осциллограф не использует цифровую коррекцию (с применением цифрового сигнального процессора) и поэтому обладает медленно спадающей частотной характеристикой, определяемой используемым оборудованием и близкой по форме к гауссовой кривой. Осциллографы реального времени могут использовать ЦСП и тем самым корректировать амплитудно-частотную характеристику. Например, осциллографы Agilent DSOX93304Q обладают равномерной АЧХ во всей полосе пропускания, то есть их коэффициент усиления меняется не более чем на 1 дБ во всем частотном диапазоне осциллографа.

 

Частотные характеристики осциллографов реального времени могут варьироваться. Некоторые производители осциллографов предлагают до пяти частотных характеристик с разными параметрами. Непосредственное сравнение плоской и гауссовой АЧХ может показать, что результаты одного и того же измерения будут выглядеть совершенно по-разному. Например, гауссова АЧХ может повлиять на результаты измерения и добавить межсимвольные помехи. Плоская АЧХ с крутым спадом может порождать нечто вроде звона, если скорость нарастания и спада сигнала настолько высока, что не укладывается в полосу пропускания осциллографа. В любом случае нужно знать, как оборудование может влиять на результаты измерений.

Разные способы восстановления тактовой частоты

Ключевой процедурой осциллографических измерений является восстановление тактовой частоты. Восстановление тактовой частоты позволяет строить глазковую диаграмму реального времени, выполнять тестирование по маске и выделять джиттер. В сущности, восстановленная тактовая частота представляет собой опорную тактовую частоту, используемую для сравнения измерений. До недавнего времени стробоскопические осциллографы выполняли только аппаратное восстановление тактовой частоты. В результате независимо от того, использовалась ли внешняя тактовая частота или внутренняя тактовая частота 10 МГц самого стробоскопического осциллографа, система восстановления была подвержена ошибкам. Сейчас эта проблема устранена, поскольку стробоскопические осциллографы Agilent используют программную систему восстановления тактовой частоты, которая идеально справляется с этой задачей. Осциллографы реального времени почти всегда использовали программное восстановление тактовой частоты, однако они имели и дополнительную возможность использования внешней тактовой частоты. В этом случае также преимущество программного восстановления тактовой частоты заключается в том, что оно не подвержено аппаратным ошибкам, но оно сдает свои позиции, когда тактовая частота не должна зависеть от скорости передачи данных.

 

Кроме разницы между аппаратным и программным восстановлением тактовой частоты нужно учитывать и алгоритм восстановления. Обычно стробоскопические осциллографы используют передаточную функцию джиттера (JTF) (рис. 1), тогда как осциллографы реального времени используют функцию OJTF (рис.2). OJTF в большей степени подавляет низкочастотный джиттер, чем JTF. В результате вы увидите значительно меньше низкочастотных составляющих джиттера на осциллографе реального времени, чем на стробоскопическом осциллографе. Эти значения можно уравнять, просто переключив оба осциллографа на одну передаточную функцию. Это стало возможным благодаря недавним достижениям в развитии стробоскопических осциллографов, и значительно облегчает сравнение джиттера.

Когда использовать стробоскопический осциллограф, и когда осциллограф реального времени

Исторически сложилось так, что стробоскопические осциллографы на порядок превосходят осциллографы реального времени по полосе пропускания и собственному джиттеру. Однако в последнее десятилетие осциллографы реального времени существенно сократили этот разрыв, предложив пользователям, занимающимся тестированием трансиверов, выбор между осциллографами реального времени и стробоскопическими осциллографами. Стробоскопические осциллографы по-прежнему обладают меньшим джиттером и значительно более широким динамическим диапазоном, что делает их идеальными для измерения характеристик в определенных условиях. Если ваш сигнал периодически повторяется и может захватываться в реальном временном интервале, стробоскопический осциллограф даст верное представление такого сигнала.

 

Осциллографы реального времени привлекают своей гибкостью. Если пользователь занят отладкой и хочет настроить запуск по трудно обнаруживаемым событиям, ему идеально подойдет осциллограф реального времени. Пользователям осциллографов реального времени доступно множество приложений для тестирования на соответствие стандартам, декодирования сигналов различных протоколов, запуска по этим сигналам и анализа. Кроме того, осциллографы реального времени могут измерять джиттер по одному захвату, что облегчает анализ причин неисправностей. Многие методы измерений, рекомендуемые в стандартах, используют для тестирования приемников осциллографы реального времени. Это значит, что пользователь должен использовать осциллограф реального времени, чтобы гарантировать соответствие своих устройств требованиям стандарта.
 

Рис. 1. Стробоскопические осциллографы, как и осциллографы реального времени, могут строить глазковые диаграммы, гистограммы и измерять джиттер. Благодаря широкой полосе пропускания, модульной конструкции и небольшой стоимости, стробоскопические осциллографы обычно лучше отвечают требованиям производственного тестирования, чем осциллографы реального времени.

Рис. 2. Современные осциллографы реального времени имеют полосу пропускания до 63 ГГц и могут выполнять расширенный анализ джиттера, стирая грань между осциллографами реального времени и стробоскопическими осциллографами в научных исследованиях и разработке.

Заключение

Осциллографы реального времени идеально отвечают требованиям большинства приложений. Эти осциллографы выпускаются с разными значениями полосы пропускания, позволяют захватывать однократные и периодически повторяющиеся сигналы и все чаще применяются для выполнении высокочастотных измерений, таких как измерения джиттера и параметров передатчиков. Если ваше приложение использует периодически повторяющиеся сигналы, характеризующиеся малым джиттером и широким динамическим диапазоном, то хорошим выбором может оказаться стробоскопический осциллограф. Кроме того, стробоскопические осциллографы обладают меньшей начальной стоимостью и поддерживают модульное обновление, что делает их пригодными для производственного тестирования электрических и оптических параметров. Если вы работаете с частотами выше 20 ГГц и не знаете, какой тип осциллографа выбрать, обратитесь к производителю осциллографов, который выпускает и стробоскопические осциллографы, и осциллографы реального времени. Такой производитель больше заинтересован в том, чтобы выбранный вами осциллограф точно соответствовал вашим потребностям, чем производитель, впускающий только осциллографы реального времени, или предлагающий ограниченный выбор стробоскопических осциллографов.

Основные характеристики цифровых осциллографов

Осциллограф используются для исследования электрического сигнала. Прибор «наблюдает» за протеканием тока, отображая его амплитуду и временные параметры на дисплее для наглядности. Стационарные версии способны сразу распечатывать графику на фотоленте. Мобильные умеют передавать данные на ПК. Рассмотрим более детально основные технические и рабочие характеристики цифровых осциллографов, чтобы понять их превосходство над аналоговыми версиями. Еще сравним диапазон характеристики разных приборов, что облегчит выбор модели для конкретной деятельности. Все написано максимально просто, чтобы новичку было понятно.

Максимальное входное напряжение

От этой характеристики зависит, с какими цепями сможет работать осциллограф. Есть модели до 300-500 В, которые подойдут для ремонта микросхем телевизоров, планшетов и другой бытовой техники. Они относятся ко II категории. Чтобы производить развертку сигнала и оценивать параметры тока высоковольтного оборудования, выбирают осциллографы с характеристикой 1000 В. Это приборы III категории и стоят они дороже.

(Пример осциллографа III категории с рабочим напряжением сигналов до 1000 В)

Количество каналов и лучей

Большинство осциллографов однолучевые и одноканальные, т. е. способны отображать только одну синусоиду с заданными временными интервалами и частотой. Двухканальные версии более профессиональные, поскольку задействуют коммутатор, выдающий большую или меньшую частоту, чем основной процесс. На графике это отображается двумя лучами. Это дает более четкое понятие о характеристиках сигнала, но такие версии тоже стоят дороже.

Погрешность

Под понятием погрешности подразумевается две величины: погрешность коэффициента отклонения и погрешность коэффициента развертки. Естественно, чем меньше погрешность, тем более точные данные получает пользователь. У аналоговых осциллографов первая характеристика бывает около 8%, а вторая — 3-15%.

Цифровые осциллографы здесь выступают абсолютными лидерами, поскольку имеют в первом случае погрешность 2%. Это стандартная величина, прописанная в характеристиках, но на практике она еще меньше и составляет 0.5% при использовании источников опорного смещения. В случае коэффициента развертки погрешность цифровых версий составляет 0.01%, что обеспечивает указание частоты с максимальной точностью.

Полоса пропускания

Под этой характеристикой подразумевается диапазон частот, в рамках которых сигнал слабеет не более чем на 3 дБ относительно опорной частоты. Чем больше диапазон, тем шире возможности прибора. Среди специалистов действует правило, что полоса пропускания должна быть больше частоты исследуемого значения в три раза (соотношение 3:1). Это минимальные приемлемые условия для точных замеров. При соотношении 10:1 результат максимально правильный. Оптимальной характеристикой в описании к товару является показатель в 10 МГц.

В случае цифровых вариантов существует различие в типе сигнала. Если он многократный (повторяющийся), то осциллограф инициирует регулярное считывание и частота дискретизации здесь не важна. Но когда сигнал однократный (единичный), то аппарату требуется захватить импульс с первого раза, обработать его, оцифровать и выдать результат. Здесь вступает в процесс еще одна характеристика — частота дискретизации.

Частота дискретизации

Под этим понятием подразумевается скорость, с которой прибор способен обработать поступивший входной сигнал. Для однотактных импульсов увеличенная скорость обеспечивает более высокую детализацию (разрешение). Характеристика в паспорте прибора общая и относится к одному каналу. При включении двух каналов параметры падают, что может привести к искажению данных. Оптимальной скоростью оцифровки считается показатель 50 MS/s в режиме реального времени.

Стоит отметить, что некоторые модели задействуют максимальную дискретизацию только при быстрой скорости развертки. Когда темпы развертки снижаются пользователем, автоматически понижается и дискретизация. Если для вас важно всегда работать на максимуме возможностей аппарат по оцифровке сигнала, нужно уточнять в характеристиках, способен ли прибор удерживать заданный параметр постоянно.

Размер экрана

Поскольку осциллограф визуализирует сигнал в виде синусоиды, то от размеров экрана зависит удобство работы с графикой. Чем крупнее дисплей, тем с большего расстояния можно точно прочитать значения и не присматриваться. Оптимальным параметром выступает 3.5 дюйма с разрешением 320х240 пикселей. С такой характеристикой ЖК-монитора будет все детально видно, а сам аппарат не займет много места и его получится транспортировать даже в кармане рабочей куртки.

Прогресс не стоит на месте и сейчас доступны цифровые осциллографы с цветным дисплеем TFT, делающие картинку еще более легкой для восприятия. В них уже заложена подсветка, поэтому снимать показания удобно даже в плохо освещенном месте. Достойным и качественным вариантом такого осциллографа является модель DT9989, совмещающая в себе мультиметр.

Коэффициент затухания

Важная характеристика для измерения конденсаторов. Затухающие колебания в конденсаторах квазистационарные, т. е. ток меняется медленно. Разрядка конденсатора равна скорости уменьшения заряда. Коэффициент затухания позволяет более точно рассчитать значения. Оптимальная характеристика для высококлассного цифрового осциллографа — 1Х.

Разрешение

Под этим понятием подразумевается вертикальное разрешение. Чем оно выше, тем детальнее можно наблюдать за сигналом, делая развертку более крупной, где каждая клеточка имеет наименьшее значение. Хорошей характеристикой выступает разрешение 8 бит. С таким параметром входной сигнал делится на 2 в 8-й степени (на 256). Для примера, если на входе сигнал имеет напряжение 10 В, то детализировать картинку можно до 0.4 В по каждой клеточке. Так вы сможете наблюдать в деталях за меняющимся сигналом, замечая любые отклонения.

С вертикальным разрешением тесно связана вертикальная чувствительность. Она сказывается на вертикальном отклонении при масштабировании. Хорошей характеристикой считается регулировка от 50 mV до 100V на одно деление экрана. Благодаря этому получится увидеть детально синусоиду при работе на максимальном приближении.

Длина записи и память прибора

Две связанные величины, прописываемые иногда в характеристиках на английском языке как Record Length и Memory Depth. Чем медленнее скорость развертки, тем больше заполняется память аппарата. Если последней не хватает, прибор будет автоматически снижать частоту оцифровки, чтобы защитить хранилище от переполнения.

Для качественной работы важно наличие памяти именно выборок (от 1 Мегасемпов). Просто увеличенное ОЗУ процессора не спасет ситуацию, поскольку при оцифровке задействуется другой тип быстрой памяти. Для примера: при полосе пропускания 50 МГц и установке 10 выборок на период, частота выборок составит 500 мегавыборок за одну секунду. Запустив сигнал с периодом в 20 мс, аппарат произведет 10 млн выборок. В таком случае ему придется запомнить 1 байт на выборку. Для визуализации процесса за указанный период понадобится размер памяти 10 МБ. Если ее не хватит, тестер автоматически снизит частоту.

Режим сегментированной памяти

Если требуются длительные процессы измерений, некоторые цифровые осциллографы поддерживают режим сегментированной памяти. Благодаря ему работа может вестись непрерывно хоть неделю, но фиксироваться будет не весь сигнал, а только его нужные фрагменты (сегменты, выбранные пользователем в меню). Это позволяет записать данные с высокой частотой дискретизации и не переполнить память ненужными деталями. Просмотр записанных фрагментов всех разом поможет заметить отклонения на большом временном отрезке.

Временная погрешность

На шкале, внутри которой нарисована синусоида сигнала, вертикальные линии обозначают напряжение, а горизонтальные — временной интервал. Временная погрешность сказывается на общей точности прибора. Для больших интервалов это не важно, а вот на коротких периодах характеристика играет ключевую роль. Небольшой погрешностью этого типа обладает осциллограф DT9989, у которого на 24 часа отклонение достигает не более 5 секунд.

Время нарастания

Характеристика означает, как быстро осциллограф начнет оцифровывать сигнал после входа сигнала. Чем это время короче, тем лучше, поскольку меньше «потеряется» данных у первого сигнала. У приводимой нами ранее модели DT9989 эта характеристика составляет всего 17.5 ns.

Входное сопротивление и емкость

Рабочая характеристика прибора, влияющая на «чистоту» входящего сигнала. Если входное сопротивление 1 МОм и выше, а входная емкость до 40 pF, то измеряемый сигнал поставляется без искажений, что важно для последующей обработки. Еще лучше, когда входная емкость 15 pF, что делает кривую максимально чистой.

Эквивалентный режим

Полезная характеристика для получения более точных данных с искусственным повышением дискретизации. Суть в следующем:

1. Подается одинаковый периодический сигнал.
2. Делается первая запись.
3. Подается тот же сигнал во второй раз, но с небольшим смещением.
4. Выполняется вторая запись.
5. После множественных циклов записи накладываются друг на друга.

Благодаря этому достигается высокая частота оцифровки — возможно даже до 50 ГГц, хотя физически использовалась характеристика 500 МГц. Удобно, но функция подойдет только для повторяющихся, а не однократных сигналов.

Способы связи с ПК

Поскольку цифровые осциллографы довольно компактны, для большей визуализации процессов и последующей обработки данных в некоторых из них предусмотрены способы связи с компьютерами. Если коммуникация осуществляется через кабель, то на корпусе прибора имеется разъем. Для передачи данных потребуется вставить USB кабель в гнездо ПК или ноутбука. Проверяемая микросхема должна быть рядом. Разъемы для физической связи постепенно разбалтываются при частом использовании и нуждаются в ремонте.

Более современные осциллографы оснащаются беспроводной связью Bluetooth, позволяющей передавать данные на ПК с расстояния до 10 м. Это не требует переноса проверяемого оборудования к компьютеру, поскольку действия происходят удаленно. Особенно удобно для крупных агрегатов, чтобы сэкономить силы и время — замерить выходящие сигналы оборудования можно на месте.

В самых «продвинутых» версиях можно взаимодействовать со смартфонами. Для этого осциллограф связывается по Bluetooth с телефоном, на котором установлено приложение. Тестер передает информацию, а все расчеты выполняются в «облаке» — на телефон приходят уже готовые данные. Это упрощает сбор, анализ и хранение информации, но смартфон должен быть подключен к Wi-Fi или в нем должен быть активным мобильный высокоскоростной интернет.

Время автономности

Еще одной технической характеристикой осциллографов является время автономности, зависящее от типа батареи и ее емкости. Оптимально, чтобы это был Ион-литиевый аккумулятор. Тогда владелец сможет заряжать его в любое время и не тратиться дополнительно на батарейки. Емкость АКБ от 1500 мАч позволит забыть о необходимости в подзарядке на месяцы. Вы никогда не столкнетесь с ситуацией, когда нужно быстро оценить сигнал с микросхемы, а тестер не включается. У осциллографа DT9989 емкость аккумулятора с напряжением 8.4 В еще больше и составляет 2300 мАч.

Цифровые осциллографы имеют множество рабочих параметров, характеристики которых однозначно превосходят аналоговые версии. Среди их преимуществ: быстродействие, автоматические расчеты, высокая точность и компактность. Если прибор имеет способы передачи данных на ПК, то это выведет обслуживание и ремонт оборудования на новый уровень.

Осциллограф: принцип работы, графики, измерения

Осциллограф: принцип работы, графики, измерения

Осциллограф – основы

Содержание

• Осциллограф. График осциллографа.
• Типы волн
• Измерения формы волны
• Измерения формы сигналов при помощи цифрового осциллографа

Осциллограф — это, по сути, устройство для отображения графика — он рисует график электрического сигнала. В большинстве приложений график показывает, как сигналы изменяются во времени: вертикальная ось (Y) представляет напряжение, а горизонтальная ось (X) представляет время. Интенсивность или яркость дисплея иногда называют осью Z, как показано на рисунке 1. В осциллографах DPO ось Z может быть представлена цветовой градацией дисплея, как показано на рисунке 2.

Рис. 1. Компоненты X, Y и Z отображаемого сигнала.

Рис. 2. Два смещенных шаблона синхронизации с градацией интенсивности по оси Z.

Этот простой график может многое рассказать о сигнале, например:

• Значения времени и напряжения сигнала
• Частота осциллирующего сигнала
• «Движущиеся части» цепи, представленные сигналом
• Частота, с которой конкретная часть сигнала возникает относительно других частей
• Искажает ли неисправный компонент сигнал
• Какая часть сигнала является постоянным током (DC) или переменным током (AC)
• Какая часть сигнала представляет собой шум и меняется ли шум со временем

Общие сведения о сигналах и измерениях сигналов

Общий термин для паттерна, который повторяется во времени, — это волна. Звуковые волны, мозговые волны, океанские волны и волны напряжения — все это повторяющиеся паттерны. Осциллограф измеряет волны напряжения. Физические явления, такие как вибрации или температура, или электрические явления, такие как ток или мощность, могут быть преобразованы датчиком в напряжение. Один цикл волны — это часть волны, которая повторяется. Форма волны — это графическое представление волны. Форма волны напряжения показывает время по горизонтальной оси и напряжение по вертикальной оси.

Формы сигналов многое говорят о сигнале. Каждый раз, когда вы видите изменение высоты формы волны, вы знаете, что напряжение изменилось. Плоская горизонтальная линия говорит о том, что за этот промежуток времени изменений не произошло. Прямые диагональные линии означают линейное изменение — рост или падение напряжения с постоянной скоростью. Острые углы на осциллограмме указывают на внезапное изменение. На рис. 3 показаны распространенные формы сигналов, а на рис. 4 — источники распространенных сигналов.

Рис. 3. Распространенные формы сигналов.

Рис. 4. Источники распространенных сигналов.

Типы волн

Большинство волн могут быть классифицированы по следующим типам:

• Синусоиды
• Квадратичные и прямоугольные волны
• Пилообразные и треугольные волны
• Пошаговые и пульсирующие волны
• Периодические и непериодические
• Синхронные и асинхронные
• Комплексные волны

Синусоидальные волны

Синусоида является основной формой волны по нескольким причинам. Он обладает гармоничными математическими свойствами. Напряжение в сетевой розетке изменяется по синусоиде. Тестовые сигналы, создаваемые схемой генератора генератора сигналов, часто представляют собой синусоидальные волны. Большинство источников переменного тока генерируют синусоидальные волны (AC означает переменный ток, хотя напряжение тоже меняется. DC означает постоянный ток, что означает постоянный ток и напряжение, например, вырабатываемые батареей).
Затухающая синусоида — это особый случай, который вы можете наблюдать в схеме, которая колеблется, но со временем затухает.

Квадратичные и прямоугольные волны

Прямоугольная волна — еще одна распространенная форма волны. По сути, прямоугольная волна представляет собой напряжение, которое включается и выключается (или становится высоким и низким) через равные промежутки времени. Это стандартная волна для тестирования усилителей. Хорошие усилители увеличивают амплитуду прямоугольной волны с минимальными искажениями.

Телевидение, радио и компьютерные схемы часто используют прямоугольные волны для синхронизации сигналов. Прямоугольная волна похожа на квадратичную, за исключением того, что высокие и низкие временные интервалы не имеют одинаковой длины. Это особенно важно при анализе цифровых схем.

Пилообразные и треугольные волны

Пилообразные и треугольные волны возникают в схемах, предназначенных для линейного управления напряжениями, таких как горизонтальная развертка аналогового осциллографа или растровая развертка телевизора. Переходы между уровнями напряжения этих волн изменяются с постоянной скоростью. Эти переходы называются рампами.

Пошаговые и пульсирующие волны

Такие сигналы, как ступени и импульсы, возникающие редко или непериодически, называются одиночными или переходными сигналами. Шаг означает мгновенное изменение значения напряжения, схожее с тем, что можно увидеть при включении переключателя подачи питания.

Импульс указывает на мгновенное изменение напряжения, схожее с изменением напряжения, которое можно наблюдать при периодическом включении и выключении переключателя. Импульс может представлять собой один бит информации, проходящий через компьютерную цепь, или это может быть сбой или дефект в цепи.

Множество импульсов, проходящих вместе, создает последовательность импульсов. Компоненты компьютерной цепи взаимодействуют друг с другом с помощью импульсов. Импульсы могут быть в форме потока последовательных данных или в форме множественных каналов сигнализации, которые могут быть задействованы на шине параллельной передачи данных (значений).  Импульсы также распространены в рентгеновском, радиолокационном и коммуникационном оборудовании.

Периодические и непериодические сигналы

Повторяющиеся сигналы называются периодическими сигналами, а сигналы, которые постоянно изменяются, называются непериодическими сигналами. Неподвижное изображение аналогично периодическому сигналу, тогда как фильм аналогичен непериодическому сигналу.

Синхронные и асинхронные сигналы

Когда между двумя сигналами существует временная связь, эти сигналы называются синхронными. Сигналы блока синхронизации, данные и адресные сигналы компьютера являются примерами синхронных сигналов.

Асинхронные сигналы — это сигналы, между которыми не существует временной зависимости. Поскольку между прикосновения к клавише клавиатуры компьютера и блоком синхросигналов компьютера не существует временной корреляции, эти сигналы считаются асинхронными.

Комплексные волны

Некоторые формы сигналов сочетают в себе характеристики синусов, прямоугольных, ступенчатых и импульсов для продуцирования сигналов сложной формы. Информация о сигнале может быть встроена в виде изменений амплитуды, фазы и/или вариации частоты. Например, хотя сигнал на рис. 5 представляет собой обычный композитный видеосигнал, он состоит из множества циклов высокочастотных сигналов, встроенных в низкочастотный кадр.

Рис. 5. Составной видеосигнал стандарта NTSC – пример комплексной волны.

Рис. 6. Глазковая диаграмма последовательной передачи данных 622 Мбит/с.

В этом примере обычно наиболее важно иметь представление об относительных уровнях и соотношениях синхронизаций ступеней. Для анализа такого сигнала требуется осциллограф, захватывающий в цветоразностном режиме низкочастотные кадры и элементы сопряжения высокочастотных волн так, что становится возможным увидеть их общую комбинацию в картинке, которую можно интерпретировать визуально.

Осциллографы с цифровым люминофором лучше всего подходят для обзора комплексных волн, таких как видеосигналы, показанные на рис. 5. Их дисплеи предоставляют необходимую информацию о частоте появления информации или градуировке интенсивности, которая необходима для понимания того, что на самом деле происходит с формой волны.

Некоторые осциллографы позволяют особым образом отображать определенные типы комплексных волн. Например, телекоммуникационные данные могут отображаться в виде глазковой диаграммы или диаграммы созвездия.

Цифровые телекоммуникационные сигналы данных могут отображаться на осциллографе в виде особого типа волн, называемого глазковой диаграммой. Название происходит от сходства формы волны с некоей последовательностью глаз, как показано на рисунке 6. Глазковые диаграммы продуцируются, когда цифровые данные от приемника дискретизируются и применяются к вертикальному входу, в то время как скорость передачи данных используется для запуска горизонтальной развёртки. Глазковая диаграмма отображает один бит или интервал данных со всеми возможными краевыми передачами и наложенными состояниями.

Рис. 7. Диаграмма созвездия.

Диаграмма созвездия представляет собой сигнал, модулированный через схему цифровой модуляции, такой как квадратурная амплитудная модуляция или фазовая манипуляция.

Измерения формы волны

Для описания типов измерений, выполняемых с помощью осциллографа, используется множество терминов. В этом разделе описываются некоторые из наиболее распространенных измерений и терминов.

Частота и период

Если сигнал повторяется, то это – частота. Частота измеряется в герцах (Гц) и соответствует количеству повторений сигнала за одну секунду, называемому циклами в секунду. Повторяющийся сигнал также имеет период – количество времени, которое требуется сигналу для завершения одного цикла.

Период и частота обратны друг другу, так что 1/период равна частоте, а 1/частоту эквивалентна периоду. Например, синусоида на рис. 8 имеет частоту 3 Гц и период 1/3 секунды.

Рис. 8. Частота и период синусоиды.

Рис. 9. Амплитуда и фаза синусоидального сигнала.

Напряжение

Напряжение — это величина электрического потенциала или силы сигнала между двумя точками в цепи. Обычно одна из этих точек земля или ноль вольт, но не всегда. Напряжение на форме волны от его максимального значения до минимального – измерение между пиковых значений.

Амплитуда

Амплитуда – максимальное значение напряжения сигнала за период. Амплитуда относится к максимальному напряжению сигнала, измеренному от земли, или от нуля вольт. Форма волны, показанная на рис. 9, имеет амплитуду 1 В и напряжение от пика до пика 2 В.

Понять, что представляет собой эта величина, проще всего, взглянув на синусоиду. Изменение значения напряжения синусоидального сигнала можно представить в виде кругового движения. Учитывая, что круг составляет 360°, один период синусоиды также равен 360°, как это показано на рис. 9. Применяя термин “градус”, можно вывести понятие угла фазы синусоиды, когда необходимо определить точку в пределах периода волны.

Сдвиг по фазе обозначает, на какой угол относительно друг друга сдвинуты схожие сигналы. Сигнал на рис. 10 обозначенный как “ток”, на 90° отстаёт от сигнала, обозначенного как “напряжение”, поскольку обе волны приходят в одни и те же точки их циклов точно с разницей в 1/4 периода (360°/4 = 90°). Сдвиги по фазе – распространенное явление в электронике.

Рис. 10. Сдвиг фазы.

Измерения формы сигналов при помощи цифрового осциллографа

Современные цифровые осциллографы обладают функциями, значительно облегчающими измерения формы сигналов. В качестве органов управления эти приборы используют клавиши лицевой панели и/или экранные меню, через которые можно выбрать режимы полностью автоматических измерений, включающих в себя измерение амплитуды, периода, времени нарастания/спада импульса и многое другое. Большинство цифровых осциллографов могут рассчитать среднее и среднеквадратическое значения, коэффициент заполнения, а также выполнить целый ряд других математических операций. Результаты автоматических измерений отображаются на экране в текстовом формате. Обычно такие показания более точны, чем интерпретация графического изображения.

Полностью автоматические измерения позволяют узнать следующие характеристики сигналов:

• Период
• Частота
• Длительность положительного импульса
• Длительность отрицательного импульса
• Время нарастания
• Время спада
• Амплитуда
• Коэффициент ослабления
• Средняя оптическая мощность

• Коэф. заполнения для положит. импульсов
• Коэф. заполнения для отриц. импульсов
• Задержка
• Фаза
• Длительность пакета
• Пиковое значение
• Среднее значение
• Среднее значение за период
• Значение за часть периода

• Высокий уровень
• Низкий уровень
• Минимальное значение
• Максимальное значение
• Выброс положительного импульса
• Выброс отрицательного импульса
• Среднеквадратическое значение
• Среднеквадратическое значение за период
• Джиттер

Источник: tek. com

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 дороже, предлагают расширенные функции 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.
• Осциллограф с цифровым люминофором (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. В мире осциллографов есть еще что исследовать, и в будущем мы хотели бы обновить эту страницу, добавив больше информации.

Что такое осциллограф? – Функции и руководство

Если вы знакомы с цепями поиска и устранения неисправностей, вы бы использовали мультиметр раньше. Но если вам требуется больше информации, чем может предоставить мультиметр, вам поможет осциллограф! Итак, сегодня мы рассмотрим основы осциллографа и способы его использования.

Прежде чем мы перейдем к основной теме сегодняшнего дня, давайте рассмотрим некоторые из основных понятий, которые вам следует знать и которые помогут вам лучше понять осциллографы:

• Напряжение: разница заряда между двумя точками.
• Ток: Поток электрических зарядов.
• Сопротивление: Мера сопротивления потоку тока.
• Мультиметр: универсальный электронный измерительный прибор, сочетающий в себе несколько измерительных функций.

Если вам нужно подвести итоги и вернуться к этим концепциям, загляните в эти блоги! :

• Электронная схема: делители напряжения
• Что происходит в электрической цепи: зависимость напряжения от силы тока
• Введение в измерительный прибор: что такое мультиметр?

---

С указанным указанием давайте посмотрим, что будет рассмотрено сегодня:

• Обзор осциллографа
• Рекомендации по осциллографа
• Учеб по осциллографам

---

Обзор OSCILLOSCOPOPOPOPOPOPOPOPOPOPOPOPOSPOSPOPOSPOSPOSPOSPOSPOSPOSPOSPOSPOSPOSPOSPOPOSPOSPOPOSPOSPOSPOPOSPOSPOPOSPOSPOPOSPOPOSPOSPOPOSPOPOSPOPOSPOPOSPOPOSPOPOSE

.

Осциллограф — это оборудование для проверки электроники, которое графически отображает изменения напряжения сигнала и облегчает обнаружение любых проблем, возникающих в электронной цепи.

Инженеры используют осциллографы для изучения процесса изменения различных электрических явлений в лабораторных условиях. Его можно использовать для захвата, обработки, отображения и анализа формы волны и ширины полосы электронных сигналов.

Как работает осциллограф?

Ref: Electronics notes

Функция осциллографа состоит в том, чтобы просто отображать сигналы. Как видно из изображения, по оси X отображается время работы в нормальном режиме, а по оси Y – амплитуда. По форме сигнала можно проанализировать работу схемы, что позволит выявить проблему и быстро устранить неисправность в цепи.

Внешний вид осциллографа

Ссылка: Википедия

• Дисплей : Где будут отображаться осциллограммы.
• Разъемы : Это входы для отображаемых каналов. Большинство современных осциллографов являются двухканальными и могут одновременно отображать два сигнала.
• Элементы управления
  • Усиление по вертикали/Чувствительность входного сигнала: Откалибровано в В/см, деление по вертикали на шкале соответствует заданному количеству вольт.
  • Временная развертка: откалибрована в мс/см, изменяет скорость, с которой кривая пересекает экран по горизонтали на осциллографе.
  • Триггер: позволяет запускать временную развертку осциллографа, чтобы на дисплее было получено неподвижное или стабильное изображение.

Типы осциллографов

Существует два основных типа осциллографов: аналоговые и цифровые. Хотя есть и другие категории цифровых осциллографов.

Аналоговый осциллограф

Ref: Circuitstoday

Первый тип осциллографа, изобретенный и популяризированный. В осциллографах этого типа используется электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) для отображения формы волны и изображения, поэтому они также известны как электронно-лучевые осциллографы. Хотя они не могут обеспечить такую ​​же функциональность, как цифровые осциллографы, они все же достаточно хороши, чтобы их можно было использовать в лабораторных и общих тестовых приложениях.

Цифровой осциллограф

Ref: amazon

Довольно распространенные в настоящее время, они в основном работают так же, как аналоговые осциллографы, но с отображением сигналов на ЖК-дисплее и предоставляют еще больше функций и возможностей. Это усовершенствование также позволило цифровому осциллографу найти применение в приложениях проектирования ВЧ наряду с общим проектированием электронных схем и тестовыми приложениями.

Существуют также следующие подкатегории цифровых осциллографов:

• Цифровой стробоскопический осциллограф : Он используется для захвата чрезвычайно высокочастотных сигналов, особенно повторяющихся сигналов и частот, превышающих частоту дискретизации осциллографа.
• Цифровой запоминающий осциллограф (DSO): имеет память для хранения сигналов и их отображения в течение определенного периода времени.
• Осциллографы с цифровым люминофором (DPO): он использует архитектуру параллельной обработки, которая позволяет захватывать и отображать сигналы.
• Осциллографы смешанных сигналов (MSO): по сути, осциллограф и логический анализатор в одном устройстве, он имеет несколько входных каналов аналогового осциллографа для просмотра форм сигналов и ряд каналов логического анализа для просмотра цифрового состояния различных каналов.

---

Рекомендации по использованию осциллографов

Посмотрев на предысторию осциллографов, я уверен, что вы хотели бы знать, где их взять! В Seeed мы предлагаем несколько осциллографов, которые точно вам понравятся.

MiniDSO DS213 Nano, 4 канала, 100 Мвыб./с (179,00 долл. США)

DS213 — это компактный портативный цифровой запоминающий осциллограф, который позволяет сохранять, отображать и распечатывать сигналы! Он также оснащен встроенным USB-накопителем емкостью 8 МБ, и вы можете обновить прошивку системы.

Особенности :

• Компактный и портативный
• Встроенный USB 8 МБ
• Цветной дисплей
• Возможность сохранения осциллограмм и обновления прошивки системы
• 5 дорожек, 4 канала0038
• Четыре раздела приложений для загрузки и обновления до четырех различных прошивок приложений

Если вас интересует более дешевая альтернатива, но похожая на DS213, ознакомьтесь с нашим DSO Nano v3 ($89,00)!

DSCope U3P100, двухканальный, дискретизация 1 Гвыб/с, полоса пропускания 100 МГц, USB3.0 — портативный осциллограф (299,00 долл. США) на базе Waveform Processing Engine, способного предоставить вам высокопроизводительный осциллограф. Кроме того, программное обеспечение DSView может эффективно обрабатывать сигналы и отображать сигналы с частотой обновления в реальном времени.

Особенности :

• 2 Аналоговые каналы
• USB 3,0 границы
• 100 МГц.

  ---

  Учебное пособие по осциллографу

  Наконец-то мы добрались до той части, которую вы ждали, как использовать и читать показания осциллографа! Но прежде чем мы сможем показать вам, как именно вы должны это сделать, давайте посмотрим на другие элементы управления, помимо тех, которые мы упоминали ранее:

  • Усиление по вертикали : Изменяет усиление усилителя, который управляет размером сигнала по вертикальной оси. Обычно он устанавливается таким образом, чтобы форма волны как можно лучше заполняла вертикальную плоскость.
  • Вертикальное положение : Управляет положением кривой при отсутствии сигнала. Обратите внимание, что он должен быть установлен в удобное положение, чтобы избежать ошибок измерения времени.
  • База времени : Устанавливает скорость, с которой сканируется экран, калибруется с точки зрения определенного времени для каждого калибровочного сантиметра на экране.
  • Триггер : Устанавливает точку, с которой начинается сканирование осциллограммы.
  • Задержка триггера : Связана с элементом управления триггером, в основном задерживает триггер после завершения предыдущего сканирования, чтобы предотвратить слишком раннее сканирование.
  • Поиск луча : Хотя не все осциллографы имеют этот элемент управления, он позволяет найти луч и отрегулировать его так, чтобы он находился в центре экрана.

  Теперь, когда мы разобрались с элементами управления, пользоваться осциллографом будет проще простого! Вот основные шаги, которые необходимо выполнить для работы с осциллографом:

    Шаг 1: Включите осциллограф  

  Само собой разумеется, что вам нужно будет нажать кнопку питания, чтобы запустить осциллограф. Вы также должны дать ему некоторое время, чтобы разогреться, прежде чем вы сможете увидеть дисплей.

    Шаг 2. Настройка осциллографа  

  Когда осциллограф будет готов, подключите разъемы. Затем найдите регулятор трассировки, установите регулятор усиления и скорость временной развертки.

    Шаг 3: подключение к осциллирующему сигналу  

  Если установка прошла успешно, должен быть подан сигнал, и вы сможете увидеть изображение на дисплее.

    Шаг 4: Установите триггер  

  Вы должны иметь возможность управлять триггером, независимо от того, срабатывает ли он по отрицательному или положительному фронту. Также обратите внимание, что вы должны настроить его в соответствии с требуемым изображением.

   Шаг 5: Начните измерения 

  Когда вы дойдете до 4-го шага, вы сможете начать измерения!

  Приведенные выше инструкции являются основными шагами, которые позволят вам использовать осциллограф. Но если вы предпочитаете более подробное руководство, я предлагаю вам ознакомиться с этим:

  Oscilloscope How To (учебное пособие по осциллографу)

  Ref: Instructables

  Если вы предпочитаете наглядные и подробные инструкции по использованию осциллографа, я предлагаем вам проверить это! Как и в предыдущих основных инструкциях, в этом руководстве также используется цифровой осциллограф.

  ---

  Резюме

  И все на осциллографах! Надеюсь, что теперь вы лучше разбираетесь в осциллографах. Мы коснулись основ, некоторых рекомендаций, а также инструкций, как им пользоваться! Если вас интересуют статьи как таковые, нажмите на ссылки внизу.

  Рекомендуемая литература

  • Знакомство с осциллографом. Что такое осциллограф и как им пользоваться?
  • Осциллографы — Дополнительные возможности осциллографов!

  Теги: цифровой осциллограф, цифровой запоминающий осциллограф, DSO nano, открытое оборудование, осциллограф

  Что такое осциллограф? — Основы электроники: видеоурок по основным схемам

  Из курса: Основы электроники: основные схемы

  Что такое осциллограф?

  “

  — Мультиметр — отличный инструмент для проверки и отладки цепей, но у него есть свои ограничения. Это дает мне только одно число для напряжения, которое я измеряю в данный момент. Для цепей, которые имеют только постоянные напряжения, это обычно нормально. Но по мере того, как я начал создавать более сложные и интересные схемы, в этих схемах будут меняться напряжения со временем. Эти изменяющиеся напряжения называются сигналами, когда они используются для передачи какой-либо информации, например звукового сигнала, воспроизводящего музыку на динамике. Как инженеру-электрику, мне нужен способ просмотра сигналов в моей цепи, и я могу сделать это с помощью осциллографа. А осциллограф — это устройство, позволяющее увидеть, как меняется напряжение во времени. Он отображает измеренный сигнал на графике с напряжением по вертикальной оси и временем по горизонтальной оси. Это даст вам критическое представление о поведении ваших схем, чтобы определить, правильно ли они работают. И это поможет вам найти проблемы в ваших цепях, такие как источники нежелательных сигналов, называемых шумом. Пытаться отладить схему без осциллографа — все равно что водить машину с закрытыми шорами. Вы не можете полностью видеть, что происходит вокруг вас. К сожалению, осциллографы немного дороже, чем простой мультиметр, но если вы собираетесь работать с электроникой, вам действительно нужен осциллограф, поэтому его приобретение — это выгодное вложение. Есть несколько вещей, которые следует учитывать при выборе осциллографа. Прежде всего, вы хотите купить новый или подержанный? Вы можете сэкономить немного денег, купив подержанный прицел. И обычно их довольно много на таких сайтах, как eBay. Если вы планируете купить подержанный эндоскоп в Интернете, убедитесь, что продавец указывает, что устройство полностью функционально, чтобы вы не купили чье-то старое, сломанное лабораторное оборудование. Следующее, что нужно учитывать при сужении вариантов прицела, — хотите ли вы аналоговый прицел или цифровой прицел. Вы можете распознать аналоговые осциллографы, подобные этому, потому что они отображают измеренную форму волны на зеленом электронно-лучевом экране, тогда как цифровые осциллографы, подобные этому, используют более современный ЖК-экран. Если у вас ограниченный бюджет, вы обычно можете сэкономить немного денег, купив старый подержанный аналоговый прицел. Однако они гораздо более ограничены в своих возможностях по сравнению со своими цифровыми аналогами. Почти все новые прицелы, выпускаемые в наши дни, являются цифровыми. А благодаря достижениям в области компьютерных технологий цена на цифровые прицелы значительно снизилась за последние несколько лет. Так что моя личная рекомендация — приобрести цифровой прицел из-за множества дополнительных функций, которые они предоставляют. Несколько других факторов, которые вы захотите рассмотреть, включают количество каналов, которые осциллограф может измерять и отображать одновременно. И полезно измерять и сравнивать сигналы на входе и выходе схемы, поэтому вам понадобится осциллограф как минимум с двумя каналами. Обновление до четырехканального осциллографа приятно, но не обязательно. Полоса пропускания — это ключевая характеристика осциллографа, определяющая диапазон частот, который он может надежно измерить, и позже в этом курсе я покажу вам, как полоса пропускания влияет на сигналы. Для наиболее распространенных применений я рекомендую прицел с полосой пропускания от 10 до 100 мегагерц. Наконец, если вы покупаете цифровой осциллограф, вам также следует обратить внимание на частоту дискретизации, которая описывает, сколько раз в секунду измеряется этот сигнал. Я рекомендую приобрести прицел с частотой не менее 100 мегасэмплов в секунду. На рынке представлено довольно много марок осциллографов. Tektronix, Agilent и HP — одни из наиболее известных брендов высокого класса. Для своих личных домашних проектов я использую RIGOL DS1054Z. Это цифровой осциллограф с четырьмя каналами, полосой пропускания 50 мегагерц и частотой дискретизации один гигасэмпл в секунду. Он также предоставляет множество цифровых функций, таких как функции математической обработки и возможность записывать сигналы для последующего просмотра. Я выбрал этот прицел, потому что он обеспечивает все функциональные возможности, которые мне нужны для моей электроники для любителей, и по разумной цене. Если вы новичок в электронике, такой прицел должен вам пригодиться.

  Содержание

  Что такое осциллограф? — Продажа статей

  Что такое осциллограф? — Продажа статей

  Статьи о распродажах

  ГлавнаяПоддержкаФорум пользователейКонтакты

  Поиск…

  Статьи о распродажах

  Логические анализаторы

  Что такое логический анализатор?

  Как использовать логический анализатор

  Логический анализатор в сравнении с осциллографом

  Различия протоколов SPI и I2C и что следует учитывать

  Выбор логического анализатора

  Учебное пособие по логическому анализатору: настройка пробника

  Осциллографы

  Что такое осциллограф?

  Как пользоваться осциллографом

  Цифровые осциллографы

  Как работает осциллограф?

  Как измерить ток с помощью осциллографа

  Scope + Saleae

  Powered By GitBook

  Что такое осциллограф?

  Основы осциллографа

  Построение или устранение неполадок в цепи было бы намного проще, если бы вы могли видеть электроны, протекающие по проводам. Поскольку это невозможно, вам нужны инструменты, чтобы показать вам, что происходит.

  Самым простым инструментом является измеритель, но он не может отображать быстрые колебания напряжения. В лучшем случае он может дать вам только приблизительное среднее значение.

  Если вы хотите увидеть и измерить всплеск напряжения, форму звуковой волны или крошечный всплеск электрического шума, вызванный размыканием и замыканием контактов переключателя, вам нужен осциллограф. Это часто упоминается просто как «сфера действия».

  Осциллограф оснащен щупом, которым вы прикасаетесь к интересующему месту в функционирующей цепи. Напряжение, обнаруженное датчиком, затем графически отображается на экране в виде изображения, известного как кривая. Пример показан на рисунке 1, где кривая представляет собой синусоиду, полученную из звукового сигнала. Сетка, наложенная на рефлектограмму, помогает выполнять приблизительные измерения.

  Рис. 1. Синусоида, измеренная осциллографом

  Предположим, у вас есть микросхема, такая как таймер 555, который создает прямоугольные колебания. В идеале выходной сигнал должен представлять собой красивую четкую кривую, как на рис. 2, но в реальном мире выходной сигнал может быть больше похож на рис. автобус. Если вы добавите конденсатор между положительным выводом питания микросхемы и отрицательным заземлением, это может помочь подавить переходные процессы. Но какое значение конденсатора будет наиболее эффективным? Осциллограф может ответить на этот вопрос.

  Рис. 2. Идеальный прямоугольный сигнал

  Рис. 3. Прямоугольный сигнал в реальном мире Луч рисовал светящиеся изображения на люминофорном покрытии внутри экрана. Это было похоже на телевизор 1950-х годов, за исключением того, что осциллограмма обычно была зеленой. Старый прицел, такой как показанный на рис. 4, был большим, тяжелым и дорогим. Этот тип устройства теперь называется аналоговым прицелом.

  Рис. 4: Аналоговый осциллограф

  Когда появились цифровые осциллографы, их стали называть запоминающими, поскольку во внутренней памяти можно было хранить отображаемый сигнал. Этому способствовало использование внутреннего аналого-цифрового преобразователя (АЦП), который считывал аналоговое входное напряжение и преобразовывал его в поток цифровых значений. Запоминающие осциллографы оснащены ЖК-экранами вместо ЭЛТ.

  Портативный запоминающий осциллограф показан на рис. 5. Некоторые устройства имеют элементы управления с сенсорным экраном вместо физических ручек и кнопок.

  Рисунок 5: Портативный осциллограф

  Изображение предоставлено: Рисунок 5, без авторских прав, Adafruit Industries ​

  Третье поколение осциллографов было разработано для использования с настольными или портативными компьютерами. Известные как USB-осциллографы, они состоят из небольшого блока, который оцифровывает сигналы от схемы и выводит данные через порт USB на компьютер. После преобразования программного обеспечения трассировка отображается на экране компьютера.

  USB-осциллограф может быть очень доступным. Это также позволяет очень легко захватывать экран, так как след может быть скопирован прямо в документ.

  Особенности

  Любой осциллограф имеет базовые элементы управления для настройки времени/дел (время на горизонтальное деление на экране) и вольт/дел (напряжение на вертикальное деление на экране). Вольт/дел — это функция коэффициента усиления — усиления входного напряжения. Дополнительные элементы управления позволяют регулировать горизонтальное и вертикальное положение кривой, чтобы центрировать ее на дисплее.

  Многие осциллографы позволяют разделить экран для отображения и сравнения двух сигналов. Кроме того, любой осциллограф, который использует цветной ЖК-дисплей с подсветкой или может отправлять свой сигнал на ваш компьютер, добавит цвет, чтобы данные было легче читать.

  Спецификация осциллографа должна включать такие термины, как полоса пропускания (диапазон частот, которые может отображать осциллограф), время нарастания (длительность наиболее быстрого нарастания сигнала, которое может быть разрешено), а в цифровом осциллографе, частота дискретизации (которая должна примерно в 10 раз превышать максимальную измеряемую частоту).

  Вам нужен осциллограф?

  Если вы имеете дело только со стабильным напряжением постоянного тока и никогда не используете компоненты, чувствительные к шуму или быстро переключающиеся, вам может не понадобиться наблюдать небольшие колебания напряжения. Тем не менее, осциллограф может быть незаменим, если вы хотите построить, отремонтировать или исследовать такие схемы, как:

  • Любой тип усилителя, особенно аудиоусилителя, где форма выходного сигнала должна совпадать с формой входного сигнала, и вы можете захотеть увидеть эффект регуляторов тона или фильтров.

  • Схемы, содержащие логические микросхемы, которые быстро переключаются и чувствительны к всплескам напряжения или могут создавать собственные всплески.

  • Преобразователь переменного тока в постоянный, где выход постоянного тока должен быть максимально плавным.

  • Инвертор постоянного тока в переменный, где выход переменного тока должен быть как можно ближе к синусоиде.

  • Переключатели или реле, которые необходимо устранить, чтобы очистить сигнал.

  • Аналоговый датчик любого типа создает выходной сигнал, который необходимо проверить.

  • Вы также можете использовать осциллограф для просмотра быстрых событий в реальном мире, таких как звуки или механические вибрации, которые вы можете преобразовать в электронные сигналы для отображения на осциллографе.

  • Поскольку осциллографы стали настолько доступными, они могут быть стандартным оборудованием не только для инженеров, но и для любителей, которые хотят точно видеть, что происходит внутри электронных схем.

  Логические анализаторы — предыдущий

  Учебное пособие по логическому анализатору: настройка пробника

  Далее — Осциллографы

  Как пользоваться осциллографом

  Последнее изменение 2 года назад

  Скопировать ссылку

  На этой странице

  Что такое осциллограф?

  Основы осциллографа

  История

  Особенности

  Вам нужен осциллограф?

  Что такое осциллограф?

  Что такое осциллограф?
  Далее: Задачи Вверх: Фон Предыдущий: Как переписать

  Форма волны, сгенерированная генератором сигналов ШИМ, представляет собой изменяющаяся во времени форма волны. Для проверки работоспособности вашего Генератор сигналов ШИМ, вы должны иметь возможность построить график сигнала уровень напряжения как функция времени. Цифровой мультиметр (цифровой мультиметр) для этого использовать нельзя, нужен другой кусок электронное испытательное оборудование, которое называется осциллограф .

  Осциллограф – это прибор, отображающий график изменяющийся во времени входной сигнал. В этой лаборатории используется аналог Tektronix. сфера. Панель управления этого прицела показана на рисунке 4

  Рисунок 4: Панель управления аналоговым осциллографом Tektronix

  Аналоговый осциллограф состоит из электронно-лучевой трубки. (ЭЛТ), генератор развертки и вертикальный усилитель, как показано на рис. 5. Генератор развертки заставляет электронный луч в ЭЛТ перемещаться по горизонтали через фосфоресцирующий экран. Вертикальный усилитель перемещает луч в вертикальном направлении в ответ на применяемый входной сигнал. Горизонтальное и вертикальное движение электронного луча отслеживает время входного сигнала вариации. Эта кривая появляется на осциллографе. экран.

  На рис. 5 показан внутренний компоненты осциллографа, а также передняя панель осциллографа Tektronix, который вы, вероятно, будете использовать. Примечание что существует по существу три важных типа средства управления, которыми вы должны быть в состоянии пользоваться. Эти элементы управления являются

  1. вертикальная шкала (вольт/дел)
  2. шкала времени (мс/дел)
  3. триггер
  Вертикальная шкала управляет усилением по вертикали. усилитель. Он определяет, как далеко будет распространяться электронный пучок. двигаться (в вертикальном направлении) в ответ на приложенное Напряжение. Шкала времени определяет, как быстро электрон луч проходит по экрану, а триггер определяет, когда электронный пучок начинает развертку.

  Рисунок 5: Схема внутренних подсистем в аналоге осциллограф

  К сожалению, ЭЛТ не похожи на лист бумаги. Когда пишешь на экране, люминофор будет излучать свет за только короткое время. Поэтому картина должна быть постоянно обновляется. У вас нет абсолютно никакой надежды на это происходит, если только сигнал, на который вы пытаетесь взглянуть, не постоянно повторяющиеся (мы называем такие формы волны периодический ). Многие интересные формы сигналов являются периодическими. С повторяющимся сигналом у вас есть некоторая надежда, что тот же самый изображение будет постоянно обновляться, чтобы ваши медленные глаза может это воспринять.

  Самые ранние прицелы имели ручку, которая позволяла регулировать частота развертки в попытке соответствовать частоте входной сигнал. Как вы могли догадаться, это сделано с использованием область применения довольно сложная. К счастью, гораздо лучшая система вскоре появился, назвал запущена развертка .

  Идея триггерной развертки заключалась в том, чтобы попытаться получить несколько разверток, чтобы начать с одного и того же места на осциллограмме каждый раз. Таким образом, все картинки будут выровнены. Когда осциллограф видит, что ввод проходит определенный уровень, он будет запустить горизонтальную развертку. Вскоре после зачистки завершится, цепь снова активируется и будет ждать следующего триггерное событие.

  Эта система, конечно, имела ограничения. Сложный формы волны, например, которые имеют несколько волн в один период может легко запутать схему триггера. К запустить цепь, все пересечения триггера точка будет выглядеть одинаково, поэтому она выберет их случайным образом. Часто где-то в цепи присутствует другой сигнал с тот же период, но без лишних ударов. Наибольший объем позволит вам запустить развертку для одного канала из другой канал, чтобы вы могли синхронизироваться с очистителем сигнал.

  триггер характеризуется как минимум тремя параметрами. Эти параметры

  1. Триггерное событие
  2. Триггерный канал
  3. Уровень срабатывания
  Триггерное событие обычно указывается либо как нарастающее (падающий) край. Это означает, что осциллограф начинает его развертка при повышении (падении) изменения напряжения. триггерный канал определяет, какой из входных данных осциллографа канал может быть использован в качестве источника триггерного сигнала. Уровень срабатывания определяет, насколько велик рост или спадающий край приведет к срабатыванию прицела.

  О пятнадцать лет назад, следующее большое достижение в области осциллографов произошла технология. Этим достижением стал цифровой процессор . прицел . Цифровой запоминающий осциллограф (DSO) в основном компьютер, оптимизированный для сбора данных. В сердце DSO — это один или несколько высокоскоростных аналого-цифровых преобразователи. Эти АЦП производят выборку аналоговых напряжений и отображают их на экране компьютера. Цифровой прицел может многое вещи, которые не может сделать аналоговый прицел. прежде всего цифровой осциллограф оцифровывает форму волны и может удерживать ее экран навсегда. Таким образом, вы можете сделать снимок конкретный сигнал, а затем изучите его на досуге.

  Первоначальная настройка цифрового прицела может быть пугает начинающего студента, потому что контроль панель выглядит очень сложной. Процедура настройки для область применения указана ниже (см. рис. 6) Если вы будете следовать этой настройке, вы сможете настроить охват должным образом.