Site Loader

Содержание

Осциллограф: история и классификация — Masteram

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

История осциллографов берет свое начало с 1893 года, когда французский физик Андре Блондель представил миру собственноручно построенный магнитоэлектрический осциллограф с бифилярным подвесом. Данный прибор позволял регистрировать значения электрических величин, таких как интенсивность переменных токов, на движущейся ленте записи при помощи чернильного маятника, подсоединенного к катушке. Так как при работе использовались сразу несколько механических приспособлений, первые осциллографы были не слишком точными и имели очень малую полосу пропускания, в диапазоне 10-19 кГц.

Полностью автоматический ондограф Госпиталье — предшественник магнитоэлектрического осциллографа с бифилярным подвесом Андре Блонделя

По настоящему осциллографы эволюционировали с появлением электронно-лучевой трубки (CRT), которую изобрел в 1897 году немецкий физик Карл Браун. A.C. Cossor – британская компания, которая первой в мире адаптировала данную технологию, представив в 1932 году первый осциллограф на ЭЛТ.

По окончанию Второй мировой войны измерительные приборы, а с ними, соответственно, и осциллографы, преуспевали в развитии во всех частях мира, но в первую очередь это было заметно в Европе и Америке. В 1946 году Говард Воллюм и Мелвин Джек Мердок основали компанию Tektronix, которая вскоре стала мировым лидером в осциллографии. В том же году Воллюм и Мердок изобрели свой первый осциллограф со ждущей разверткой. Они использовали эту технологию в модели 511, которая имела полосу пропускания 10 МГц. Ждущей разверткой в осциллографе принято считать развертку, которая срабатывает только во время протекания наблюдаемого электрического импульса.

В 1950-х годах практически во всех технически развитых странах стали производить эти приборы, благодаря чему осциллографы превратились в универсальный инструмент для измерений. Полоса пропускания и точность осциллографов стремительно увеличивались, сначала с появлением первых промышленных аналоговых моделей, а затем и с появлением цифровых осциллографов в 1985-м году. Этот год можно с уверенностью назвать одной из ключевых точек в истории развития осциллографии. Именно в этом году для исследовательского центра CERN был разработан первый в мире цифровой запоминающий осциллограф. Созданием данного прибора руководил Уолтер ЛеКрой (Walter LeCroy), основатель компании

LeCroy. Начиная с 1980-х годов рынок цифровых осциллографов развивался невероятными темпами, благодаря чему эти приборы по сей день являются незаменимыми.

Как и в случае с любым другим электронным оборудованием, по способу обработки входного сигнала осциллографы можно разделить на аналоговые и цифровые. Оба типа, конечно же, обладают своими плюсами, минусами и уникальными характеристиками, поэтому давайте все же рассмотрим их более детально.

Аналоговый осциллограф

Единичные экземпляры аналоговых осциллографов все еще можно встретить на рабочих столах мастеров старой закалки, которые в меру своей привычки не могут перейти в эпоху цифрового измерения сигналов. Но даже такие редкие аналоговые модели постепенно вытесняются цифровыми собратьями, потому что ситуация на рынке измерительных приборов аналогична рынку персональных компьютеров, где стоимость компонентов постоянно снижается.

Практически любой аналоговый осциллограф должен быть оснащен одним или несколькими вертикальными каналами, горизонтальным каналом, временной базой, схемой запуска (спусковой схемой), и, конечно же, ЭЛТ модулем. Вертикальный канал должен содержать компенсированный аттенюатор, предусилитель, линию задержки и вертикальный усилитель, который предназначен для усиления сигнала до нужного для ЭЛТ модуля уровня. Горизонтальный канал может использоваться в двух разных режимах работы: внутреннем и внешнем. Оба режима горизонтального канала, по аналогии с вертикальным, работают через горизонтальный усилитель.

Временная база в основном состоит из триггеров, интегрирующего усилителя, а также схем для суммирования и инвертирования.

Схема запуска состоит из селектора фронта, триггера и схемы производного действия. Селектор фронта предназначен для переключения между спадающим и нарастающим фронтом. Схема триггера Шмитта, которая выводит сигнал прямоугольной формы, синхронизируется с другими спусковыми событиями. Управление уровнем запуска (спуска) производится посредством изменения переходного напряжения триггера Шмитта.

ЭЛТ модулем принято называть специальную вакуумную трубку, содержащую электронную пушку, набор горизонтальных и вертикальных отклоняющих пластин, несколько электронных линз, а также дисплей, окрашенный внутри слоями флуоресцентного и фосфоресцентного покрытия.

В большинстве случаев полоса пропускания аналоговых осциллографов исчисляется несколькими сотнями мегагерц, а основным «ограничителем» полосы является именно ЭЛТ модуль. Такие приборы могут использоваться для отображения в реальном времени моментальных изменений сигналов, так как весь процесс вывода сигнала на экран не проходит цифровую обработку. К аналоговым осциллографам такие понятия, как буферизация, обработка входного сигнала и другие термины, относящиеся к современным цифровым моделям, конечно же, неприменимы. Подающиеся на вход сигналы непрерывно отображаются с небольшой задержкой, обусловленной непосредственно компонентами электронных схем прибора.

Цифровой осциллограф

Как правило, цифровые осциллографы разделяют на три основных подтипа:

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

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

Цифровым стробоскопическим осциллографом принято называть прибор, который для получения изображения формы сигнала использует упорядоченную/случайную выборку мгновенных значений исследуемого сигнала и осуществляет его временное преобразование. Принцип работы подобного осциллографа базируется на стробоскопическом эффекте, поэтому DSaO использует измерение мгновенных значений повторяющихся сигналов при помощи коротких стробоскопических импульсов. Благодаря этому принципу такие осциллографы обеспечивают широкую полосу пропускания и обладают высокой чувствительностью.

Цифровые фосфорные осциллографы – это наиболее развитый и высокотехнологичный тип осциллографов, которые существуют на сегодняшний день. DPO отображают сигнал в трех плоскостях, что в какой-то мере можно сравнить с производительностью аналогового осциллографа: временном, амплитудном и амплитудном в течении времени (интенсивность). Такие осциллографы обладают высокой плотностью выборки, а также присущей подобным приборам способностью захватывать данные по интенсивности исследуемого сигнала. Дисплей DPO значительно облегчает распознавание основной формы сигнала от его переходных характеристик — картинка основного сигнала выглядит значительно ярче.

Тенденции развития

Традиционно, производство современных цифровых осциллографов ориентировано на разработку устройств с более широкой полосой пропускания и увеличение быстродействия. На сегодняшний день полоса пропускания осциллографов ведущих производителей достигает 6-7 ГГц и даже больше (у некоторых осциллографов для расширенного анализа сигналов).

С другой стороны, есть тенденция к разработке портативных устройств. Эти устройства не будут иметь характеристик лабораторных осциллографов, но являются компактными, мобильными, и имеют привлекательную цену. По размерам и форм-фактору они очень напоминают современный мобильный телефон.

Разработаны также USB-осциллографы, которые работают в паре с персональным компьютером, и превращают его в измерительное устройство. Управление происходит с ПК, а сигнал отображается на его экране. Как правило, это небольшое и легкое устройство. С его помощью можно легко проводить обработку сигнала (которую на самом деле выполняет ваш ПК). Преимуществом является то, что сигнал можно легко сохранить, обработать, распечатать или переслать.

В заключение

Осциллограф – это невероятно полезный в работе инструмент и, наверное, одна из лучших инвестиций, которую вы можете сделать, занимаясь ремонтом, отладкой и тестированием различной техники. В ассортименте нашего магазина представлен широкий выбор цифровых осциллографов, от бюджетных вариантов до высокотехнологичных производительных моделей. Если у вас возникли вопросы по выбору такого прибора, обращайтесь в нашу службу технической поддержки, где вам обязательно помогут.

Команда Masteram

принципы действия, отличия, сферы применения

7 Сентября 2020

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

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.

принципы действия, отличия, сферы применения

7 Сентября 2020

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

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.

принципы действия, отличия, сферы применения

7 Сентября 2020

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

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.

20 самых важных характеристик осциллографов!

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

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

1. Чем хорош двухлучевой осциллограф?

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

2. Ограничения двухканального (многоканального) осциллографа

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

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

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

4. Цифровой или аналоговый осциллограф?

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

5. Цифровой осциллограф не покажет ВЧ импульсы

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

6. Цифровой осциллограф умеет запоминать сигналы

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

7. Ограничения АЦП цифровых осциллографов

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

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

8. Объем памяти цифрового осциллографа

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

9. «Короткая и длинная» память в цифровом осциллографе

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

10. Время нарастания входного сигнала

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

11. Полоса пропускания цифрового осциллографа

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

12. Как связаны шумы и погрешность Разрешение экрана

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

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

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

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

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

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

15. Эквивалентный режим

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

16. Режим сегментированной памяти

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

17. Минусы портативных осциллографов

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

18. Что такое мотортестер?

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

19. Что такое автомобильный диагностический сканер?

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

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

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

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

Примечание.

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

 

Примеры оборудования:

Осциллограф смешанных сигналов | Tektronix

Осциллограф смешанных сигналов (MSO) — это прибор класса цифровых запоминающих осциллографов, предназначенный для отображения и сравнения как аналоговых, так и цифровых сигналов. Входные каналы прибора могут принимать аналоговые и цифровые сигналы.

Аналоговые сигналы отображаются в виде сигналов напряжения, амплитуда которого меняется со временем. Обычно такие сигналы напряжения, представляемые зависимостью амплитуды от времени, измеряются осциллографами. Сигналы можно подавать на прибор непосредственно на аналоговые входы либо через пробник осциллографа.

В отличие от аналоговых, цифровые каналы служат для измерения логических уровней (0 или 1). Соответствие уровня сигнала логическому уровню (0 или 1) определяется по пороговым значениям, которые задает пользователь. Обычно цифровые логические сигналы измеряют при помощи логических анализаторов, однако во многих случаях удобнее пользоваться осциллографом смешанных сигналов. Осциллографы MSO могут выполнять большинство основных функций логических анализаторов, в частности анализ временных характеристик цифровых сигналов.

На экране осциллографа MSO на одной сетке можно с высокой точностью отображать и сравнивать два типа сигналов: аналоговые с постоянно изменяемой амплитудой, поступающие через аналоговые входные каналы, и цифровые или логические сигналы, поступающие через цифровые входные каналы.

К осциллографам другого типа относятся комбинированные осциллографы, способные измерять смешанные (аналоговые и цифровые сигналы) и имеющие встроенный анализатор спектра, который обеспечивает измерения частотных характеристик радиочастотных (РЧ) сигналов. Чтобы подробнее узнать об осциллографах разных типов, ознакомиться с техническими характеристиками и процедурами выполнения точных измерений, посетите Центр обучения работе с осциллографами.

Осциллографы смешанных сигналов Tektronix

Модели Дисплей Длина записи Число каналов Цветной дисплей Запросить цену
MSO70000C/DX От 4 до 33 ГГц от 31,25 млн до 1 млрд точек 4 аналоговых
16 цифровых
12,1 дюйма
(307 мм)
Запросить цену
6 Series B MSO От 1 до 10 ГГц от 62,5 млн точек до 1 млрд точек 4 аналоговых
8—32 цифровых (опция)
15,6 дюйма
(395 мм)
Запросить цену
MSO Серии 5 От 350 МГц до 2 ГГц от 62,5 млн точек до 500 млн точек 4—8 аналоговых
8—64 цифровых (опция)
15,6 дюйма
(395 мм)
Запросить цену
MSO Серии 4 От 200 МГц до 1,5 ГГц 31,25 или 62,5 млн точек 4, 6 аналоговых
до 48 цифровых (опция)
13,3 дюйма
(338 мм)
Запросить цену
MDO Серии 3 От 100 МГц до 1 ГГц 10 млн точек 2, 4 аналоговых
16 цифровых (опция)
1 РЧ (опция)
11,6 дюйма
(295 мм)
Запросить цену
MSO5000B От 350 МГц до 2 ГГц от 25 до 250 млн точек 4 аналоговых
16 цифровых
10,4 дюйма
(264 мм)
Запросить цену
MDO4000C От 100 МГц до 1 ГГц 20 M 2, 4 analog
16 digital (optional)
1 RF
10,4 дюйма
(264 мм)
Запросить цену
MDO3000 От 100 МГц до 1 ГГц 10 млн точек 2, 4 analog
16 digital (optional)
1 RF
9 in.
(229 mm)
Запросить цену
MSO2000B 100 MHz — 200 MHz 1 M 2, 4 analog
16 digital
7 in.
(180 mm)
Запросить цену

Осциллографы

Осциллографы, наряду с комбинированными универсальными приборами, являются наиболее часто используемыми в радиотехнической деятельности средствами измерений. Это связано с их широкими функциональными и эксплуатационными возможностями, позволяющими производить непосредственно количественный отсчет параметров исследуемого сигнала и одновременно наблюдать за качественными изменениями его формы.

В зависимости от целей измерений выбор осциллографа производят по его техническим характеристикам, которые должны удовлетворять требованиям решаемой задачи. В ряде случаев, особенно в радиолюбительской практике, решающими факторами могут служить габариты прибора, его масса, удобство в эксплуатации, стоимость. Выбирая осциллограф, следует учитывать условия его эксплуатации, ясно представлять особенности объекта исследования, знать характеристики прибора и понимать роль каждой из них в предстоящих измерениях.

Вид требуемого осциллографа зависит от характера исследуемого сигнала. При наблюдении форм непрерывных сигналов и измерении их основных параметров (длительность, частота, амплитуда) применяют универсальные осциллографы. Для исследования редко повторяющихся и однократных импульсов используют запоминающие осциллографы. При очень высокой частоте сигнала или исследовании быстродействующих процессов необходим стробоскопический осциллограф.

В общем случае при выборе осциллографа потребителя должны интересовать следующие составляющие погрешности прибора:

 — основная;

 — дополнительная – изменение основной погрешности за счет изменения внешних условий относительно нормальных;

 — динамическая – разность между погрешностью прибора в динамическом режиме и его статической погрешностью, соответствующей значению величины в данный момент времени;

 — энергетическая – обусловленная потреблением мощности от объекта исследования, к которому подключают прибор.

Соответственно допускаемой погрешности измерений выбирают класс точности. Не следует задаваться целью получить погрешность измерений во много раз меньше допускаемой. Следует помнить, что стоимость прибора зависит от его класса точности, поэтому не рациональный подход к выбору данного параметра может повлечь неоправданные затраты. К тому же класс точности прибора, характеризуя его свойства, не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этого прибора.

Осциллограф —это прибор, предназначенный для исследования и измерения амплитудных и временныых параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход. Электрический сигнал отображаеться либо на экране осциллографа, либо печатаеться с помощью самописца.

Работает осциллограф следующим образом: Электронная пушка, расположенная в узком конце электронно-лучевой трубки, излучает узкий поток электронов, которые разгоняясь до большой скорости попадают на экран, покрытый изнутри люминофором. На экране образуется маленькая светящаяся точка зелёного, белого или синего свечения.

Проверка осциллографа очень проста — нужно схватиться за щуп рукой и тогда можно увидеть на экране наведённую помеху от бытовой сети, частотой 50 Гц.

С точки зрения электротехники осциллограф представляет собой вольтметр, у которого имеется высокое сопротивление (стандартно 1 МОм). Если же входное сопротивление у осциллографа не превышает 50 Ом, то следует использовать прилагаемый, или отдельно приобретённый, щуп с делителем 1:10 (можно такой щуп изготовить самому по прилагаемой схеме к осциллографу).

В настоящее время выпускаются многоканальные и многолучевые осциллографы, с помощью которых можно увидеть более одного сигнала в разных точках схемы и сравнивать их. Кроме этих разновидностей существуют так называемые запоминающие осциллографы, которые могут получить моментальный «снимок» одноразового процесса.

Самые же лучшие — цифровые осциллографы, они и стоят дороже, и имеют ещё больше функций, нежели аналоговые.

Как пользоваться осциллографом

Введение

Вы когда-нибудь обнаруживали, что при поиске неисправностей в цепи вам требуется больше информации, чем может предоставить простой мультиметр? Если вам нужно получить такую ​​информацию, как частота, шум, амплитуда или любые другие характеристики, которые могут измениться со временем, вам понадобится осциллограф!

О-образные диафрагмы

— важный инструмент в лаборатории любого инженера-электрика. Они позволяют видеть электрические сигналы , поскольку они меняются с течением времени, что может иметь решающее значение для диагностики, почему ваша схема таймера 555 не мигает правильно или почему ваш генератор шума не достигает максимальных уровней раздражения.

Цифровое аналоговое открытие 2

В наличии TOL-13929

Digilent Analog Discovery 2 — это USB-осциллограф и многофункциональный прибор, который позволяет пользователям измерять, контролировать…

14

HAMlab — 160-6 10 Вт

Осталось всего 3! WRL-15001

HAMlab — это полнофункциональный SDR-трансивер с диапазоном 160-10 м и выходной мощностью 10 Вт, построенный на платформе STEMlab…

рассматривается в этом учебном пособии

Это руководство предназначено для ознакомления с концепциями, терминологией и системами управления осциллографов.Он разбит на следующие разделы:

  • Основы O-Scopes — Введение в осциллографы, что они измеряют и почему мы их используем.
  • Oscilloscope Lexicon — Словарь некоторых наиболее распространенных характеристик осциллографов.
  • Анатомия осциллографа — Обзор наиболее важных систем осциллографа — экрана, элементов управления по горизонтали и вертикали, триггеров и пробников.
  • Использование осциллографа — Советы и рекомендации для тех, кто впервые использует осциллограф.

Мы будем использовать Gratten GA1102CAL — удобный цифровой осциллограф среднего уровня — в качестве основы для обсуждения осциллографа. Другие o-области могут выглядеть иначе, но все они должны иметь одинаковый набор механизмов управления и интерфейса.

Рекомендуемая литература

Прежде чем продолжить изучение этого руководства, вы должны быть знакомы с приведенными ниже концепциями. Ознакомьтесь с руководством, если хотите узнать больше!

Видео


Основы O-Scopes

Основное назначение осциллографа — графическое изображение электрического сигнала, изменяющегося во времени .Большинство осциллографов создают двумерный график с временем по оси x и напряжением по оси y .

Пример дисплея осциллографа. Сигнал (в данном случае желтая синусоида) отображается на горизонтальной оси времени и вертикальной оси напряжения.

Элементы управления, окружающие экран осциллографа, позволяют регулировать масштаб графика как по вертикали, так и по горизонтали, что позволяет увеличивать и уменьшать масштаб сигнала.Есть также элементы управления для установки триггера на прицеле, который помогает сфокусировать и стабилизировать отображение.

Что могут измерить прицелы?

В дополнение к этим основным функциям многие осциллографы имеют инструменты измерения, которые помогают быстро определять частоту, амплитуду и другие характеристики формы сигнала. Как правило, осциллограф может измерять характеристики как по времени, так и по напряжению.

  • Временные характеристики :
    • Частота и период — Частота определяется как количество повторений сигнала в секунду.И период является обратной величиной (количество секунд, которое занимает каждый повторяющийся сигнал). Максимальная частота, которую может измерить осциллограф, варьируется, но часто она находится в диапазоне 100 МГц (1E6 Гц).
    • Рабочий цикл — Процент периода, в течение которого волна является либо положительной, либо отрицательной (есть как положительные, так и отрицательные рабочие циклы). Рабочий цикл — это соотношение, которое показывает, как долго сигнал «включен» по сравнению с тем, как долго он «выключен» в каждом периоде.
    • Время нарастания и спада — Сигналы не могут мгновенно переходить от 0 В до 5 В, они должны плавно нарастать.Продолжительность волны, идущей от нижней точки к верхней точке, называется временем нарастания, а время спада измеряет обратное. Эти характеристики важны при рассмотрении того, насколько быстро цепь может реагировать на сигналы.
  • Характеристики напряжения :
    • Амплитуда — Амплитуда — это мера величины сигнала. Существует множество измерений амплитуды, включая размах амплитуды, который измеряет абсолютную разницу между точкой высокого и низкого напряжения сигнала.Пиковая амплитуда, с другой стороны, измеряет только то, насколько высокий или низкий сигнал превышает 0 В.
    • Максимальное и минимальное напряжение — осциллограф может точно сказать вам, насколько высоким и низким становится напряжение вашего сигнала.
    • Среднее и среднее напряжение — Осциллографы могут вычислять среднее или среднее значение вашего сигнала, а также могут сообщать вам среднее значение минимального и максимального напряжения вашего сигнала.

Когда использовать O-Scope

o-scope полезен в различных ситуациях поиска и устранения неисправностей, в том числе:

  • Определение частоты и амплитуды сигнала, которые могут иметь решающее значение при отладке входа, выхода или внутренних систем схемы.Исходя из этого, вы можете определить, неисправен ли какой-либо компонент в вашей цепи.
  • Определение уровня шума в вашей цепи.
  • Определение формы волны — синус, квадрат, треугольник, пилообразная, сложная и т. Д.
  • Количественное определение разности фаз между двумя разными сигналами.

Осциллограф Lexicon

Научиться пользоваться осциллографом — значит познакомиться с целым словарем терминов.На этой странице мы познакомим вас с некоторыми важными модными словечками o-scope, с которыми вам следует ознакомиться, прежде чем включать его.

Основные характеристики осциллографа

Некоторые прицелы лучше других. Эти характеристики помогают определить, насколько хорошо вы можете ожидать от прицела:

  • Полоса пропускания — Осциллографы чаще всего используются для измерения сигналов определенной частоты. Однако ни один прицел не идеален: у всех есть пределы того, насколько быстро они могут видеть изменение сигнала.Полоса пропускания осциллографа определяет диапазон частот , который он может надежно измерить.
  • Цифровые и аналоговые — Как и большинство всего электронного, осциллографы могут быть аналоговыми или цифровыми. Аналоговые осциллографы используют электронный луч для прямого отображения входного напряжения на дисплей. Цифровые осциллографы включают микроконтроллеры, которые дискретизируют входной сигнал с помощью аналого-цифрового преобразователя и отображают это показание на дисплее. Как правило, аналоговые осциллографы старше, имеют меньшую полосу пропускания и меньше функций, но они могут иметь более быстрый отклик (и выглядеть намного круче).
  • Количество каналов — Многие осциллографы могут считывать более одного сигнала одновременно, отображая их все на экране одновременно. Каждый сигнал, считанный осциллографом, подается в отдельный канал. Очень распространены осциллографы от двух до четырех каналов.
  • Частота дискретизации — Эта характеристика уникальна для цифровых осциллографов, она определяет, сколько раз в секунду считывается сигнал. Для осциллографов с более чем одним каналом это значение может уменьшиться, если используется несколько каналов.
  • Время нарастания — Указанное время нарастания осциллографа определяет самый быстрый нарастающий импульс, который он может измерить. Время нарастания осциллографа очень тесно связано с полосой пропускания. Его можно рассчитать как Время нарастания = 0,35 / Пропускная способность .
  • Максимальное входное напряжение — Каждая электроника имеет свои пределы, когда дело касается высокого напряжения. Все осциллографы должны быть рассчитаны на максимальное входное напряжение. Если ваш сигнал превышает это напряжение, есть большая вероятность, что прицел будет поврежден.
  • Разрешение — Разрешение осциллографа показывает, насколько точно он может измерять входное напряжение. Это значение может изменяться при настройке вертикального масштаба.
  • Вертикальная чувствительность — Это значение представляет собой минимальное и максимальное значения вертикальной шкалы напряжения. Это значение указано в вольтах на деление.
  • Временная база — Временная база обычно указывает диапазон чувствительности на горизонтальной оси времени. Это значение указывается в секундах на каждый div.
  • Входное сопротивление — Когда частота сигнала становится очень высокой, даже небольшой импеданс (сопротивление, емкость или индуктивность), добавленный к цепи, может повлиять на сигнал. Каждый осциллограф добавляет к цепи, которую он считывает, определенное сопротивление, называемое входным сопротивлением. Входные импедансы обычно представлены в виде большого резистивного сопротивления (> 1 МОм), соединенного параллельно (||) с малой емкостью (в диапазоне пФ). Влияние входного импеданса более очевидно при измерении очень высокочастотных сигналов, и пробник, который вы используете, может помочь его компенсировать.

На примере GA1102CAL приведены характеристики, которые можно ожидать от прицела среднего класса:

/ дел 50 — 2 с
Характеристика Значение
Полоса пропускания 100 МГц
Частота дискретизации 1 Гвыб. / С (1E9 выборок в секунду)
Время нарастания 9019 9019 9019 9019
Максимальное входное напряжение 400 В
Разрешение 8 бит
Чувствительность по вертикали 2 мВ / дел — 5 В / дел
Развертка времени
Входное сопротивление 1 МОм ± 3% || 16 пФ ± 3 пФ

Понимая эти характеристики, вы сможете выбрать осциллограф, который лучше всего соответствует вашим потребностям.Но вам все равно нужно знать, как им пользоваться … на следующей странице!


Анатомия O-Scope

Хотя не существует абсолютно одинаковых осциллографов, все они должны иметь некоторые общие черты, которые заставляют их функционировать одинаково. На этой странице мы обсудим несколько наиболее распространенных систем осциллографов: дисплей, горизонтальную, вертикальную, триггерный и входные.

Дисплей

Осциллограф бесполезен, если он не может отображать информацию, которую вы пытаетесь проверить, что делает дисплей одним из наиболее важных разделов осциллографа.

Каждый дисплей осциллографа должен быть пересечен горизонтальными и вертикальными линиями, называемыми делениями . Масштаб этих делений изменен с помощью горизонтальной и вертикальной систем. Вертикальная система измеряется в «вольтах на деление», а горизонтальная — в «секундах на деление». Как правило, прицелы имеют 8-10 делений по вертикали (напряжение) и 10-14 делений по горизонтали (секунд).

Старые осциллографы (особенно аналоговые) обычно имеют простой монохромный дисплей, хотя интенсивность волны может варьироваться.Более современные осциллографы оснащены многоцветными ЖК-экранами, которые очень помогают отображать более одной формы сигнала за раз.

Многие дисплеи осциллографа расположены рядом с набором из пяти кнопок — сбоку или под дисплеем. Эти кнопки могут использоваться для навигации по меню и управления настройками осциллографа.

Вертикальная система

Вертикальная секция осциллографа управляет шкалой напряжения на дисплее. В этом разделе традиционно есть две ручки, которые позволяют индивидуально управлять вертикальным положением и вольт / дел.

Более критичная ручка вольт на деление позволяет вам установить вертикальный масштаб на экране. Вращение ручки по часовой стрелке уменьшает масштаб, а против часовой стрелки — увеличивает. Меньший масштаб — меньшее количество вольт на деление экрана — означает, что вы в большей степени «увеличиваете масштаб» формы сигнала.

Дисплей GA1102, например, имеет 8 делений по вертикали, а ручка вольт / дел может выбрать шкалу от 2 мВ / дел до 5 В / дел. Таким образом, при полном увеличении до 2 мВ / дел на дисплее может отображаться осциллограмма 16 мВ сверху вниз.Полностью уменьшенный, осциллограф может отображать сигнал в диапазоне более 40 В. (Зонд, как мы обсудим ниже, может еще больше увеличить этот диапазон.)

Положение Ручка управляет вертикальным смещением сигнала на экране. Поверните ручку по часовой стрелке, и волна будет двигаться вниз, против часовой стрелки — вверх по дисплею. Вы можете использовать ручку положения, чтобы сместить часть сигнала за пределы экрана.

Используя одновременно ручки положения и вольт / деления, вы можете увеличить только крошечную часть сигнала, которая вам важнее всего.Если у вас есть прямоугольный сигнал 5 В, но вы заботитесь только о том, насколько он звенит по краям, вы можете увеличить нарастающий фронт, используя обе ручки.

Горизонтальная система

Горизонтальная часть осциллографа контролирует шкалу времени на экране. Как и в вертикальной системе, горизонтальный элемент управления дает вам две ручки: положение и секунды / дел.

Ручка секунд на деление (с / дел) вращается для увеличения или уменьшения горизонтального масштаба.Если повернуть ручку s / div по часовой стрелке, количество секунд, которое представляет каждое деление, уменьшится — вы «увеличите масштаб» шкалы времени. Поверните против часовой стрелки, чтобы увеличить шкалу времени и показать на экране большее количество времени.

Если снова использовать GA1102 в качестве примера, дисплей имеет 14 горизонтальных делений и может отображать от 2 нс до 50 с на деление. Таким образом, при полном увеличении по горизонтали осциллограф может показывать 28 нс формы волны, а при увеличении масштаба он может отображать сигнал, когда он изменяется в течение 700 секунд.

Ручка позиции может перемещать вашу форму волны вправо или влево от дисплея, регулируя горизонтальное смещение .

Используя горизонтальную систему, вы можете настроить , сколько периодов сигнала вы хотите видеть. Вы можете уменьшить масштаб и показать несколько пиков и впадин сигнала:

Или вы можете увеличить масштаб и использовать ручку положения, чтобы показать только крошечную часть волны:

Система запуска

Секция триггера предназначена для стабилизации и фокусировки осциллографа.Триггер сообщает осциллографу, какие части сигнала «запускать» и начинать измерение. Если ваша форма волны периодическая , триггером можно управлять, чтобы дисплей оставался статичным, и устойчивым. Плохо сработавшая волна будет производить такие широкие волны, как это:

, вызывающие судороги.

Секция триггера осциллографа обычно состоит из ручки уровня и набора кнопок для выбора источника и типа триггера. Ручка уровня может быть повернута для установки триггера на определенную точку напряжения.

Ряд кнопок и экранных меню составляют остальную часть триггерной системы. Их основное назначение — выбор источника и режима запуска. Существует множество типов триггеров , которые управляют тем, как триггер активируется:

  • Спусковой механизм edge — это самая простая форма спускового крючка. Он заставит осциллограф начать измерение, когда напряжение сигнала перейдет на определенный уровень. Триггер по фронту может быть настроен на захват нарастающего или спадающего фронта (или обоих).
  • Триггер импульс сообщает осциллографу, что нужно ввести заданный «импульс» напряжения. Вы можете указать длительность и направление импульса. Например, это может быть крошечный скачок 0 В -> 5 В -> 0 В, или это может быть секундное падение от 5 В до 0 В, обратно до 5 В.
  • Триггер по наклону может быть настроен на запуск осциллографа по положительному или отрицательному наклону в течение определенного периода времени.
  • Существуют более сложные триггеры для фокусировки на стандартизованных формах сигналов, передающих видеоданные, например NTSC или PAL .Эти волны используют уникальный шаблон синхронизации в начале каждого кадра.

Обычно вы также можете выбрать режим запуска , который, по сути, сообщает осциллографу, насколько сильно вы относитесь к своему триггеру. В режиме автоматического запуска осциллограф может попытаться нарисовать сигнал, даже если он не запускается. Нормальный режим будет рисовать вашу волну, только если видит указанный триггер. И single mode ищет указанный вами триггер, когда он его видит, он рисует вашу волну, а затем останавливается.

Зонды

Осциллограф хорош только в том случае, если вы действительно можете подключить его к сигналу, а для этого вам нужны пробники. Пробники — это устройства с одним входом, которые направляют сигнал от вашей схемы к осциллографу. У них есть острый наконечник , который исследует точку на вашей цепи. Наконечник также может быть оснащен крючками, пинцетом или зажимами, чтобы упростить фиксацию на цепи. Каждый пробник также включает зажим заземления , который следует надежно прикрепить к общей точке заземления на тестируемой цепи.

В то время как пробники могут показаться простыми устройствами, которые просто фиксируются на вашей схеме и передают сигнал в осциллограф, на самом деле многое нужно сделать в конструкции и выборе пробника.

В оптимальном случае зонд должен быть невидимым — он не должен влиять на ваш тестируемый сигнал. К сожалению, все длинные провода обладают собственной индуктивностью, емкостью и сопротивлением, поэтому, несмотря ни на что, они будут влиять на показания осциллографа (особенно на высоких частотах).

Существует множество типов пробников, наиболее распространенным из которых является пассивный пробник , входящий в состав большинства прицелов.Большинство «стандартных» пассивных зондов — это аттенуированных . Ослабляющие пробники имеют большое сопротивление, намеренно встроенное и шунтируемое небольшим конденсатором, что помогает минимизировать влияние длинного кабеля на нагрузку вашей цепи. Этот ослабленный пробник, подключенный последовательно к входному сопротивлению осциллографа , будет создавать делитель напряжения между вашим сигналом и входом осциллографа.

Большинство пробников имеют резистор 9 МОм для ослабления, который в сочетании со стандартным входным сопротивлением 1 МОм на осциллографе создает делитель напряжения 1/10.Эти зонды обычно называются 10X аттенуированными зондами . Многие пробники включают переключатель для выбора между 10X и 1X (без затухания).

Аттенуированные пробники отлично подходят для повышения точности на высоких частотах, но они также уменьшат амплитуду вашего сигнала. Если вы пытаетесь измерить сигнал очень низкого напряжения, вам, возможно, придется использовать пробник 1X. Вам также может потребоваться выбрать настройку на вашем осциллографе, чтобы сообщить ему, что вы используете ослабленный зонд, хотя многие осциллографы могут обнаруживать это автоматически.

Помимо пассивного ослабленного пробника, существует множество других пробников. Активные пробники — это пробники с питанием (для них требуется отдельный источник питания), которые могут усилить ваш сигнал или даже предварительно обработать его, прежде чем он попадет в ваш осциллограф. Хотя большинство пробников предназначены для измерения напряжения, существуют пробники, предназначенные для измерения переменного или постоянного тока. Токовые пробники уникальны, потому что они часто зажимают провод, никогда не контактируя с цепью.


Использование осциллографа

Бесконечное разнообразие сигналов означает, что вы никогда не сможете использовать один и тот же осциллограф дважды. Но есть несколько шагов, на выполнение которых вы можете рассчитывать практически каждый раз, когда тестируете схему. На этой странице мы покажем пример сигнала и шаги, необходимые для его измерения.

Выбор и настройка датчика

Во-первых, вам нужно выбрать зонд. Для большинства сигналов простой пассивный пробник , входящий в комплект поставки осциллографа, будет работать идеально.

Затем, прежде чем подключать его к осциллографу, установите ослабление на пробнике. 10X — наиболее распространенный коэффициент затухания — обычно является наиболее всесторонним выбором. Однако, если вы пытаетесь измерить сигнал очень низкого напряжения, вам может потребоваться использовать 1X.

Подсоедините зонд и включите осциллограф

Подключите пробник к первому каналу осциллографа и включите его. Наберитесь здесь терпения, некоторые осциллографы загружаются так же долго, как и старый компьютер.

При загрузке осциллографа вы должны увидеть деления, масштаб и зашумленную ровную линию формы волны.

На экране также должны отображаться ранее установленные значения для времени и вольт на деление. Игнорируя пока эти шкалы, внесите эти настройки, чтобы поместить ваш прицел в стандартную настройку :

  • Включите канал 1 и выключите канал 2.
  • Установите канал 1 на Связь по постоянному току .
  • Установите источник запуска на канал 1 — без внешнего источника или запуска по альтернативному каналу.
  • Установите тип запуска на нарастающий фронт и режим запуска на автоматический (в отличие от одиночного).
  • Убедитесь, что коэффициент ослабления пробника осциллографа на вашем прицеле соответствует настройке на пробнике (например, 1X, 10X).

Для получения помощи по настройке этих параметров обратитесь к руководству пользователя осциллографа (например, к руководству GA1102CAL).

Проверка датчика

Давайте подключим этот канал к значимому сигналу. Большинство осциллографов будут иметь встроенный генератор частоты , который излучает надежную волну заданной частоты — на GA1102CAL в правом нижнем углу передней панели имеется прямоугольный выходной сигнал частотой 1 кГц.Выход генератора частоты имеет два отдельных проводника — один для сигнала и один для заземления. Подключите заземляющий зажим пробника к земле, а наконечник пробника к выходу сигнала.

Как только вы подключите обе части зонда, вы должны увидеть, как сигнал начинает танцевать по вашему экрану. Попробуйте поиграть с помощью системных регуляторов горизонтального и вертикального , чтобы перемещать сигнал по экрану. Поворот регуляторов шкалы по часовой стрелке «увеличивает» осциллограмму, а против часовой стрелки — уменьшает.Вы также можете использовать ручку положения для дальнейшего определения вашего сигнала.

Если ваша волна все еще нестабильна, попробуйте повернуть ручку положения триггера . Убедитесь, что триггер не выше самого высокого пика сигнала . По умолчанию тип триггера должен быть установлен по фронту, что обычно является хорошим выбором для таких прямоугольных волн.

Попробуйте повозиться с этими ручками, чтобы отобразить на экране один период вашей волны.

Или попробуйте уменьшить масштаб временной шкалы, чтобы отобразить десятки квадратов.

Компенсация затухающего пробника

Если ваш датчик настроен на 10X, и у вас нет идеально прямоугольной формы волны, как показано выше, вам может потребоваться компенсировать ваш датчик . Большинство пробников имеют утопленную головку винта, которую можно повернуть, чтобы отрегулировать шунтирующую емкость пробника.

Попробуйте использовать небольшую отвертку, чтобы повернуть этот триммер, и посмотрите, что происходит с осциллограммой.

Отрегулируйте подстроечный колпачок на ручке зонда так, чтобы получился прямоугольный сигнал с прямым краем и .Компенсация необходима только в том случае, если ваш зонд ослаблен (например, 10X), и в этом случае это критично (особенно, если вы не знаете, кто использовал ваш осциллограф последним!).

Наконечники для пробников, срабатывания и масштабирования

После того, как вы скомпенсировали зонд, пришло время измерить реальный сигнал! Иди найди источник сигнала (генератор частоты ?, Террор-Мин?) И возвращайся.

Первый ключ к зондированию сигнала — найти прочную и надежную точку заземления . Прикрепите зажим заземления к известному заземлению, иногда вам, возможно, придется использовать небольшой провод для промежуточного звена между зажимом заземления и точкой заземления вашей схемы.Затем подключите наконечник пробника к тестируемому сигналу. Наконечники пробников существуют в различных форм-факторах — подпружиненный зажим, острие, крючки и т. Д. — постарайтесь найти тот, который не требует от вас постоянного удерживания его на месте.

⚡ Внимание! Будьте осторожны при установке заземляющего зажима при проверке неизолированной цепи (например, без батарейного питания или с изолированным источником питания). При проверке цепи, заземленной на сетевую землю, обязательно подключите заземляющий зажим к стороне цепи , подключенной к сетевой земле .Это почти всегда отрицательная сторона цепи / земля, но иногда может быть и другая точка. Если точка, к которой подключен заземляющий зажим, имеет разность потенциалов, вы создадите прямое короткое замыкание и можете повредить вашу схему, осциллограф и, возможно, вас самих! Для дополнительной безопасности при проверке цепей, подключенных к сети, подключайте его к источнику питания через изолирующий трансформатор.

Как только ваш сигнал появится на экране, вы можете начать с настройки горизонтального и вертикального масштабов, по крайней мере, так, чтобы приблизиться к вашему сигналу.Если вы исследуете прямоугольную волну 5 В на 1 кГц, вам, вероятно, понадобится значение вольт / дел где-то около 0,5-1 В и установите секунды / деление примерно на 100 мкс (14 делений покажут примерно полтора периода).

Если часть вашей волны поднимается или опускается на экране, вы можете отрегулировать вертикальное положение , чтобы переместить его вверх или вниз. Если ваш сигнал является чисто постоянным током, вы можете настроить уровень 0 В в нижней части дисплея.

После того, как вы настроите весы, для вашей формы волны может потребоваться запуск. Запуск по фронту — когда осциллограф пытается начать сканирование, когда обнаруживает повышение (или падение) напряжения выше заданного значения, — это самый простой в использовании тип. Используя триггер по фронту, попробуйте установить уровень триггера на точку на вашей форме сигнала, которая видит только нарастающий фронт один раз за период .

Теперь просто масштабируйте , позиционируйте, запускайте и повторяйте , пока не получите именно то, что вам нужно.

Дважды отмерь, один раз отрежь

При наличии сигнала с определенным диапазоном, запуском и масштабированием пора измерять переходные процессы, периоды и другие свойства формы сигнала.У некоторых осциллографов больше инструментов измерения, чем у других, но все они, по крайней мере, будут иметь деления, по которым вы сможете по крайней мере оценить амплитуду и частоту.

Многие осциллографы поддерживают различные инструменты автоматического измерения, они могут даже постоянно отображать самую важную информацию, например частоту. Чтобы получить максимальную отдачу от своей области действия, вы захотите изучить все функции измерения , которые он поддерживает. Большинство осциллографов автоматически рассчитают частоту, амплитуду, рабочий цикл, среднее напряжение и множество других волновых характеристик.

Используя инструменты измерения осциллографа, найдите V PP , V Max , частоту, период и рабочий цикл.

Третий измерительный инструмент, который предоставляют многие прицелы, — это курсоров . Курсоры — это подвижные маркеры на экране, которые можно размещать либо на оси времени, либо на оси напряжения. Курсоры обычно бывают парами, поэтому вы можете измерить разницу между ними.

Измерение звона прямоугольной волны курсорами.

После того, как вы измерили искомую величину, вы можете приступить к корректировке вашей схемы и еще раз измерить! Некоторые осциллографы также поддерживают с сохранением , с сохранением или с сохранением осциллограммы, поэтому вы можете вспомнить его и вспомнить те старые добрые времена, когда вы определяли этот сигнал.

Чтобы узнать больше о возможностях вашего прицела, обратитесь к его руководству пользователя!


Ранний осциллограф

Осциллограф HP

. . . не продукт «Я тоже». . .

Начало производства осциллографов в HP было необычным для общей философии компании.
В 1955 году, через шестнадцать лет после основания компании, в каталоге Hewlett-Packard было перечислено около 250 измерительных приборов всех типов, кроме одного — осциллографа!
Небольшая компания Tektronix представила свой первый продукт в 1947 году и смогла сравняться с предыдущим лидером в области осциллографов, DuMont Laboratories, к 1954 году на хорошо растущем рынке.В 1956 году осциллографы Tektronix были лучшими в линейке, а компания Tektronix заработала завидную репутацию благодаря превосходному качеству и надежности.
В начале 1950-х годов у большинства компаний не было собственных продаж. Neely Enterprises была представителем производителя на западном побережье для HP с 1940 года и для Tektronix с 1947 по 1953 год. В 1953 году Tektronix основала собственное торговое подразделение, оставив дистрибьюторов без осциллографов. Это было началом проблемы для Норма Нили, босса Neely Enterprises, который пытался убедить Билла Хьюлетта и Дэйва Паккарда добавить линейку осциллографов в свой каталог.HP сосредоточила свое внимание на потрясающих возможностях в коммуникационном бизнесе, а философия Билла и Дэйва заключалась не в создании продукта, ориентированного на меня. История не рассказывает нам, как Норму Нили удалось убедить эту дуэт, но они наконец одобрили скромную программу разработки осциллографов в HP.
Первыми двумя продуктами были HP 130A и 150A. 130A был изящным низкочастотным прицелом от постоянного тока до 300 кГц, который занял нишу, которую Tektronix не занимал, а 150A представлял собой двухканальный съемный прицел на 10 МГц, который в то время считался универсальным.

Осциллограф HP 130A

Первый осциллограф HP, HP 130A

130A был представлен в журнале Hewlett Packard в марте 1956 года под заголовком «Новый высокочувствительный осциллограф DC-300 KC с синхронизированной разверткой».

Основные технические характеристики:

  • SWEEP: от 1 мкс / см до 15 с / см в 21 калиброванном диапазоне
  • ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ: от 1 мв / см до 50 В / см в 14 калиброванных диапазонах
  • PASS BAND: от постоянного тока до 300 kc независимо от настройки аттенюатора
  • МУФТА: AC или DC — 1 МОм, шунтированный с 50 мкФ
  • КАЛИБРАТОР АМПЛИТУДЫ: прямоугольная волна 1 кгц, точность 5%
  • КАТОДНАЯ ЛУЧЕВАЯ ТРУБКА: 5AQP — Ускоряющий потенциал 3000 Вольт.
  • МОДУЛЯЦИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ: Клеммы на задней панели
  • ЦЕНА: 450 долларов США без НДС. Пало-Альто, Калифорния,

Другой важной характеристикой 130A была его способность истинного отображения XY, вертикальный и горизонтальный усилители имели одинаковые характеристики, не было дифференциального фазового сдвига между двумя каналами. В результате осциллограф можно было легко использовать для измерения фазовых сдвигов во внешних устройствах до 50 кгц.
Производительность 130A идеально соответствовала потребностям многих клиентов HP, уже верных пользователям многих других продуктов HP для диапазона звуковых частот.Действительно, HP 130A очень хорошо зарекомендовал себя на рынке производителей аудиочастотных радиоприемников, что дало HP очень надежный и успешный продукт для аудио-видео.

Сделано для доступности и. . . Удобство обслуживания, осциллограф HP 150A

Представленный в апрельском выпуске журнала Hewlett Packard Journal за 1956 год, HP150A имел большое количество удобных механических функций. Одним из них была физическая схема инструмента.Как показано ниже, на блоке коллекции HP Memory прибор сконструирован таким образом, что узлы устанавливаются на откидных панелях. Такое расположение обеспечивает высокий уровень доступа к компонентам и проводке.

Осциллограф HP 150A Dual Trace 10 Mcs
Полная страница журнала Hewlett Packard, апрель 1956 г.
Предоставлено компанией Hewlett Packard

Универсальный прицел 10 Mcs

Даже если бы он, как и 130A, имел честь оказаться на первых цветных страницах в Hewlett-Packard Journal, 150A не имел такого успеха.Созданный для того, чтобы противостоять Tektronix на массовом рынке высокопроизводительных устройств с пропускной способностью 10 Mcs, 150A не предлагал никаких улучшений в скорости или стоимости по сравнению с исходным семейством Tektronix 511, представленным почти десятилетием ранее.

Основные технические характеристики:

  • SWEEP: от 0,02 мкс / см до 15 с / см в 24 калиброванных диапазонах
  • ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ: от 5 мв / см до 50 В / см с усилителем модели 151A
  • PASS BAND: от постоянного тока до 10 мс — время нарастания менее 0.035 мкс
  • МУФТА: AC или DC — 1 МОм, шунтированный с 40 мкФ
  • КАЛИБРАТОР АМПЛИТУДЫ: 18 калибровочных напряжений от 0,2 мВ до 100 В
  • КАТОДНАЯ ЛУЧАЯ ТРУБКА: 5А — Ускорение 5000 Вольт
  • МОДУЛЯЦИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ: Клеммы на задней панели
  • ЦЕНА
  • : Осциллограф на 150 А — 1000 долларов США — усилитель 151 А — 100 долларов США

Впервые на HP был произведен не инновационный прибор.И худшим было очень плохое начало противостояния HP vs Tektronix. Много информации по этому поводу можно найти в повествовании Джона Минка. HP пришлось бы дождаться начала 60-х и появления технологии дискретизации, чтобы производить конкурентоспособные осциллографы, благодаря технологии ступенчатого восстановления и диодов с горячей несущей, изобретенной и разработанной подразделением компонентов HPA. Конкуренция между HP и Tektronix будет жесткой в ​​течение следующих 20 лет, и Tek часто будет иметь преимущество.Лидерство вернется к HP в середине 1980-х годов, когда осциллографам придется взаимодействовать с компьютерами и они станут System Scopes. В то время компания HP воспользовалась своим опытом в области компьютеров и, прежде всего, мощностью своей HP-IB (интерфейсной шины), создав осциллографы и сотни других инструментов, которые общались друг с другом и манипулировали данными с помощью компьютеров.

Осциллограф HP 122A Dual Trace

Осциллограф 122A

Последняя разработка в линейке осциллографов до конца 50-х годов, 122A была представлена ​​в сентябрьском 1958 году Hewlett Packard Journal под названием:
«Осциллограф с автоматической базовой линией с двумя трассами.
Для диапазона постоянного тока — несколько сотен KC. «

Это двухканальная версия 130A, которая позволяет одновременно просматривать два отдельных сигнала.Чтобы обеспечить оптимальное отображение для данного приложения, доступны два режима отображения двойной кривой. Для сигналов с самой низкой частотой режим CHOPPED будет переключаться между двумя вертикальными усилителями электронным способом со скоростью 40 кгц. Для высокочастотных сигналов предпочтительным будет режим ЧЕРЕДОВАНИЕ, чтобы избежать риска любой гармонической связи между наблюдаемым сигналом и частотой прерывания 40 кгц.

Для обеспечения стабильности низкоуровневых вертикальных усилителей ламповые нагреватели регулируются по напряжению.Транзисторы используются в качестве элементов управления в регуляторе нагревателя. Это делает 122A одним из первых приборов, в схемах которого используются транзисторы.

История осциллографа и вехи

Компания General Radio Основание Компания Компания
1890
1897 Карл Фердинанд Браун построил первую электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) и первый осциллограф на ЭЛТ для физических экспериментов.
1920
1920-е годы Первые электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), использованные для измерений.
1930
1931 (позже переименованная в GenRad) разрабатывает один из первых осциллографов (электронный осциллограф типа 535-A, он состоял из двух частей: лампы и блока питания).
1932 A.C.Cossor Ltd. (Великобритания) разрабатывает свой первый осциллограф.
1933 Компания Rohde & Schwarz была основана Лотаром Роде и Германом Шварцем в Мюнхене, Германия.
1934 General Radio Company (GenRad) представляет первый коммерческий электронно-лучевой осциллограф в одном корпусе (тип 687-A). Спустя несколько лет компания разработала Type 770-A, который так и не был продан. Через несколько лет GR прекратил производство осциллографов.
1935 Компания Hewlett-Packard была основана Биллом Хьюлеттом и Дэйвом Паккардом недалеко от Пало-Альто.
1938 Первый двухлучевой осциллограф, разработанный А.К.Коссор в Великобритании.
1939 DuMont представляет осциллограф общего назначения DuMont 164. В 1940-х годах компания DuMont была лидером на рынке осциллографов.
1940
1943 Аллен Дюмон изобретает запуск по частоте и развертку, модель 224-A имеет 3-дюймовый ЭЛТ, один канал и полосу пропускания 2 МГц.
1946 Tektronix была основана Говардом Воллумом и Джеком Мердоком.
1947

Tektronix представляет свой первый осциллограф с синхронизацией по временной развертке (модель 511), отличающийся автоматическим запуском, калиброванными показаниями и высокой точностью.

1945 DuMont выпускает 248 с полосой пропускания 5 МГц и 5-дюймовым ЭЛТ.
1950
1954 Tektronix представляет модель 535, которая включает в себя ЭЛТ собственной разработки и производства.Эта модель продавалась более 22 лет.
1956 Tektronix представляет модель 545 с полосой пропускания 24 МГц, 2 каналами и концепцией модульных подключаемых модулей.
1956

Hewlett-Packard (HP) представляет свой первый осциллограф
HP 130A с полосой пропускания 300 кГц.

1957 Tektronix представляет триггер с задержкой по времени.
1957 HAMEG. Первым продуктом является одноканальный осциллограф с полосой пропускания 5 МГц.
1959 Hewlett-Packard (HP) выходит на европейский рынок с офисами продаж и поддержки в Германии и Швейцарии, а также заводом в Германии.
1960
1960
Hewlett-Packard (HP) изобретает технологию отбора проб.Первый продукт был выпущен в 1960 году, HP 185A с полосой пропускания 500 МГц.
1961 Tektronix представила модель 321, первый портативный осциллограф (6 МГц, один канал, питание от линии и от батареи).
1962 Hewlett-Packard (HP) увеличил с HP 185B полосу пропускания до 1000 МГц. Это был первый осциллограф с частотой ГГц.
1964

Tektronix представляет модель 564, первый осциллограф с памятью, и высокопроизводительную модель 547.

1964

LeCroy был основан Вальтером Лекроем.

1965

Tektronix представляет портативные осциллографы серии 400 и модель 647 — полностью транзисторную и защищенную военную версию модели 547.

1966

Компания Hewlett-Packard (HP) представляет серию 180, полное семейство осциллографов с широким выбором базовых блоков, размеров дисплеев, подключаемых модулей и аксессуаров.

1969

Компания Tektronix представила полностью переработанную серию 7000 (например, модель 7704 с полосой пропускания 150 МГц).

1969


Hewlett-Packard (HP) представляет HP 1200A — полностью твердотельный осциллограф с полосой пропускания 500 кГц.

1970
1971

Хиро Мориясу (Tektronix) изобретает цифровой осциллограф.

1971

LeCroy построил первый цифровой осциллограф реального времени (WD 2000).
Глубина памяти: 20 отсчетов, частота дискретизации: 1 нс.

1980
1980? Цифровой запоминающий осциллограф, изобретенный Nicolet Test Instrument (полоса пропускания 1 МГц).
1982 Компания Hewlett-Packard представила первый полностью цифровой осциллограф на базе микропроцессора HP 1980A / B с двумя каналами по 100 МГц.Его также можно было программировать по шине HP-IP.
1983 Компания Hewlett-Packard выпустила свои последние аналоговые осциллографы — HP 1745A (очень большой экран) и HP 1746A.
1985 LeCroy представила высокоскоростной цифровой запоминающий осциллограф модели 9400 (двойной 165 МГц, 8 бит). Он использовал большой стандартный телевизионный ЭЛТ с магнитным отклонением, который показывает как входной сигнал, так и вычисленный спектр Фурье, включая сетку, символы и следы.
1980-е годы Появились первые цифровые стробоскопические осциллографы.
1990

1990

Компания Hewlett-Packard представила оцифровывающий осциллограф с полосой пропускания 500 МГц (HP 54xxx). Серия HP 54500 также была первым осциллографом с функцией БПФ (быстрое преобразование Фурье) для выполнения анализа в частотной области.
1991 Pico Technology была основана и представила первый осциллограф на базе ПК под названием ADC-10, а также впервые применила цифровой запуск.ADC-10 имел один канал с частотой дискретизации 10 кГц / с и был подключен через параллельный порт к ПК.
1991 LeCroy представил осциллограф с высоким разрешением, 10-битным вертикальным разрешением и полосой пропускания 100 МГц
1992 Компания Hewlett-Packard представила HP 54600A. Впервые цифровой осциллограф на 100 МГц был доступен по той же цене, что и аналоговый осциллограф на 100 МГц.
1992 Pico Technology выпустила первый (на базе ПК) осциллограф с разрешением 12 бит (ADC-12 с параллельным портом интерфейса ПК).
1993 LeCroy представил первый цифровой осциллограф на базе ПК.
1994 Tektronix предлагает логический осциллограф TLS216, комбинацию цифрового запоминающего осциллографа и логического анализатора. Он предлагает полосу пропускания 500 МГц, частоту дискретизации 2 ГГц / с и 16 входных каналов с улучшенным запуском. Таким образом, TLS216 может стать первым осциллографом смешанных сигналов (MSO).
1996

Hewlett-Packard представляет первый осциллограф смешанных сигналов (MSO) с двумя аналоговыми каналами 100 МГц и 8 или 16 цифровыми логическими каналами — HP 54645.

1997 ЭЛТ-дисплей все больше и больше заменялся ЖК-дисплеем. Tektronix представила TDS210 с полосой пропускания 60 МГц и монохромным 4,7-дюймовым ЖК-дисплеем с подсветкой (320 x 240 пикселей).
1998 Компания Tektronix изобрела осциллограф с цифровым люминофором (DPO).
1998 Компания Hewlett-Packard представила первые осциллографы серии HP 54800 Infinium с 5 моделями с полосой пропускания от 500 МГц до 1.5 ГГц и частота дискретизации до 8 Гвыб / с. Это был первый осциллограф на базе Windows.
1999

Rigol выпустила свой первый продукт — цифровой запоминающий осциллограф. Компания была основана в 1998 году в Пекине / Китай.

Agilent Technologies, созданная путем отделения всех продуктов, не связанных с вычислениями, от Hewlett-Packard.

2000
2002 Компания Siglent была основана в Шэньчжэне (Китай).
2005 Компания Rohde & Schwarz приобрела компанию HAMEG.
2006

С PicoScope серии 5000 компания Pico Technology выпустила первый осциллограф с подключением по USB с частотой дискретизации в реальном времени 1 Гвыб / с и полосой пропускания 250 МГц.

2007 Tektronix приобретена корпорацией Danaher Corporation.
2009 Tektronix представляет осциллограф смешанных сигналов MSO70000 с 4 аналоговыми каналами с полосой пропускания до 20 ГГц и 50 Гвыб / с и 16 цифровыми каналами.
2009 LeCroy разработал Wavemaster 8Zi с полосой пропускания 20 ГГц и 40 Гвыб / с.
2010
2010 LeCroy представляет первый осциллограф с полосой пропускания 45 ГГц и частотой дискретизации 120 Гвыб / с (WaveMaster 8Zi-A).
2010 Tektronix анонсировала серию цифровых осциллографов и осциллографов смешанных сигналов DPO / DSA / MSO70000C с частотой дискретизации 100 Гвыб / с.
2010

Rohde & Schwarz выходит на рынок осциллографов с двумя семействами R&S RTO с полосой пропускания до 2 ГГц и R&S RTM с полосой пропускания до 500 МГц.

2011 Rigol Technologies открыла филиал в Европе в Мюнхене / Германия.
2011 Tektronix представила осциллографы со смешанной областью (MDO) серии MDO4000, которые представляют собой комбинацию осциллографа и анализатора спектра.
2011 LeCroy представил первый осциллограф LabMaster 10Zi с полосой пропускания 65 ГГц. Можно синхронизировать до 20 каналов сбора данных с полосой пропускания 65 ГГц.
2011

LeCroy выпустил первые осциллографы с 12-битным вертикальным разрешением АЦП и частотой дискретизации 2,5 Гвыб / с. Серия HDO4000 и HDO6000 предлагает в 16 раз большее разрешение по вертикали, чем традиционные осциллографы.

2012 Teledyne приобрела LeCroy. Новое имя — Теледайн Лекрой.
2012 Yokogawa представила первый осциллограф смешанных сигналов с 8 аналоговыми каналами (DLM4000).
2013

Pico Technology выпустила первый осциллограф с гибким разрешением от 8 до 16 бит. (PicoScope 5000).

2013 Teledyne LeCroy демонстрирует первый осциллограф реального времени с частотой 100 ГГц.
2013 Pico Technology выпустила первый осциллограф с интерфейсом USB 3.0.
2014

Компания Yokogawa представила первую комбинацию осциллографа и анализатора мощности — PX8000.

2014

Tektronix представила первый осциллограф 6-в-1, включающий цифровой мультиметр, генератор произвольных сигналов, анализатор спектра, логический анализатор и анализатор протоколов, серию MDO3000.

2014 Компания Agilent разделена на две компании, и подразделение по тестированию и измерениям переименовано в Keysight Technologies.
2014

Teledyne LeCroy: коммерчески доступен первый осциллограф реального времени 100 ГГц (уже продемонстрированный в 2013 году) со скоростью 240 Гвыб / с: LabMaster 10-100Zi.

2015 Tektronix представила компактный осциллограф с частотой 70 ГГц и частотой дискретизации 200 Гвыб / с (DPO70000SX).
2016 Rohde & Schwarz выходит на рынок портативных осциллографов с R&S Scope Rider, объединяющим 5 приборов.
2017 Tektronix представила технологию FlexChannel в осциллографах серии 5. Каждый канал может использоваться как аналоговый или как 8 цифровых каналов.
2018 Teledyne LeCroy анонсировала осциллографы высокой четкости WavePro HD, которые впервые сочетают в себе 12-битную технологию, высокое вертикальное разрешение и полосу пропускания 8 ГГц.
2018

Компания Keysight анонсировала осциллографы серии Infiniium UXR с новым рекордом полосы пропускания 110 ГГц и частотой дискретизации 256 Гвыб / с.

2019 В феврале 2019 года компания Rohde & Schwarz объявила, что отныне большинство осциллографов поставляются с режимом высокой четкости (HD) с 16-битным вертикальным разрешением.
2020
2020 Tektronix анонсировала TekDrive, первое собственное программное решение для преобразования осциллографа в облако, которое упрощает глобальную совместную работу с данными непосредственно на осциллографе, ПК, телефоне или планшете.

Как использовать осциллограф: полное руководство по установке

Методы измерения осциллографом

Двумя основными осциллографическими измерениями, которые вы можете выполнить, являются:

  • Измерения напряжения
  • Измерения времени

Практически любое другое измерение основано на одном из этих двух фундаментальных методов.

В этом разделе обсуждаются методы использования осциллографа для визуального выполнения измерений с помощью экрана осциллографа.Это распространенный метод с аналоговыми приборами, который также может быть полезен для «быстрой» интерпретации изображений цифровых осциллографов.

Обратите внимание, что большинство цифровых осциллографов включают в себя автоматизированные измерительные инструменты, которые упрощают и ускоряют выполнение общих задач анализа, тем самым повышая надежность и достоверность ваших измерений. Однако знание того, как производить измерения вручную, как описано здесь, поможет вам понять и проверить автоматические измерения.

Измерения напряжения

Напряжение — это величина электрического потенциала, выраженная в вольтах, между двумя точками в цепи.Обычно одна из этих точек заземляется (ноль вольт), но не всегда. Напряжения также можно измерять от пика до пика. То есть от точки максимума сигнала до точки минимума. Будьте внимательны, чтобы указать, какое напряжение вы имеете в виду. Осциллограф — прибор для измерения напряжения. После того, как вы измерили напряжение, другие величины можно будет просто вычислить. Например, закон Ома гласит, что напряжение между двумя точками в цепи равно току, умноженному на сопротивление. Из любых двух из этих величин вы можете вычислить третье, используя формулу, показанную ниже.

Напряжение = ток x сопротивление

Еще одна удобная формула — это степенной закон, который гласит, что мощность сигнала постоянного тока равна напряжению, умноженному на ток. Вычисления для сигналов переменного тока более сложны, но суть в том, что измерение напряжения — это первый шаг к вычислению других величин. На рисунке 66 показано напряжение одного пика (V p ) и размах напряжения (V p – p ).

Рисунок 66 : Пиковое напряжение (V p ) и размах напряжения (V p-p ).

Самый простой метод измерения напряжения — это подсчет количества делений, которые охватывает осциллограмма на вертикальной шкале осциллографа. Регулировка сигнала для покрытия большей части дисплея по вертикали обеспечивает наилучшие измерения напряжения, как показано на рисунке 67. Чем большую площадь дисплея вы используете, тем точнее вы можете считывать результаты измерения.

Рисунок 67 : Измерьте напряжение на центральной вертикальной линии координатной сетки.

Многие осциллографы оснащены курсорами, которые позволяют автоматически выполнять измерения формы сигнала без необходимости считать отметки на сетке.Курсор — это просто линия, которую можно перемещать по дисплею. Две горизонтальные линии курсора можно перемещать вверх и вниз, чтобы ограничить амплитуду сигнала для измерения напряжения, а две вертикальные линии перемещаются вправо и влево для измерения времени. Показания показывают напряжение или время в их положениях.

Измерения времени и частоты

Вы можете измерять время, используя горизонтальную шкалу осциллографа. Измерения времени включают измерение периода и ширины импульсов.Частота — это величина, обратная периоду, поэтому, если вы знаете период, частота делится на единицу и период. Как и измерения напряжения, измерения времени становятся более точными, если вы настраиваете часть измеряемого сигнала, чтобы покрыть большую область дисплея, как показано на рисунке 68.

Рисунок 68 : Измерьте время по центральной горизонтальной линии координатной сетки.

Измерение длительности импульса и времени нарастания

Во многих приложениях важны детали формы импульса.Импульсы могут искажаться и вызывать сбои в работе цифровой схемы, а синхронизация импульсов в последовательности импульсов часто имеет большое значение.

Стандартными измерениями импульсов являются время нарастания и ширина импульса. Время нарастания — это время, необходимое импульсу для перехода от низкого к высокому напряжению. Обычно время нарастания измеряется от 10% до 90% полного напряжения импульса. Это устраняет любые неровности на переходных углах импульса.

Ширина импульса — это время, которое требуется импульсу для перехода от низкого уровня к высокому и снова к низкому уровню.Обычно ширина импульса измеряется при 50% от полного напряжения. Рисунок 69 иллюстрирует эти точки измерения.

Рисунок 69 : Точки измерения времени нарастания и ширины импульса.

Импульсные измерения часто требуют точной настройки запуска. Чтобы стать экспертом в захвате импульсов, вы должны научиться использовать задержку запуска и как настроить цифровой осциллограф на сбор данных до запуска, как описано в главе 4 — Системы осциллографа и элементы управления. Горизонтальное увеличение — еще одна полезная функция для измерения импульсов, поскольку она позволяет видеть мелкие детали быстрого импульса.

Узнайте больше об использовании осциллографа в Центре обучения осциллографов и загрузите наш плакат «Основы осциллографа» с пошаговыми инструкциями по настройке осциллографа, чтобы повесить его в своей лаборатории. Если вы не покупали осциллограф или хотите обновить его для выполнения более сложных тестов, приобретите осциллографы Tektronix сегодня.

Лучшие осциллографы для начинающих и любителей 2021

Вы ищете осциллограф для рабочего места для электроники? В этой статье мы покажем вам, как выбрать осциллограф, который лучше всего соответствует вашим требованиям, будь вы новичок, любитель электроники или производитель.

Сравнительная таблица лучших осциллографов для любителей

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


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

Как выбрать осциллограф?

Осциллограф — это инструмент, который позволяет увидеть, как напряжение изменяется во времени. Это удобно для проверки работы электронных схем, аналоговых сигналов, сигналов ШИМ, отладки схем и т. Д.Чтобы выбрать осциллограф, вам необходимо знать, какие сигналы вам нужно измерять. Это определит характеристики, которые вы будете искать в осциллографе.

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

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

  • Полоса пропускания: определяет частотный диапазон, в котором осциллограф производит точные измерения на дисплее.Как правило, для получения более точных результатов следует выбирать полосу пропускания, в 5 раз превышающую максимальную частоту измеряемых сигналов. Например, полосы пропускания 100 МГц более чем достаточно для большинства схем для любителей.
  • Частота дискретизации: указывает, сколько отсчетов в секунду принимает осциллограф. Чем выше частота дискретизации, тем точнее результаты для более быстрых сигналов. Более высокая частота дискретизации гарантирует, что вы сможете обнаруживать прерывистые события.
  • Количество каналов: для осциллографов начального уровня, обычно используются 2- и 4-канальные осциллографы.Добавление большего количества каналов увеличивает цену. Любителю обычно достаточно двухканального прицела.
  • Цена: Цена является важным аспектом, поскольку от нее зависит, сколько вы можете потратить на прицел. Есть отличные осциллографы начального уровня за 250 долларов. Однако, если у вас нет такой суммы денег, которую можно было бы потратить на этот инструмент, вы всегда можете приобрести игрушечный осциллограф или набор для самостоятельного анализа основных схем. Есть также отличные альтернативы осциллографам USB или портативным осциллографам, таким как Hantek 3 в 1: осциллограф, мультиметр и генератор сигналов (2D72).

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

239,95 долл. США в наличии

5 новых от 239 $.94

Бесплатная доставка

по состоянию на 9 июня 2021 г. 14:49

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

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

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


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

★★★★★

$ 390.27
$ 325,23

по состоянию на 8 июня 2021 г., 15:44

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


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

$ 349,00 в наличии

5 новых от 346 $.59

по состоянию на 9 июня 2021 г. 14:49

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

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


Цифровой запоминающий осциллограф Siglent Technologies SDS1052DL + 50 МГц

258 долларов.00 в наличии

3 новый от 258,00 $
3 б / у от 219,22 $

Бесплатная доставка

по состоянию на 9 июня 2021 г. 14:49

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

Еще одним отличным прицелом от Siglent Technologies является SDS1202X-E, который предлагает полосу пропускания 200 МГц, два канала, частоту дискретизации 1 Гвыб / с и многое другое. Посетите страницу продукта для получения более подробной информации.

Последнее обновление: 9 июня 2021 г., 14:49


Игрушечные осциллографы и комплекты для самостоятельного изготовления осциллографов

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

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

Другой альтернативой является DSO138. Его характеристики аналогичны предыдущим: одноканальный, разрешение 12 бит, полоса пропускания 200 кГц. Однако этот прицел представляет собой набор для самостоятельного изготовления. Но вы также можете получить его уже в собранном виде в акриловом корпусе. Лично я предпочитаю предыдущую область видимости, потому что элементы управления кажутся более интуитивно понятными в использовании. Однако это всего лишь вопрос предпочтений.

Портативные осциллографы и USB-осциллографы

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

Портативные осциллографы

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

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

Последнее обновление: 9 июня 2021 г., 14:49

Заключение

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

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

Для получения дополнительной информации о конкретном осциллографе обратитесь к его техническому описанию в Интернете, и вы найдете все подробности.

Возможно, вам понравится прочитать:

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

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


[Рекомендуемый курс] Изучите ESP32 с Arduino IDE

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


Другие курсы RNT

Связанные

Что такое осциллограф? Почему это важно?

Во-первых, краткое и приятное руководство по осциллографу.

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

Почему это важно?

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

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

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

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

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

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

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

Итак, приступим!

Что такое осциллограф?

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

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

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

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

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

Краткая история осциллографа

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

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

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

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

Теперь поговорим о разнице между аналоговым и цифровым осциллографами.


Что такое аналоговый осциллограф? Tektronix 2245A Аналоговый осциллограф


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

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

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

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

Что такое цифровой осциллограф?

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

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

Это упрощает дизайн и оставляет место для большего количества функций.

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

Теперь поговорим о системах на осциллографе.

Что делают системы на осциллографе?


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

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

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

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

Для сбора данных, считываемых осциллографом, вам понадобится пробник.

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

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

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

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

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

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

Терминология осциллографа

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

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

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

Скорость захвата формы сигнала выражается в виде сигналов в секунду (осциллограмм / с), что указывает на то, как быстро осциллограф получает сигналы.

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

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

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

Заключение

Таким образом, осциллограф — это мощный инструмент, который позволяет увидеть, как напряжение изменяется во времени, путем отображения формы электронных сигналов.

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

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

Вопросы? Комментарии? Пожалуйста, разместите ниже!

Выбор осциллографа | Пико Технологии

Частота дискретизации

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

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

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

Небольшой совет: производители осциллографов любят выделять характеристики с наилучшим звучанием, поэтому вам может потребоваться внимательно изучить спецификации, чтобы определить, применяется ли указанная частота дискретизации ко всем сигналам или только к повторяющимся.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *