Как пользоваться осциллографом

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

Устройство и общий принцип работы

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

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

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

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

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

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

Сфера применения осциллографа

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

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

Посредством осциллографа возможно:

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

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

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

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

Как правильно настроить осциллограф?

Способы усиления сигнала

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

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

Принцип работы регулятора развертки

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

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

Блок управления параметрами синхронизации

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

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

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

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

Какой осциллограф выбрать?

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

• электронно-лучевые;
• цифровые.

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

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

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

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

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

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

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

Анализ марок и производителей осциллографов: цена

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

Осциллограф TBS1032B от компании Tektronix — современная и компактная модель

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

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

Часто задаваемые вопросы

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Типичные ошибки при выборе и работе с осциллографом

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

Оцените качество статьи:

Работа осциллографа для чайников — Яхт клуб Ост-Вест

В прошлой статье «Что такое осциллограф и как им пользоваться» мы познакомились с основами работы этого замечательного прибора. Чтобы освоить работу с осциллографом, нужны практические упражнения. В статье рассмотрены простые эксперименты с источником питания на основе тарнсформатора, с мостовым выпрямителем, а также с RC-цепями. Материал будет полезен тем кто желает познакомиться с измерительным прибором-осциллографом.

Источник питания и мостовой выпрямитель

Начнемс самого простого, – с источника питания на силовом трансформаторе и мостовом выпрямителе. Прежде всего необходим трансформатор, пусть это будет китайский «ALG» с вторичной обмоткой на 12V (рис.1). К вторичной обмотке трансформатора подключим вход осциллографа (пусть это С1-65) и мультиметр.

Предварительно ручку осциллографа «Время/дел.» установим на «10», и ручку «V/дел.» так же на «10», а переключатель входа установим в положение «импульсный режим». Теперь подадим на первичную обмотку переменное напряжение 220V (от электросети, соблюдая все необходимые правила электробезопасности).

Рис. 1. Схема для эксперимента и изображение на экране осциллографа.

Теперь сравним показания осциллографа и мультиметра. Мультиметр покажет переменное напряжение 12V (или около того), а размах синусоиды на экране осциллографа от пика до пика будет целых 34V. Зная, что амплитудное значение синусоидального напряжения равно половине размаха, а действующее , – в корень_из_2 раз раз меньше амплитудного, вычислим действующее значение:

Подключим к вторичной обмотке трансформатора мостовой выпрямитель из четырех диодов (рис.

2). К выходу выпрямителя подключим осциллограф.

На его экране будет весьма интересная картинка, – нижние полуволны синусоиды как бы перевернулись и расположились по положительной оси У. Практически, и частота колебаний увеличилась в два раза, то есть уже не 50, а 100 Гц, а размах уменьшился в два раза.

То, что видно на экране (рис. 2) принято называть пульсирующим напряжением. Но пульсирующее напряжение не годится для питания электронной схемы, – это еще не постоянное напряжение.

А чтобы его сделать постоянным нужно пульсации сгладить с помощью накопительного конденсатора.

На рисунке 3 показана схема с накопительным конденсатором С1 и резистором R1, который служит нагрузкой. Посмотрим, что нам теперь покажут приборы. Мультиметр покажет что-то около 16,5V, а на экране осциллографа будет видна искривленная линия, приподнятая вверх по шкале У на некоторую величину (рисунок 3, левая осциллограмма).

Рис. 2. Подключим и исследуем мостовой выпрямитель из четырех диодов.

По верхним пикам кривизны этой линии – на 17V. Так выглядит напряжение со сглаженными пульсациями. Чтобы посмотреть величину пульсаций нужно переключить вход осциллографа на переменный ток «

» и повернуть ручку «V/дел.» в сторону уменьшения, пока пульсации не будут видны отчетливо. В данном случае, установили 0,5V/дел. (рис.3, осциллограмма справа). Видно, что размах пульсаций равен 1V.

Таким образом, на выходе нашего выпрямителя есть постоянное напряжение с пульсациями 1V. Величина этих пульсаций зависит от емкости сглаживающего конденсатора и от нагрузки. Если нагрузка увеличится (уменьшится сопротивление R1) пульсации возрастут.

Рис. 3. Сглаживающий конденсатор в выпрямителе.

Это можно проверить, заменив R1 переменным. А с увеличением емкости пульсации уменьшаются. Вот, если в этом же примере (при том же сопротивлении R1) вы параллельно С1 подключите еще один конденсатор емкостью 220мкФ, пульсации уменьшатся до 0,ЗV, а при емкости конденсатора 1000 мкФ уровень пульсаций будет менее 0,1V.

Но это при сопротивлении нагрузки 1 кОм, то есть при токе нагрузки 16 миллиампер. С увеличением тока нагрузки пульсации будут увеличиваться. Именно по этому в выпрямителях, рассчитанных на большие нагрузки, используют сглаживающие конденсаторы очень большой емкости.

Выше, с помощью осциллографа была рассмотрена работа мостового выпрямителя. Но источник питания, часто кроме трансформатора и выпрямителя содержит стабилизатор напряжения.

Схема простейшего параметрического стабилизатора состоит из стабилитрона и токоограничительного резистора. Главное свойство стабилитрона в том, что он вроде бы работает как диод, то есть, пропускает ток в прямом направлении, но он пропускает и обратный ток, но только если обратное напряжение превысило некоторую величину, – напряжение стабилизации.

Подключим схему параметрического стабилизатора к вторичной обмотке трансформатора, и с помощью осциллографа, посмотрим во что превратилась синусоида переменного напряжения (рис.4). Ручку «Время/дел. » осциллографа установим на «10», и ручку «V/дел.» так же на «10», а переключатель входа – в импульсный режим.

Рис. 4. Исследуем параметрический стабилизатор.

Стабилитрон, работая как диодный одно-полупериодный выпрямитель, убрал отрицательные полуволны. А как стабилитрон, он обрезал верхушку положительных полуволн на уровне своего напряжения стабилизации (для Д814В – это 10V).

А теперь, подключим такой же стабилизатор на выходе выпрямительного моста (рис. 5). Импульсы пульсирующего напряжения стабилитрон так же, обрезал на уровне своего напряжения стабилизации. Причем, стабилитрону безразлично какой амплитуды эти импульсы или полуволны, 17V или, например, 27V, он их ограничит СТАБИЛЬНО на уровне 10V.

Рис. 5. Исследуем параметрический стабилизатор на выходе моста.

На рисунке 6 показана схема источника питания с параметрическим стабилизатором на выходе. Мультиметр и осциллограф покажут постоянное напряжение 10V, а пульсации будут значительно меньше чем без стабилизатора.

Рис. 6. Схема источника питания с параметрическим стабилизатором на выходе.

Исследуем RC-цепи с помощью осциллографа

Еще одним практическим упражнением работы с осциллографом может быть исследование RC-цепи с помощью осциллографа. Для этого нам потребуется генератор прямоугольных импульсов. Во многих осциллографах, в частности, и С1-65, есть калибратор. Это генератор постоянного напряжения или прямоугольных импульсов частотой 1 кГц.

Калибратор предназначен для калибровки, но его можно с успехом использовать как лабораторный генератор прямоугольных импульсов при налаживании и ремонте аппаратуры.

Но, есть осциллографы и без калибраторов, если ваш именно такой, то нужно будет взять лабораторный функциональный генератор или самому сделать простой генератор прямоугольных импульсов частотой около 1 кГц, по схеме, показанной на рисунке 1. Это простейший мультивибратор на цифровой микросхеме. Но для наших опытов он подходит.

Далее, мы будем рассматривать работу с калибратором осциллографа в качестве источника импульсов.

Если же импульсы берутся от отдельного генератора (например, как на рис.1), нужно будет просто подавать их на исследуемую RC-цепь от него. При этом не забыть общий минус питания генератора соединить с клеммой «корпус» осциллографа.

Рис. 1. Схема простого генератора импульсов.

И так, если мы соединим куском провода гнезда «У» и «Выход калибратора», включим калибратор на генерацию импульсов размахом 5V. При этом ручкой «V/дел» выставим «1», а ручкой «время/дел» выставим «0,2mS», вход переключим на переменное напряжение «

», на экране осциллографа будет видно примерно то, что показано на рисунке 2. То есть, прямоугольные импульсы.

Рис. 2. Импульсы на экране осциллограф.

Для экспериментов с RC-цепью потребуется конденсатор емкостью 0,01 мкФ (часто обозначается как «10п» или «103») и переменный резистор сопротивлением 100 кОм.

Экспериментировать будем с двумя типами цепей, – дифференцирующей и интегрирующей.

Сначала подключаем дифференцирующую цепь, состоящую из резистора R1 и конденсатора С1 (рис. 3). Теперь импульсы

Рис. З. Подключаем дифференцирующую цепь.

от калибратора на вход «У» осциллографа поступают через цепь R1C1. Резистор R1 установить в положение максимального сопротивления. При этом, импульсы на экране осциллографа станут как на рис.4. Их амплитуда немного увеличится, но появится наклон в сторону к спаду.

Рис. 4. Импульсы на экране осциллографа.

Если начать поворачивать рукоятку переменного резистора R1, его сопротивление будет уменьшаться, и при этом, амплитуда импульсов будет увеличиваться, но и наклон в сторону к спаду тоже возрастает. На рисунке 5 уже совсем не похоже на прямоугольные импульсы. Однако амплитуда пиков сильно выросла. При дальнейшем повороте R1, амплитуда пиков будет продолжать расти, а наклоны приобретут параболический вид.

Рис. 5. Это уже не похоже на прямоугольные импульсы.

Но, при дальнейшем повороте R1, амплитуда начинает снижаться, и в самом крайнем положении, когда сопротивление R1 равно нулю, импульсы пропадают (это и не удивительно, ведь R1, в состоянии нулевого сопротивления, фактически замкнул вход осциллографа).

Вывод такой, что в результате дифференцирования прямоугольного импульса, он превращается в остроконечный импульс увеличенной амплитуды. Причем, чем больше R1, тем более импульс похож на прямоугольный.

Связанно это с тем, что от сопротивления R1 зависит время зарядки – разрядки конденсатора. И чем меньше R1, тем меньше это время. К тому же, при переходе от положительной полуволны к отрицательной (и наоборот), накопленное на конденсаторе напряжение добавляется к амплитуде импульса.

Поэтому, амплитуда напряжения на резисторе R1 в пиках увеличивается тем больше, чем быстрее заряжается конденсатор. Но при этом пики тем уже, чем меньше R1. Теперь поменяем детали местами, чтобы получилась схема, показанная на рисунке 6. RC-цепочка стала интегрирующей.

Рис. 6. Новая схема для эксперимента.

Если переменный резистор R1 находится в положении минимального сопротивления, на экране осциллографа будет как на рис. 7. Почти такие же прямоугольные импульсы, только фронты и спады слегка сглажены.

Начинаем поворачивать ручку переменного резистора R1, – фронты и спады еще сильнее сглаживаются и приобретают вид, как на рисунке 8. При этом амплитуда существенно снижается.

Выкручиваем ручку переменного резистора R1 до конца (в положение максимального сопротивления), – амплитуда импульсов сильно снижается, и они уже напоминают скорее треугольники (рис.9).

Рис. 7. Изображение на экране осциллографа для эксперимента.

В интегрирующей цепи осциллограф показывает напряжение на конденсаторе. На него поступают импульсы через резистор R1 и заряжают и разряжают его. Как и в первом случае, скорость заряда -разряда тем больше, чем меньше сопротивление резистора. Но, здесь ситуация обратная, поэтому, чем меньше R1 тем скорее С1 заряжается или разряжается до максимального или минимального значения.

А значит, тем круче фронты и спады импульсов на С1. Вот эти закругления, видимые на осциллограмме на рис. 7 и есть то самое время, в течение которого происходит зарядка и разрядка конденсатора.

И чем быстрее конденсатор заряжается, тем меньше эти участки. Быстрота же зарядки конденсатора зависит от сопротивления резистора R1, через который на него поступают импульсы.

С увеличением сопротивления резистора R1 конденсатор все медленнее и плавней заряжается – разряжается, – закругления, показывающие время зарядки – разрядки увеличиваются. Поэтому фронты и спады сглаживаются, становятся наклонными.

При дальнейшем увеличении сопротивления R1 время, необходимое на зарядку конденсатора до максимального напряжения увеличивается на столько, что уже становится больше длительности полу-периода импульса. Конденсатор просто не успевает зарядиться до максимальной величины, как начинается его разрядка.

Рис. 8. Фронты и спады еще более сглажены.

Рис. 9. Импульсы – треугольники на экране осциллографра.

Поэтому амплитуда импульса уменьшается на столько, на сколько конденсатор не успевает зарядиться. В конечном итоге форма импульсов все более и более становится похожа на треугольную.

Начинающие радиолюбители и электронщики в самом начале пути должны уметь пользоваться измерительными приборами.

Одним из главных измерительных приборов является осциллограф.

Осциллограф предназначен для наблюдения различных сигналов. С его помощью можно измерить не только амплитуду сигнала, но и длительность, период и частоту сигнала.

Посмотрите это видео и вы научитесь работать с осциллографом быстро и без проблем сможете не просто наблюдать сигналы на экране осцилографа, но и ремонтировать аппаратуру с помощю этого прибора.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Назначение, устройство и описание осциллографа

Если спросить профессионального регулировщика электронной аппаратуры или радиоинженера: «Какой самый главный прибор на вашем рабочем месте?» Ответ будет однозначным: «Конечно, осциллограф!». И это действительно так.

Конечно, невозможно обойтись без мультиметра. Измерить напряжение в контрольных точках схемы, замерить сопротивление и ток, «прозвонить» диод или проверить транзистор все это важно и нужно.

Но когда речь заходит о регулировке и настройке любого электронного устройства от простого телевизора до многоканального передатчика орбитальной станции, то без осциллографа обойтись невозможно.

Осциллограф предназначен для визуального наблюдения и контроля периодических сигналов любой формы: синусоидальной, прямоугольной и треугольной. Благодаря широкому диапазону развёртки он позволяет так развернуть импульс, что можно контролировать даже наносекундные интервалы. Например, измерить время нарастания импульса, а в цифровой аппаратуре это очень важный параметр.

Осциллограф – это своего рода телевизор, который показывает электрические сигналы.

Как работает осциллограф?

Чтобы понять, как работает осциллограф, рассмотрим блок-схему усреднённого прибора. Практически все осциллографы устроены именно так.

На схеме не показаны только два блока питания: высоковольтный источник, который используется для вырабатывания высокого напряжения поступающего на ЭЛТ (электронно-лучевая трубка) и низковольтный, обеспечивающий работу всех узлов прибора. И отсутствует встроенный калибратор, который служит для настройки осциллографа и подготовки его к работе.

Исследуемый сигнал подаётся на вход «Y» канала вертикального отклонения и попадает на аттенюатор, который представляет собой многопозиционный переключатель, регулирующий чувствительность. Его шкала отградуирована в V/см или V/дел. Имеется в виду одно деление координатной сетки нанесённой на экран ЭЛТ. Там же нанесены сами величины: 0,1 В,10 В, 100 В. Если амплитуда исследуемого сигнала неизвестна, мы устанавливаем минимальную чувствительность, например 100 вольт на деление. Тогда даже сигнал амплитудой 300 вольт не выведет прибор из строя.

В комплект любого осциллографа входят делители 1 : 10 и 1 : 100 они представляют собой цилиндрические или прямоугольные насадки с разъёмами с двух сторон. Выполняют те же функции, что и аттенюатор. Кроме того при работе с короткими импульсами они компенсируют ёмкость коаксиального кабеля. Вот так выглядит внешний делитель от осциллографа С1-94. Как видим, коэффициент деления его составляет 1 : 10.

Благодаря внешнему делителю удаётся расширить возможности прибора, так как при его использовании становится возможным исследование электрических сигналов с амплитудой в сотни вольт.

С выхода входного делителя сигнал поступает на предварительный усилитель. Здесь он разветвляется и поступает на линию задержки и на переключатель синхронизации. Линия задержки предназначена для компенсации времени срабатывания генератора развёртки с поступлением исследуемого сигнала на усилитель вертикального отклонения. Оконечный усилитель формирует напряжение, подаваемое на пластины «Y» и обеспечивает отклонение луча по вертикали.

Генератор развёртки формирует пилообразное напряжение, которое подаётся на усилитель горизонтального отклонения и на пластины «X» ЭЛТ и обеспечивает горизонтальное отклонение луча. Он имеет переключатель, градуированный как время на деление («Время/дел»), и шкалу времени развёртки в секундах (s), миллисекундах (ms) и микросекундах (μs).

Устройство синхронизации обеспечивает начало запуска генератора развёртки одновременно с возникновением сигнала в начальной точке экрана. В результате на экране осциллографа мы видим изображение импульса развёрнутое во времени. Переключатель синхронизации имеет следующие положения:

Синхронизация от исследуемого сигнала.

Синхронизация от сети.

Синхронизация от внешнего источника.

Первый вариант наиболее удобный и он используется чаще всего.

Осциллограф С1-94.

Кроме сложных и дорогих моделей осциллографов, которые используются при разработке электронной аппаратуры, нашей промышленностью был налажен выпуск малогабаритного осциллографа C1-94 специально для радиолюбителей. Несмотря на невысокую стоимость, он хорошо зарекомендовал себя в работе и обладает всеми функциями дорогого и серьёзного прибора.

В отличие от своих более «навороченных» собратьев, осциллограф С1-94 обладает достаточно небольшими размерами, а также прост в использовании. Рассмотрим его органы управления. Вот лицевая панель осциллографа С1-94.

Справа от экрана сверху вниз.

Этими регуляторами можно настроить фокусировку луча на экране, а также его яркость. В целях продления срока службы ЭЛТ желательно выставлять яркость на минимум, но так, чтобы показания были видны достаточно чётко.

Кнопка «Сеть». Кнопка включения прибора.

Кнопка установки времени развёртки. Грубое переключение коэффициентов развёртки. Можно установить миллисекунды (ms) и микросекунды (μs). Напомним, что 1 ms = 1000 μs. Подробнее о сокращённой записи численных величин.

Кнопка режима «Ждущ-Авт».

Это кнопка выбора ждущего и автоматического режима развёртки. При работе в ждущем режиме запуск и синхронизация развёртки производится исследуемым сигналом. При автоматическом режиме запуск развёртки происходит без сигнала. Для исследования сигнала чаще используется ждущий режим запуска развёртки.

Вот этой кнопкой производится выбор полярности запускающего импульса. Можно выбрать запуск от импульса положительной или отрицательной полярности.

Кнопка установки синхронизации «Внутр-Внешн».

Обычно используется внутренняя синхронизация, так как для использования внешнего синхросигнала нужен отдельный источник этого внешнего сигнала. Понятно, что в условиях домашней мастерской это в подавляющем случае не нужно. Вход внешнего синхросигнала на лицевой панели осциллографа выглядит вот так.

Кнопка выбора «Открытого» и «Закрытого» входа.

Тут всё понятно. Если предполагается исследование сигнала с постоянной составляющей, то выбираем «Переменный и постоянный». Этот режим называется «Открытым», так как на канал вертикального отклонения подаётся сигнал, содержащий в своём спектре постоянную составляющую или низкие частоты.

При этом, стоит учитывать, что при отображении сигнала на экране он уйдёт вверх, так как к амплитуде переменной составляющей добавиться и уровень постоянной составляющей. В большинстве случаев лучше выбирать «закрытый» вход (

). При этом постоянная составляющая электрического сигнала будет отсечена и не отображается на экране.

Клемма «корпус» служит для заземления корпуса прибора. Это делается в целях безопасности. В условиях домашней мастерской порой нет возможности заземлить корпус прибора. Поэтому приходится работать без заземления. При этом важно помнить, что во включенном состоянии на корпусе осциллографа может быть потенциал напряжения. При касании корпуса может «дёрнуть». Особенно опасно дотрагиваться одной рукой до корпуса осциллографа, а другой рукой до батарей отопления или других работающих электроприборов. В таком случае опасный потенциал с корпуса пройдёт через ваше тело («рука» – «рука») и вы получите электрический удар! Поэтому при работе осциллографа без заземления желательно не дотрагиваться до металлических частей корпуса. Это правило справедливо и для прочих электроприборов с металлическим корпусом.

По центру лицевой панели переключатель «развёртка» – Время/дел. Именно этот переключатель управляет работой генератора развёртки.

Чуть ниже располагается переключатель входного делителя (аттенюатора) – V/дел. Как уже говорилось, при исследовании сигнала с неизвестной амплитудой, необходимо выставить максимально возможное значение V/дел. Так для осциллографа С1-94 нужно установить переключатель в положение 5 (5V/дел.). В таком случае одна клетка на координатной сетке экрана будет равна 5-ти вольтам. Если ко входу «Y» осциллографа подключить делитель с коэффициентом деления 1 к 10 (1 : 10), то одна клетка будет равна 50-ти вольтам (5V/дел. * 10 = 50V/дел.).

Также на панели осциллографа имеются:

Ручка «Перемещение луча по горизонтали».

Она служит для корректировки положения луча в горизонтальном направлении. Если покрутить данную ручку, то изображение развёртки будет смешатся либо вправо, либо влево.

Также есть и ручка «Перемещение луча по вертикали».

С помощью её можно отрегулировать положение развёртки на экране по вертикали.

Ручки «Перемещение луча по горизонтали» и «Перемещение луча по вертикали» служат исключительно для настройки комфортного отображения осциллограммы сигнала на экране. Они никак не влияют на настройку работы самого осциллографа.

А вот ручка «Уровень синхронизации» необходима для того, чтобы «остановить» осциллограмму сигнала на экране.

Поворотом этой ручки добиваются того, чтобы изображение сигнала «застыло», а не «убегало». Иногда, чтобы поймать изображение с помощью ручки «Уровень» приходится изменить время развёртки переключателем Время/дел.

Входной разъём «Y» , к которому подключается измерительный щуп или внешний делитель выглядит так.

Внизу указываются параметры входа, а именно входное сопротивление (1 MΩ) и входная ёмкость (40pF). Чем выше входное сопротивление измерительного прибора, тем лучше. Таким образом при измерении прибор не шунтирует элементы тестируемой схемы и не вносит искажений в измеряемый сигнал. Входная ёмкость прежде всего влияет на возможность исследования высокочастотных сигналов.

В настоящее время, с развитием цифровой техники, стали широко внедряться цифровые осциллографы. По сути это гибрид аналоговой и цифровой техники. Отношение к ним неоднозначное, как к мясорубке с процессором или к кофемолке с дисплеем.

Аналоговая аппаратура всегда была надежной и удобной в работе. Кроме того она легко ремонтировалась. Цифровой осциллограф стоит на порядок дороже и очень сложен в ремонте. Плюсов конечно много. Если аналоговый сигнал с помощью АЦП (аналогово-цифрового преобразователя) перевести в цифровую форму, то с ним можно делать всё что угодно. Его можно записать в память и в любой момент вывести на экран для сравнения с другим сигналом, складывать в фазе и противофазе с другими сигналами. Конечно, аналоговая техника это хорошо, но за цифровой электроникой будущее.

Цифровой осциллограф для начинающих. Часть II. | Электроника шаг за шагом

Это вторая часть ликбеза по осциллографам, а первая здесь.

Вступление

Главный вопрос, на который следует ответить: «что можно измерить с помощью осциллографа?». Этот прибор нужен для изучения сигналов в электрических цепях. Их формы, амплитуды, частоты. По полученным данным можно сделать вывод и о других параметрах изучаемой конструкции. Значит с помощью осциллографа в основном можно (я не говорю про функции супер-современных приборов):

• Определить форму сигнала
• Определить частоту и период сигнала
• Измерить амплитуду сигнала
• Не напрямую, но измерить ток тоже можно (закон Ома в руки)
• Определить угол сдвига фазы сигнала
• Сравнивать сигналы между собой (если прибор позволяет)
• Определять АЧХ
• Забыл что-то упомянуть? Напомните в комментариях!

Все дальнейшие примеры делались с расчетом на аналоговый осциллограф. Для цифрового всё тоже самое, но больше умеет, чем аналоговый и в определённых вопросах снимает необходимость думать там, где можно просто показать цифру. Хороший инструмент таким и должен быть.

Итак, перед работой следует подготовить прибор: поставить на стол, подключить к сети =) Да ладно, шучу. Но если есть возможность, то следует его заземлить. Если есть встроенный калибратор, то по инструкции к прибору надо его откалибровать. (подсказка: инструкции есть в сети).

Подключать свой осциллограф к исследуемой цепи ты будешь с помощью щупа. Это такой коаксильный провод, на одном конце которого разъем для подключения к осциллографу, а на втором щуп и заземление для подключения к исследуемой цепи. Какой попало провод в качестве щупа использовать нельзя. Только специальные щупы. Иначе вместо реальной картины дел увидишь чушь.

Я не буду рассматривать каждый регулятор осциллографа подробно. В сети есть море таких обзоров. Давай лучше учиться как проводить любительские измерения: будем определять амплитуду, частоту и период сигнала, форму, полосу пропускания усилителя, частоту среза фильтра, уровень пульсаций источника питания и т. д. Остальные хитрости и приёмы придут с практикой. Тебе понадобится осциллограф и генератор сигнала.

Виды сигналов

Буду говорить без барских штучек, по-мужицки. На экране осциллографа ты будешь видеть либо синусоидальный сигнал, либо пилу, либо прямоугольнички, либо треугольный сигнал, либо просто какой-нибудь безымянный график. 

Все виды сигналов не перечесть. Да и сами сигналы не знают, что относятся к какому-то там виду. Так что твоя задача не названия запоминать, а смотреть на экран и быстро соображать, что означает увиденное на нём, какой процесс идёт в цепи.

Амплитуда, частота, период

Осциллограф умеет измерять как постоянное, так и переменное напряжение. У всех приборов для этого есть два режима: измерение только переменного сигнала, измерение постоянного и переменного одновременно. 

Это значит, что если ты выберешь измерение переменного сигнала и подключишь щуп к батарейке, то на экране прибора ничего не изменится. А если выберешь второй режим и проделаешь тоже самое, то линия на экране прибора сместится приблизительно на 1. 6В вверх (величина ЭДС пальчиковой батарейки). Зачем это нужно? Для разделения постоянной и переменной составляющей сигнала!

Пример. Решил ты измерить пульсации в только что собранном источнике постоянного напряжения на 30В. Подключаешь к осциллографу, а луч убежал далеко вверх. Для того, чтобы удобно наблюдать сигнал придется выбрать максимальное значение В/дел на клетку. Но тогда ты пульсаций точно не увидишь. Они слишком малы. Что делать? Переключаешь режим входа на измерение переменного напряжения и крутишь ручку В/Дел на масштаб в разы поменьше. Постоянная составляющая сигнала не пройдет и на экране будут показываться только только пульсации источника питания. 

Амплитуду переменного напряжения легко определить зная цену деления В/дел и просто посчитать число клеток по оси ординат, которые занимает этот сигнал от нулевого значения (среднего), до максимального.

Если посмотреть на экран осциллографа на картинке выше и предположить, что В/дел = 1В, тогда амплитуда синусоиды будет 1. 3В. 

А если предположить, что Время/дел (развертка) установлено в 1 миллисекунду, тогда период этой синусоиды будет занимать 4 клетки, а зачит период T = 4 мс. Легко? Давай теперь вычислим частоту этой синусоиды. Частота и период связаны формулой: F = 1/T (Т в секундах). Следовательно F = 1/ (4*10-3) и равняется 250 Гц.

Конечно, это очень грубая прикидка, которая годится только для вот таких чистеньких и красивых сигналов. А если подать вместо чистой синусоиды какую-нибудь музыкальную композицию, то в ней будет множество разных частот и на глазок уже не прикинешь. Чтобы определить какие частоты входят в эту композицию потребуется анализатор спектра. А это уже другой прибор. 

Измерение частоты 

Как я уже писал выше, с помощью осциллографа можно измерять и частоту. А ещё можно не просто измерить частоту какого-нибудь синусоидального сигнала, а даже сравнить частоты двух сигналов, к примеру, с помощью фигур Лиссажу. 

Это очень удобно, когда хочется, например, откалибровать собранный своими руками генератор сигналов, а частотомера под руками нет. Тогда и приходят на помощь фигуры Лиссажу. Жаль не все аналоговые осциллографы могут их показывать. 

Сдвиг фаз

Частенько бывает так, что фаза тока и фаза напряжения расходятся. Например, после прохождения через конденсатор, индуктивность или целую цепь. И если у тебя есть двухканальный осциллограф, то легко можно посмотреть как сильно отличаются фазы тока и напряжения (А если есть современный цифровой, то там есть даже специальная функция для измерения сдвига фаз. Круто!). Для этого следует подключить осциллограф вот таким образом:

Что еще почитать про осциллографы?

• Как пользоваться осциллографом и для чего он вообще нужен. Часть I
• Б. Иванов. Осциллограф — ваш помощник.
• В. Новопольский. Работа с осциллографом
• Афонский, Дьяконов. Измерительные приборы и массовые электронные измерения
• Осциллографы Основные принципы измерений (Пособие от Tektronix)
• Оценка разности фаз с помощью фигур Лиссажу

Что такое осциллограф и как им пользоваться

Начинающим подробно о осциллографе, о том что это за измерительный прибор, как он работает и как используется в радиоэлектронике.

Как работает осциллограф

Осциллограф, в прямом смысле слова, является глазами радиолюбителя. Он позволяет не только оценить какие-то основные физические характеристики сигнала (напряжение, частота, сила тока), но и буквально увидеть график функции исследуемого сигнала, увидеть какие-то отклонения сигнала от нормы, искажения его формы, наличие помех и паразитных импульсов или сигналов.

Экран осциллографа представляет собой координатную плоскость с осями X и Y, а поступающие на его вход сигналы отображаются на этой плоскости как алгебраические функции.

В настоящее время существует множество типов осциллографов, как обычных аналоговых, отображающих сигналы на экране электронно-лучевой трубки, так и цифровые и компьютерные.

Как бы не был устроен осциллограф, и каким бы способом, электронным аналоговым или цифровым, программным не происходило построение функции, всегда одно и тоже, — на экране отображается зависимость сигнала Y от сигнала X, или от сигнала Y от шкалы времени, выложенной на ось X.

Рис. 1. Схематическое изображение электронно-лучевой трубки.

В основе обычного осциллографа лежит электронно-лучевая трубка, — вакуумный прибор, состоящий из экрана, покрытого слоем люминофора и электронной пушки, создающей электронный луч, направленный на этот экран. В месте попадания луча на экран люминофор светится, и мы видим светящуюся точку. Еще есть пластины горизонтального и вертикального отклонения. Ма рисунке 1 изображена схематически электронно-лучевая трубка, направленная экраном на вас, уважаемый читатель.

Рис. 2. Как отклоняется луч, если подать напряжение на пластины Y.

Круг -это корпус трубки, прямоугольник — экран, покрытый люминофором, а четыре черточки, обозначенные Х1, Х2, Y1, Y2 — это пластины горизонтального (X) и вертикального отклонения (Y). Точка в центре — «отпечаток» электронного луча на люминофоре.

Как уже было сказано, пушка электроннолучевой трубки создает поток электронов (электронный луч), который направлен в сторону экрана. Когда на этот луч не воздействуют никакие электрические или магнитные поля он летит себе в центр экрана.

Отколоняющие платины расположены с четырех сторон от луча, и если на них подать какое-то напряжение луч отклонится в сторону пластины под положительным потенциалом. Величина этого отклонения будет пропорциональна величине этого потенциала.

Рис. 3. Как отклоняется луч, если подать напряжение на пластины Х.

На рисунке 2 показано как отклоняется луч, если подать напряжение на пластины Y, причем, на Y2 — отрицательный полюс, а на Y1 — положительный. Если сменить полярность, — отклонение будет в другую сторону от среднего положения. Аналогичным образом отклоняется луч и при подаче напряжения на пластины X (рис. 3). А вот на рис. 4 показано что будет, если под напряжением будут и горизонтальные (X) и вертикальные (Y) пластины.

Так, изменяя напряжение на пластинах вертикального и горизонтального отклонения можно «гонять» луч как угодно по экрану, и вырисовывать им любые фигуры. При быстром перемещении луча, благодаря известному свойству человеческого зрения, и послесвечению люминофора электроннолучевой трубки, точка превратится в линию, и на экране появится геометрическая фигура.

Рис. 4. Что будет если под напряжением горизонтальные (X) и вертикальные (Y) пластины.

Теперь понятно, что изменяя напряжение между пластинами X можно перемещать луч по горизонтали, а изменяя напряжение между пластинами Y -по вертикали.

Для подачи сигналов на каналы вертикального и горизонтального отклонения у осциллографа есть входы «У» и «X». Но, обычно, необходимо видеть не зависимость одного сигнала от другого, а зависимость сигнала, поданного на вход «У» от шкалы времени, выложенного на ось X.

Чтобы это было возможно в осциллографе есть генератор горизонтальной развертки, который вырабатывает напряжение, изменяющееся по «пилообразному» закону (рис. 5). Это напряжение подается на пластины горизонтального отклонения (X).

Рис. 5. Напряжение, изменяющееся по пилообразному закону.

Пилообразное напряжение плавно и равномерно возрастает, перемещая луч по горизонтали от одного края экрана до другого, а затем резко возвращает луч обратно. При обратном перемещении специальная схема гасит луч. В результате, на экране луч постоянно перемещается слева — направо, а быстрота перемещения луча зависит от степени «наклона» пилообразного напряжения (то есть, от его частоты).

При частоте развертки более 20 Гц мы уже видим на экране не перемещающийся луч, а горизонтальную линию (рис. 6). Причем положение этой линии по вертикали зависит от напряжения, поданного на вход У (на вертикальные пластины).

Например, если масштаб оси У установить 1V на деление (на экране осциллографа обычно нанесена масштабная сетка), то при подаче на вход У постоянного напряжения величиной, например, +2V, линия переместится вверх на два деления (рис. 7).

Рис. 6. Горизонтальная линия на экране осциллографа.

Рис. 7. Горизонтальная линия на экране осциллографа смещенная вверх.

Рис. 8. График функции напряжения от времени на экране осциллографа — синусоида.

Рис. 9. График функции напряжения от времени на экране осциллографа — прямоугольные импульсы.

Если на вход У подать переменное напряжение или импульсы, горизонтальная линия изогнется, нарисовав на экране график функции этого напряжения от времени (рис.8 и рис.9.). По масштабной сетке по вертикали можно определить амплитуду сигнала, а по горизонтальной — его период.

Промышленный осциллограф

А сейчас перейдем к изучению конкретного прибора, — осциллографа С1-65. Это довольно старый и громоздкий прибор, в недавнем прошлом модель С1-65 (и С1-65А), можно сказать, была «хитом» радиоэлектронной промышленности. Ими оснащались практически все советские предприятия, производящие электронную технику военного и гражданского назначения.

Затем, после модернизации или закрытия, перепрофилирования, переоборудования предприятий, а так же, по истечении установленного срока эксплуатации, осциллографы С1-65 списывались и попадали к радиолюбителям или на радиорынки самым разными путями. Как бы там ни было, но С1-65 стал одним из самых распространенных осциллографов, доступных радиолюбителям. Следующим, в «списке популярности», был сервисный осциллограф С1-94, а далее «игрушки» -ОМ Л-2 и Н-313.

Обладателем какого бы осциллографа вы не являлись, все сказанное далее в отношении С1-65 будет в значительной степени справедливо и для вашего прибора.

На рисунке в тексте приводится схематическое изображение фронтальной панели С1-65. Панель осциллографа — светло-серого цвета зонирована по функциям синими тонкими линиями (на рисунке эти линии черные).

Для регулировки параметров луча есть ручки регулировки яркости и фокуса. Регулятором яркости регулируется не яркость всего экрана (как в телевизоре), а яркость только луча, или линии которую он выресовывает. Луч зеленого цвета. Регулятором фокуса добиваются чтобы линия (или точка) была наиболее тонкой.

Регулятор подсветки управляет яркостью лампочки, которая подсвечивает координатную сетку, расположенную перед экраном. Питание включается тумблером в нижнем правом углу.

Включив осциллограф первый раз вы можете не обнаружить на экране луча. Это может быть из-за того, что луч находится в зоне за пределами экрана или включен ждущий режим.

Чтобы выключить ждущий режим переключатель ждущего режима должен быть в крайне верхнем положении. «Поймать» луч и установить в центр экрана можно регулятором баланса (в других осциллографах он может быть обозначен как регулятор сдвига по вертикали) и регуляторами сдвига по горизонтали. Для регулировки луча по горизонтали есть две ручки — «грубо» (верхняя) и «точно» (нижняя). Этими ручками можно сдвигать влево или вправо путь, по которому движется луч.

Скорость, с которой движется луч по экрану зависит от положения ручки регулировки развертки («время/деление»). Ручка сделана в виде пирамидки из двух ручек, — большой, изменяющей период развертки скачкообразно, и маленькой для плавной регулировки.

Если вы обе эти ручки повернете налево в крайние положения период развертки будет минимальным и на экране будет видна перемещающаяся слева направо точка (но это при условии, что переключатель развертки, распложенный над эими ручками переключен в крайне левое положение). Поворачивая эти ручки направо уменьшаем период развертки и скорость движения луча увеличивается. На отметке «5mS» (5 миллисекунд) точка превращается в линию.

Регулируя развертку нужно учесть, что значения, подписанные на шкале вокруг ручки скачкообразной регулировки развертки верны только тогда, когда ручка плавной регулировки находится в крайне правом положении.

Уменьшить период развертки в десять раз можно переключив переключатель, расположенный над ручками регулировки развертки, в среднее положение. А если его переключить в правое положение, перемещением луча по горизонтали будет управлять не блок развертки осциллографа, а внешний сигнал, поданный на вход X.

Обычно требуется видеть функцию зависимости напряжения от времени. В этом случае развертка должна быть включена, а входной сигнал подают на вход Y, который может иметь три состояния, переключаемых переключателем входа Y.

В его крайне левом положении переключателя входа Y, вход непосредственно соединен с разъемом «вход Y». Так осциллограф будет показывать как постоянную, так и переменную составляющую исследуемого сигнала. В среднем положении вход Y выключен, а в крайне правом — он подключен через конденсатор, поэтому постоянную составляющую прибор, в этом положении переключателя, не показывает.

Рис. 1. Схематическое изображение фронтальной панели осциллографа С1-65.

Усиление усилителя вертикального отклонения регулируют двумя ручками, -переключателем V/деление и регулятором чувствительности Y, которые расположены одна на другой «пирамидкой». Например, если мы установим переключатель в положение «1V/дел.», а ручку регулировки повернем в крайне правое положение, то при подаче на вход Y напряжения 1V луч переместится вверх на одно деление.

Теперь, когда все работает, давайте попробуем посмотреть наводки в вашем теле. Установите переключатель «время/деление» на «5 mS», переключатель «V/деление» — на «2V». Подключите к входу Y щуп (или просто всуньте в разъем кусок проволоки) и прикоснитесь к нему пальцами.

На экране появится синусоида, возможно искаженная (её форма зависит от того, какие наводки есть в вашем теле). Если синусоида будет смещаться по горизонтали или будет иметь вид нескольких хаотически движущихся синусоид, нужно повернуть ручку «уровень» так, чтобы изображение стабилизировалось.

По клеткам на экране, зная сколько вольт на деление приходится по вертикали, и сколько миллисекунд на деление приходится по горизонтали, можно примерно вычислить амплитуду и период сигнала, частоту.

В правой части фронтальной панели, вверху, расположены органы управления синхронизацией. Синхронизация может быть внутренней (то есть, от входного сигнала, поданного на вход Y), от электросети или от внешнего источника, поступающего на вход X. Выбор — переключателем вида синхронизации.

В нашем случае, переключатель в верхнем положении (внутренняя). Ниже расположен калибратор, он представляет собой источник импульсов частотой 1 кГц или постоянного напряжения строго заданного уровня. Хотите увидеть как выглядят прямоугольные импульсы, — включите щуп, подключенный к входу Y в гнездо калибратора (переключатель калибратора должен быть в положении «1кГц»).

Переключите «время/деления» развертки так, чтобы были видны отдельные импульсы (например, в положение 0,2mS). Затем, поворотом ручки «уровень» добейтесь неподвижности изображения. Если нужно, измените масштаб по вертикали (V/деление).

Амплитуду импульсов калибратора можно регулировать от 20mV до 50V переключателем калибратора.

Продолжение:

1. Осциллограф для начинающих, эксперименты с усилительным каскадом
2. Практические упражнения по работе с осциллографом (RC-цепочки)
3. Как работать с осциллографом, проверяем усилитель низкой частоты

Литература: 1. РК-07-2003, РК-08-2007.

Автомобильный осциллограф для диагностики автомобиля

Найти неисправность стало гораздо проще. Не надо разбирать и подкидывать каждую запчасть, что удешевляет поиск неисправности и экономит время. Автомобильный осциллограф применяется для диагностики двигателя, датчиков электронной системы управления, генератора, стартера, аккумулятора. Нужен при комплексной автомобильной диагностике, дополняет проверку сканером. Позволяет делать дефектовку мотора без вскрытия.

Осциллограф – это прибор, который снимает параметры времени и амплитуды электрического сигнала. При неисправностях автомобиля, также нужны эти характеристики. То есть как изменяется сигналы датчика, катушки, форсунки по времени.

Какой выбрать осциллограф для диагностики авто

Рассмотрим наиболее удобные и информативные приборы.

USB Autoscope Постоловского

На первом месте в рейтинге практиков стоит осциллограф Постоловского USB Autoscope IV. Имеет обширные диагностические функции.

Преимущества

• Профессиональные скрипты от Андрея Шульгина.
• Удобный интерфейс.
• Широкий диапазон измерения от 6 до 300 вольт.
• Обработка скриптов в автоматическом режиме.
• Информативный скрипт эффективности по цилиндрам CSS, показывающий работу форсунок, системы зажигания.
• Тест аккумулятора, генератора, стартера. Показывает неисправности в автоматическом режиме. Легкий процесс съема характеристик: достаточно иметь доступ к плюсовой или минусовой клеммам АКБ.
• Тест давления в цилиндре. Показывает метки системы газораспределения, правильно ли стоят фазы. Выявляет провернутый задающий диск.

Полная документация по работе с прибором. Подробно описаны скрипты, схемы подключения. Есть видео инструкция на сайте производителя. Отзывчивая поддержка.

Мотодок 3

Вторым в списке рейтинга осциллографов для диагностики автомобиля любой марки стоит Мотодок 3. Имеет схожие характеристики.

Преимущества и недостатки

• Скрипт Андрея Шульгина эффективности цилиндров. Есть некоторые недостатки по синхронизации с некоторыми автомобилями, имеющими слабый сигнал с датчика коленчатого вала. Но это сглаживается удобством и быстрой работой.
• Подключения на любое расстояние по кабелю RJ 45.
• Качество картинки при диагностике, что не маловажно при работе.
• Подробная документация на сайте производителя.

Для примера приведены только два осциллографа для диагностики авто. Существуют и другие приборы: отличаются ценой, производителем, но принцип измерения одинаков. Самое главное иметь опыт в чтении осциллограмм к каждой марке автомобиля.

Диагностика осциллографом автомобиля: как проводить

Пользоваться осциллографом не составляет особых трудностей у диагностов. Методика подробно описана в инструкциях к прибору. Главное знать места подключения к датчику положения коленчатого вала для проведения скрипта Шульгина по эффективности цилиндров. Для различных марок автомобилей ДПКВ может находится возле задающего диска или маховика.

Проверка датчиков осциллографом

ДПКВ

Датчик положения коленчатого вала. Нужен для синхронизации искры и форсунок по такту сжатия. Сигнал имеет синусоидальную форму с разрывом. Форма сигнала с одинаковой амплитудой. Если есть отклонения, значит задающий диск имеет не равномерность вращения или люфт.

Исправный ДПКВ

Методика измерения

1. Подключаем измерительный щуп к сигнальному проводу осциллографа.
2. Ставим диапазон измерения до 300-500 вольт.
3. Нажимаем кнопку пуск и снимаем сигнал.

ДПРВ

Датчик положения распределительного вала. Имеет прямоугольную форму сигнала амплитудой 12,3 – 12,7 вольта. Полезно снимать одновременно сигналы ДПКВ и ДПРВ для определения фазы впрыска и смещения распределительных валов относительно друг друга. Но как правило этот параметр проверки ДВС есть на сканере.

 

Нижний фронт сигнала ДПРВ совпадает с разрывом зубьев на задающем диске, что говорит о правильной фазе впрыска.

ДМРВ

Датчик массового расхода воздуха применяется на бензиновых двигателях для измерения объема прошедшего воздуха. Основной параметр для диагностики — это его АЦП равное 0,996 вольт при включенном зажигании. При углубленной диагностике ДМРВ, нужно померить время релаксации – период, за который, датчик выходит в нулевое положение.

Исправный ДМРВ. Нулевое напряжения равно 0,996 вольт и скорость выхода на рабочий диапазон 0,5 мс.

Ниже представлена осциллограмма неисправного ДМРВ. Время перехода 20 мс, а напряжение при нулевом объеме воздуха 1,130 вольт. Авто с таким датчиком будет расходовать много топлива и терять мощность.

 

Неисправный дмрв

Немаловажно проверить пик выхода датчика на максимальный уровень напряжения. Для этого нужно снять сигнал с ДМРВ на заведенном ДВС, при резко нажатой педали газа. Чем больше показания к 5 вольтам, тем датчик имеет большую отдачу и авто будет эластичнее.

Сигнал напряжения ДМРВ под нагрузкой

Работа с автомобильным осциллографом не страшна для начинающих диагностов.  Нужно тщательно изучить инструкцию по работе с прибором и применять на практике. Чем больше опыт подключения к конкретной марке, тем быстрее и точнее поиск неисправностей.

ДПДЗ

Датчик положения дроссельной заслонки. Проверить легче всего сканером. Но при плавающей неисправности, когда автомобиль едет рывками, нужно проверить сигнал осциллографом. Подключаем сигнальный провод щупа к выходу ДПДЗ и снимаем сигнал открывая дроссель. Не должно быть резких скачков.

Исправный датчик положения дроссельной заслонкиНеисправный датчик положения дроссельной заслонки

Проверка массы двигателя осциллографом

Плохую массу двигателя можно проверить измерительным щупом осциллографа. Минус щупа соединяется с минусовой клеммой АКБ, а сигнальный с двигателем или кузовом. Значительные помехи говорят о плохой массе.

Хорошая масса

Диагностика катушек зажигания с помощью осциллографа  

Проверка системы зажигания возможна только по анализу сигнала вторичной или первичной цепи. Самодиагностика двигателя автомобиля способна только косвенно определить дефекты в высоковольтной части. Может выдать ошибку по пропускам зажигания. Коды неисправностей пропусков дают общую картину работы цилиндра. Они могут возникнуть как от неисправной катушки, свечи, высоковольтного провода, форсунки, низкой компрессии, подсоса воздуха. Для точного определения неисправной катушки зажигания нужна проверка осциллографом.

Ниже приведен пример типичного сигнала высоковольтного пробоя, по которому можно судить о работоспособности всей высоковольтной системы автомобиля. Любой дефектный элемент: катушка, провод, свеча проявится на этой осциллограмме.

Типичные неисправности системы зажигания Межвитковое замыкание в первичной цепи катушкиПробой высоковольтного проводаСвеча в сажеСлишком большое время накопления катушки. Дефект в электронном блоке управления двигателем.

Проверка индивидуальных катушек зажигания

Для диагностики индивидуальных катушек зажигания очень удобно использовать осциллограф АВТОАС-ЭКСПРЕСС М. Удобство заключается в его компактности и легкости подключения. Достаточно загрузить программу и приложить индуктивный или емкостной датчик прибора к самой катушке. Получаем осциллограмму как показано выше.

Диагностика топливной форсунки осциллографом

Форсунка бензинового двигателя состоит из запорного клапана, электромагнитный катушки. Соответственно движение этого клапана возможно проверить осциллографом.

Исправная форсункаНеисправная форсунка

Диагностика форсунок с помощью осциллографа требуется в случае тщательного поиска неисправности. В большинстве случаев достаточно сделать тест Андрея Шульгина на эффективность работы цилиндров.

Проверка датчика кислорода с применением осциллографа

Лямбда зонд служит для точного дозирования топливо – воздушной смеси и снижения уровня токсичности отработавших газов. Работает по принципу гальванического элемента. Вырабатывает напряжение в зависимости от присутствия свободного кислорода во внутренней и внешней ячейке датчика. Напряжение варьируется от 0,1 – 0,9 вольт, что соответствует бедной и богатой смеси.

Проверить работу датчика можно

• Сканером
• Осциллографом

Первый вариант быстрый и достаточный для оценки общей работы. Второй же вариант диагностики датчика кислорода более точный и позволяет оценить скорость сработки лямбда зонда в режиме обратной связи.

Неисправный датчик кислорода. Скорость реакции медленнаяДатчик кислорода полностью неисправен

Скрипт CSS Андрея Шульгина

Вот мы и добрались до самой сути диагностики автомобильных двигателей. Для диагностов любой марки это самый информативный скрипт. Он показывает работу форсунок, искры и компрессии за одну проверку. Для проведения этого теста достаточно снять сигнал с датчика положения коленвала и синхронизацию с искры первого цилиндра. Сложность может заключаться в подключении к ДПКВ некоторых марок, но это сглаживается информацией, которую дает скрипт.

Порядок записи сигнала применительно к осциллографу USB Autoscope:

1. Подключиться параллельно сигнальным щупом осциллографа к выходу ДПКВ
2. Если установлена система зажигания DIS поставить щуп синхронизации на первый цилиндр, индивидуальная катушка — воспользоваться индуктивным датчиком.
3. Запустить двигатель и дать работать на холостом ходу.
4. Активировать скрипт CSS
5. Через 5-10 секунд плавно поднять обороты до 3000 и опустить.
6. Спустя 5-10 секунд резко поднять обороты и выключить искру оставив педаль газа полностью нажатой.
7. Остановить скрипт.

Анализ теста Андрея Шульгина

1. Нажать кнопку «Выполнить скрипт»
2. Задать входную информацию для анализа: количество и порядок работы цилиндров, угол опережения зажигания с погрешностью ±10°.
3. Анализируем полученную картинку.

График скрипта CSS

• Холостой ход — снижена эффективность 3 цилиндра.8.
• Низкая компрессия в 3 цилиндре.

Таким образом, за 5 минут можно найти причину «троящего» двигателя, не откручивая свечи и не замеряя компрессию.

Порядок проведения теста эффективности на осциллографе Мотодок 3

Порядок снятия скрипта аналогичный USB Autoscope:

Анализ осциллограммы давления в цилиндре

Для снятия характеристики газодинамических процессов в цилиндре в комплекте с Мотортестером прилагается датчик давления на 16 атм. Двигатель должен быть прогрет до температуры 80-90 °C

Порядок проведения теста:

1. Датчик давления вкрутить вместо свечи. Высоковольтный провод проверяемого цилиндра соединить с разрядником и подключить к нему датчик синхронизации первого цилиндра.
2. Выключить форсунку в проверяемом цилиндре.
3. Запустить прибор.
4. Завезти двигатель и дать работать на холостых оборотах.
5. Получить осциллограмму давления синхронизированную по ВМТ 0°C, как показано ниже.

Выпускной клапан открывается на 160° — метка смещена

Важно проанализировать две точки на осциллограмме:

1. Момент открытия выпускного клапана. На моторах без фазовращателей значение 140-145°, с фазовращателями порядка 160°.
2. Момент перекрытия, когда выпускной и впускной клапана открыты одновременно. Должен быть 360-360°.

При отклонениях от этих значений, можно говорить о смещении фаз газораспределения.

Все вышеприведенные методы работы с мотор тестером можно делать в различной последовательности. Все зависит от конкретного случая. Где-то достаточно провести тест Шульгина или снять характеристику давления в цилиндре. Главное найти неисправность меньшими потерями для владельца автомобиля.

 

 

 

 

 

 

 

 

Основы осциллографов. Принципы работы и методики измерений

Введение

 

Любое движение в природе происходит в форме синусоидальных волн, будь то океанские волны, землетрясение, ударная волна, взрыв, звук через воздух или же естественная частота тела в процессе перемещения. Энергия, вибрирующие частицы и иные невидимые глазу силы пропитывают нашу физическую вселенную. Даже белый свет, состоящий из частиц и волн, обладает фундаментальными частотами, который могут быть различимы как цвета.

 

Сенсоры способны конвертировать эти явления в электрические сигналы, которые можно рассматривать и исследовать при помощи осциллографа.  Осциллографы предоставляют возможность учёным, инженерам, техникам, учителям и иным специалистам «увидеть» события, изменяющиеся во времени. 

 

Осциллографы – чрезвычайно важный инструмент для специалиста, занимающегося разработками, производством или ремонтом электронного оборудования. В современном бурно развивающемся мире инженерам требуются самые эффективные приборы для решения задач измерений быстро и с высокой точностью. Выполняя роль «всевидящего ока» инженера, осциллографы являются ключом в решении сложных задач получения достоверных данных от объекта под тестированием.  

 

Полезность осциллографа не ограничена одним лишь миром электроники. При наличии надлежащего сенсора осциллограф способен измерять характеристики любого природного и физического явления. Сенсор (чувствительный элемент) представляет собой устройство, генерирующее электрический сигнал как реакция на физические факторы, как то: звук, механическое воздействие, давление, свет или тепло.  Микрофон является таким сенсором, конвертирующим звук в электрический сигнал. На рис. 1 показан пример как посредством осциллографа происходит сбор научных данных. 

 

Осциллографы применяются всеми, от физиков до техников-ремонтников. Автомеханики задействуют осциллографы для выявления соотношения аналоговых данных от сенсоров с цифровыми данными последовательной передачи от устройства управления двигателем. Врачи-диагностики используют осциллографы для измерения волн головного мозга человека. Возможности прибора безграничны.

 

В настоящем Курсе для начинающих даются общие понятия, освоение которых формирует отличную стартовую площадку в понимании инженером-новичком что такое осциллограф и как он работает.

 

 

 

Рис.1 Пример научных данных, собранных осциллографом

 

Глоссарий, расположенный в конце Курса, содержит толкования незнакомых терминов. Словарь и многоуровневые письменные упражнения по теории осциллографов и задачам его управления превращают настоящий Курс в очень эффективный учебник для самостоятельного пользования. При этом для понимания всего изложенного нет необходимости в каких-то специальных знаниях в области математики или электроники. 

 

После изучения настоящего Курса вы будете способны:

• Представлять себе как функционирует осциллограф

• Понимать разницу между различными типами осциллографов

• Понимать разницу между различными типами электрических форм сигналов

• Управлять основными органами контроля осциллографом

• Самостоятельно осуществлять простые измерения

Инструкция по эксплуатации, поставляемая с каждым осциллографом, предоставит вам больше специфической информации о том, как применять этот прибор в своей повседневной деятельности. Некоторые производители осциллографов также предоставляют описания решений для множества прикладных задач, что поможет вам оптимизировать свой осциллограф под конкретные приложения. 

 

Целостность Сигнала

 

Значимость целостности сигнала 

 

Ключевым фактором для любого хорошего осциллографа или осциллографической системы является их способность в точности воспроизводить форму сигнала, что собственно и обозначает термин «целостность сигнала». Любой осциллограф аналогичен по своим функциям фотографической камере, которая захватывает образы сигналов, которые впоследствии можно рассматривать и изучать. Три ключевых фактора лежат в основе термина «целостность сигнала»:

 

• Когда вы фотографируете картинку, то соответствует ли эта картинка в точности тому, что произошло?

• Картинка имеет ясное изображение или размытое?

• Какое количество ясных и точных картинок вы можете сделать за секунду?

Все вместе различные системы осциллографа, его функции и работоспособность вносят кумулятивный вклад в способность прибора формировать наивысшую из возможной целостность измеряемого сигнала. Пробники также воздействуют на уровень целостности сигнала, генерируемого всей системой измерений. 

 

Целостность сигнала влияет на большинство научных дисциплин, связанных с электронными разработками. Но до недавнего времени это не составляло большой проблемы для разработчиков цифровых систем. Разработчики при проектировании логических цепей могли полагаться на то, что они и будут функционировать как логические схемы. Различного рода шумы и паразитные сигналы считались чем-то таким, что больше присуще для схем с высокоскоростной передачей данных – то есть явлений, которые должны больше волновать разработчиков РЧ устройств. Коммутации в цифровых системах происходили относительно медленно, а сами сигналы предсказуемо стабилизировались. 

 

С тех времён тактовая частота процессоров увеличилась на порядки. Компьютерные приложения, как-то графика 3D, видео и серверные вводы-выводы требуют наличия широких полос пропускания. Практически всё современное телекоммуникационное оборудование цифровое, соответственно также требует наличия массивных полос пропускания. Это же напрямую относится к цифровому ТВ высокого разрешения. Все современные семейства микропроцессорных устройств имеют скорости передачи данных 2, 3, 5 GS/s (гига самплов в сек), в то время как устройства памяти DDR3 задействуют тактовую частоту свыше 2 GHz и сигналы с 35 ps временем нарастания фронта импульса.

 

Лавинообразное нарастание скоростей присутствует во всех IC устройствах на автомобилях, бытовой электроники, контроллерах и пр. цифровых устройствах. 
 

Процессор с тактовой частотой в 20 MHz может вполне работать с сигналами со скоростью переключения, присущим процессорам с 800 MHz тактовой частоты. Разработчики цифровых устройств давно перешагнули ранее установленные пороги производительности, что означает, что практически каждая схема высокоскоростная. 

 

Без принятия определённых мер предосторожности, проблемы, присущие высокоскоростным цепям, так или иначе могут просочиться в обычные цифровые схемы. Если цепь периодически испытывает сбои в своей работе или сталкивается с неполадками при экстремальных значениях напряжения и температуры, то велика вероятность того, что там присутствуют проблемы, связанные с согласованностью сигналов. Всё это может привести к задержкам вывода на рынок новой продукции, проблемам с её надёжностью, требованиям к электромагнитной совместимости и т.д. Такого рода «высокоскоростные» проблемы могут воздействовать на целостность потока последовательной передачи данных в цифровой системе, что потребует принятия определённых мер для корреляции специфических шаблонов данных при возможности изучения характеристик высокоскоростных сигналов. 

 

Почему целостность сигнала представляет собой проблему?

 

Давайте рассмотрим некоторые специфические причины деградации сигнала в современных цифровых схемах. Почему эти проблемы сегодня значительно превалируют, чем это было ранее? 

 

Ответ: скорость. В «добрые старые медленные времена» поддержка допустимой целостности цифровых сигналов означала необходимость обращения внимания на такие детали как распределение значений синхросигналов, схема тракта сигнала, вносимые шумы, воздействие нагрузок, воздействие х-к тракта передачи, х-к клемм шины передачи данных, распределение развязок и мощностей и т.д. Все эти правила актуальны, но…

 

Время цикла каналов передачи информации в настоящее время в 1000 раз выше, чем это было, скажем, 20 лет назад. Микросекундные транзакции стали наносекундными. Это привело к тому, что граничные скорости тоже увеличились: они в 100 раз быстрее, чем 20 лет назад. 

 

Всё это замечательно, однако, определённые физические реалии удерживают технологии пр-ва печатных плат от того, чтобы соответствовать существующим скоростям. Время прохождения сигнала по каналам чипов осталось почти неизменным за десятилетия. Геометрические размеры печатных плат, конечно же, скукожились, но остаётся необходимость в наличии на платах физических площадей для уст-в интегральных микросхем (IC), коннекторов, пассивных компонентов и, конечно же, самих трактов передачи данных. Эти физические площади предполагают существование расстояний, а расстояние означает время – враг скорости.
 

Очень важно не забывать, что граничная скорость-время нарастания цифрового сигнала может нести значительно более высокие частотные составляющие, чем это предполагает его частота повторения. По этим причинам некоторые разработчики отчаянно нуждаются в таких устройствах IC (интегр. микросхемы), которые имели бы относительно низкие характеристики времени переключения цифровых сигналов. 

 

Схемы с сосредоточенными параметрами всегда являлись базисом для большинства расчётов, делавшихся для предсказания поведения того или иного сигнала при его прохождении по цепи. Но когда граничные скорости более чем в 4-6 раз выше задержки сигнала при его прохождении по тракту, то такие схемы более не работают.  

 

Траки печатных плат 6 дюймов длиной становятся линиями передачи, когда управляются с сигналами, демонстрирующими граничные скорости ниже 4-6 наносекунд, вне зависимости от скорости цикла. В результате создаются новые сигнальные траки. Такого рода «нематериальные» соединения не присутствуют на схеме, но темнее менее, обеспечивают среду, где сигналы непредсказуемо влияют друг на друга.

 

Порой даже естественные погрешности как результат комбинации пробник/прибор могут оказать значительное влияние на характеристики измеряемого сигнала. Однако, применяя формулу «квадратный корень суммы квадратов» к измеряемому значению, становится возможным определить, находится ли устройство под тестированием близко к состоянию сбоя как результат несоответствия характеристик времени нарастания и падения фронта импульса. Следует добавить, что современные осциллографы задействуют специальную фильтрацию для де-встраивания воздействия измерительного прибора на сигнал, отображая на экране его временные и иные х-ки.  
 
В то же самое время выделенные траки сигналов не работают таким образом, как они для того предназначались. Заземляющие слои и энергетические слои как то траки передачи сигналов становятся индуктивными и работают как трансмиссионные каналы; развязка питания гораздо менее эффективна. Электромагнитные помехи (EMI) увеличиваются, поскольку высокие пороговые скорости продуцируют более короткие длины волн относительно длины канала передачи импульсов. Перекрёстные помехи увеличиваются.   

 

Следует добавить, что высокие пороговые скорости требуют более высоких значений токов для их же (скоростей) генерации. Более высокие токи имеют тенденцию вызывать скачки общего потенциала схемы, что особенно характерно на широких каналах передачи, где происходит множество одновременных коммутаций сигналов. Более того, высокие токи повышают количество излучаемой магнитной энергии, а вместе с этим и перекрёстные помехи. 

 

Аналоговые источники цифровых сигналов. Обзор. 

 

Что же в целом имеют все эти характеристики? Все они – классический аналоговый феномен. Для решения проблем целостности сигнала, разработчикам цифровых устройств необходимо шагнуть в их аналоговый домен. А чтобы сделать такой шаг, этим самым разработчикам необходим инструментарий, показывающий как взаимодействуют между собой цифровые и аналоговые составляющие сигнала.

 

Погрешности на «цифровом поле» обычно имеют своё происхождение из проблем целостности на аналоговой составляющей сигнала. Для точного отслеживания неполадок «цифры», часто необходимо обратиться к осциллографу, который представит на экране все детали формы сигнала, его края и шумы, выявит и покажет переходные характеристики, поможет точно измерить соотношения синхронизации, как то время установки и время удержания. Современные осциллографы способны помочь в упрощении процедур отладки тестируемого объекта через выставление режима на захват специфических явлений при параллельной или последовательной передаче данных и отображении аналогового сигнала, соответствующего по времени конкретному событию. 

 

Понимание каждой функции в составе своего осциллографа и как их правильно применять гарантирует максимально эффективное использование прибора при решении специфических задач измерений.  
 

Осциллограф

 

Что такое осциллограф и как он работает? Данный раздел отвечает на эти основополагающие вопросы.

 

По большому счёту осциллограф – устройство, в графическом виде отображающее результаты измерений – прибор рисует графы электрических сигналов. В большинстве применений графы демонстрируют как сигналы изменяются во времени: вертикальная ось (Y) представляет собой напряжение, горизонтальная ось (X) представляет время. Интенсивность или яркость экранного отображения иногда соотносится с осью Z, как это показано на рис. 2.

 

 

В осциллографах DPO (цифровых люминесцентных) ось Z может соотноситься с цветоразностной х-кой дисплея, как это представлено на рис. 3.

 

• Эта простейшая графика может многое рассказать о сигнале, как то:

• Значения времени и напряжения сигнала

• Частота колебательного сигнала

• Перемещающиеся участки” цепи, представленной сигналом

• Частота, с которой определённый участок сигнала проявляется относительно других его участков

• Происходит ли искажение сигнала как результат воздействия на него неисправного компонента 

• Какую часть сигнала составляет постоянный ток (DC) или переменный ток (AC)

• Какую часть сигнала составляет шум и изменяется ли этот шум во времени

 

Понятия о формах волны и их измерениях

 

Обобщающий термин характеристики (явления), которое повторяется во времени – это волна: звуковые волны, мозговые волны, океанские волны и волны напряжения – все они имеют повторяющиеся характеристики.

 

Осциллограф измеряет волны напряжения. Как ранее уже упоминалось, такие физические явления как вибрации или температура или электрические явления как то: ток или мощность могут быть конвертированы в показатели напряжения с помощью сенсора. Один цикл волны является частью повторяющейся волны. Форма волны является графическим представлением волны как явления. Сигнал напряжения представлен по оси времени (горизонтальная) и по оси со значениями напряжения (вертикальная). 
 

 

Формы сигналов раскрывают множество подробностей об их природе. Каждый раз, когда происходит изменение в высоте формы сигнала, это значит, что х-ка напряжения изменилась. Каждый раз, когда присутствует прямая горизонтальная линия, то понятно, что на протяжении всей длины этой линии никаких изменений х-к сигнала не происходило. Прямые, диагональные линии означают наличие линейных изменений – нарастание либо падение напряжения с устойчивой скоростью. Острые углы на форме сигнала указывают на внезапные изменения. На рис. 4 представлены существующие формы сигналов, а на рис. 5 ссылки на источники таких сигналов.
 
Типы волн

 

Можно классифицировать большинство волн по следующим типам:

• Синусоиды

• Квадратичные и прямоугольные волны

• Пилообразные и треугольные волны

• Пошаговые и пульсирующие волны

• Периодические и непериодические 

• Синхронные и асинхронные 
• Комплексные волны.

 

Продолжение следует…

 

 

По материалам компании Gtest (ООО «Контентус»)

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.

Как пользоваться осциллографом, учебное пособие для начинающих

Давай сделаем что-нибудь вместе

Привет, я Питер.

Я онлайн-преподаватель и создатель, автор Maker Education Revolution, KiCad Like a Pro и основатель Tech Explorations.

Я создаю весь контент на веб-сайте Tech Explorations.

Почему? Потому что, как я уже упоминал, я педагог и Творец, и у меня есть Миссия.

Моя миссия — помогать людям изучать электронику, программирование, проектирование печатных плат и многое другое.Самое главное, я хочу помочь как можно большему количеству людей получить удовольствие от своих приключений в области технологического образования.

После 15-летней карьеры преподавателя в университете я снова решил стать Творцом. Как и большинству из нас, в детстве мне было любопытно, и я узнал, как все работает, экспериментируя с ними (обычно это означало разбирать их и надеяться не потерять винты, когда я собирал вещи обратно).

Повзрослев, я стал инженером только для того, чтобы потерять детское любопытство во имя карьеры.

Я снова стал ребенком, когда получил свою первую Arduino. С его помощью я начал создавать вещи, возиться с компонентами, тестировать идеи. Несмотря на то, что я был «профессиональным педагогом», только сейчас я понял, насколько неправильными были мои последние 15 лет обучения. Я был частично ответственен за то, что разрушил творческий потенциал тысяч учеников, точно так же, как мой был уничтожен во имя «настоящего взрослого».

Моя работа в Tech Explorations — учиться и творить. Я узнаю то, что мне интересно, и создаю образовательный контент.Этот контент — запись моего обучения.

Я создаю этот контент не для обучения «студентов». Я создаю его, чтобы помочь учащимся узнать то, что они хотят узнать.

В конце концов, мы все учимся и учимся друг у друга.

Я искренне надеюсь, что благодаря контенту, который я создаю в Tech Explorations, как можно больше людей будут вдохновлены возродить свое детское любопытство, учиться и создавать удивительные вещи.

Обучение носит социальный характер

Интернет произвел революцию в издательском деле и обучении.Это самое большое хранилище знаний из когда-либо существовавших, и оно становится все больше и больше. Для всего, что вы хотите узнать, есть большая вероятность, что кто-то написал сообщение в блоге или снял об этом видео.

Отлично! Не совсем так. Несмотря на то, что существует множество отличного контента, многое из того, что доступно в Интернете, не имеет качества и, самое главное, не имеет человеческого общения.

Лучшее обучение — социальное. Когда вы общаетесь с другими людьми, которые были там, где вы сейчас, вы учитесь быстрее и лучше.Вам есть к кому отступить, когда вам понадобится помощь, или обсудить идею, когда вы застряли.

В Tech Explorations мы поддерживаем наших студентов с помощью инструментов сообщества, потому что мы знаем, что это лучший способ учиться и преподавать.

Помощь — часть обучения

Изучение новых навыков и технологий — это путешествие в неизведанную территорию. Гораздо лучше, если у вас есть карта, а еще лучше, если вы сможете попросить о помощи по радио.

В Tech Explorations мы вложили большие средства в наши средства коммуникации, чтобы гарантировать, что ни один студент не останется позади.У нас есть три уровня поддержки: форумы сообщества для каждого курса, инструмент вопросов и ответов на уровне лекций и служба поддержки.

Наш контент находится в режиме реального времени и отслеживается нашей командой, поэтому мы можем быстро отвечать на вопросы студентов. Скорость важна, потому что препятствия в обучении могут иметь разрушительный эффект в нашем учебном процессе, поэтому мы делаем все возможное, чтобы помочь нашим ученикам преодолеть их.

Сохраняйте спокойствие и продолжайте учиться

Мир и Интернет — очень шумные места.Многие «бесплатные» ресурсы для заработка больше похожи на шумные базары под открытым небом, с раздражающими отвлекающими факторами, которые стремятся помешать вам делать то, что вы хотите (чтобы узнать что-то новое), чтобы вы могли щелкнуть следующее видео (часто о кошке делает забавный трюк).

Одна только потеря концентрации накапливает многие сотни часов потери продуктивности обучения на каждого учащегося в год.

Сможете ли вы научиться программировать Arduino в фуд-корте торгового центра? В каком-то смысле это то, что многие из нас делают.

В Tech Exploration мы создали спокойную обстановку, подходящую для иммерсивного обучения. Сконцентрируйтесь, выключите мобильный телефон, запустите видео лекции и продолжайте эксперимент.

Вот и все. Больше ничто не должно привлекать ваше внимание.

Путь вперед

На этой странице мы предоставили вам множество бесплатных и качественных учебных материалов, возможностей для практических экспериментов и даже более крупных проектов, которые вы можете использовать для закрепления своего обучения.И все это в спокойной, дружелюбной к учащимся обстановке.

Мне часто задают вопрос: «Что мне делать дальше?»

Люди, которые только что научились новому навыку, например, как заставить мигать светодиод или вращать мотор, часто бывают ошеломлены. Они только что осознали что-то новое, но им трудно понять, что будет дальше.

Это совершенно понятно, и я сам там был. На самом деле, я чувствую это каждый раз, когда узнаю что-то новое, изолированное от его возможностей.

Подумайте об этом: вы только что научились вращать мотор.Как из этого сделать робота? Как происходит переход от одного рабочего компонента к системе, объединяющей множество компонентов, в рабочий гаджет?

Лучший ответ, который я могу дать на этот вопрос, — это простой процесс плюс большая настойчивость (она понадобится вам, когда вы решите заняться чем-то важным):

1. Вам нужен проект, который вас вдохновляет. Этот проект дает вам цель и даже путь (хотя вначале путь не ясен).Подумайте, о чем идет речь в проекте, и особенно о том, что он должен делать. Это («что он должен делать») и дает вам цель вашего проекта. Он понадобится вам на шаге 5 этого процесса.
2. Вам необходимо проанализировать свой проект и разбить его на компоненты. Робот состоит из двигателей, контроллеров двигателей и микроконтроллеров, датчиков, программного обеспечения и рамы, которая удерживает все вместе. Выясните, каковы основные компоненты вашего проекта.
3. На основе вашего анализа определит ваш уровень знаний в отношении компонентов проекта .Вы можете хорошо разбираться в моторах, но у вас не хватает сенсора.
4. Спланируйте процесс создания прототипа. Эта часть процесса имеет решающее значение, потому что вам нужно принять несколько решений, которые включают оборудование, программное обеспечение и сборку гаджета, а также обучение, которое вы должны принять, чтобы сделать это возможным. Вам не нужно знать все, прежде чем начать, но вам нужно выбрать место для начала. Если бы вы, например, построили колесного робота, вы могли бы начать с сборки колеса и двигателя, чтобы ваш робот мог двигаться, а датчики оставьте на потом.Почему? Потому что теперь вы знаете, как использовать моторы. Позже вы узнаете, как использовать датчики. Как и многое в жизни, начало — это половина всего, что вы делаете. Первая итерация придаст вам импульс и уверенность, необходимые для второй, третьей итерации, до последней итерации.
5. Повторяйте, пока проект не будет завершен. Итерационный процесс прототипирования — ваш ориентир. Каждая итерация решает проблемы и создает новые. Новые проблемы обычно требуют, чтобы вы узнали что-то новое.Продолжайте, изучите это и вернитесь, чтобы продолжить текущую итерацию. Проект завершен, когда вы достигли цели, поставленной на шаге 1. Но вот загвоздка: в прототипировании, как и в жизни, все плавно. Ваша первоначальная цель была основана на ранних предположениях о том, чего вы хотели достичь, еще до того, как вы действительно проделали какую-либо работу для достижения этой цели. В процессе работы над своей целью цель меняется! Помните об этом и знайте, что это нормально. Наслаждайтесь процессом и достижением результата.

Это процесс, которому я следую в своих проектах, в том числе в моих книгах и курсах. Со временем вы научитесь лучше выбирать проекты и особенно анализировать их, чтобы то, что вы в конечном итоге создавали, было очень близко к вашей первоначальной цели.

Единственный способ развить свои навыки управления проектами и создания гаджетов — это сделать это.

И мы здесь, чтобы помочь вам 🙂

Осциллограф: основы: руководство для начинающих | Блоги

Марк Харрис

| & nbsp Создано: 10 сентября 2020 г. & nbsp | & nbsp Обновлено: 21 сентября 2020 г.

Нам, инженерам-электронщикам, невероятно повезло по сравнению с другими инженерными дисциплинами.Мало того, что электроника быстро развивается и расширяется в использовании и функциональности, наше испытательное оборудование дает нам самые большие возможности для диагностики и исследования созданных нами устройств. Хотя все инженерные дисциплины имеют фантастические наборы инструментов моделирования, возможность увидеть, как что-то работает в реальном мире, может дать гораздо больше понимания.

У нас есть много инструментов, которые позволяют нам увидеть, что делают наши схемы, но, как новичок, вы можете не знать, с чего начать.Два самых важных инструмента, которыми вы будете владеть для диагностики любой цепи, — это цифровой мультиметр и осциллограф. Вы можете спросить: «Какой осциллограф или другое испытательное оборудование мне взять?» это частый вопрос студентов и производителей. В этой статье я рассмотрю некоторые основы работы с осциллографами, которые должен знать каждый инженер, а также некоторые советы и рекомендации по работе с различными осциллографами.

Цифровой мультиметр

и осциллограф

Доступно огромное количество разнообразных электронных измерительных инструментов и устройств, самым популярным из которых, вероятно, является мультиметр.Мультиметры могут измерять ток, напряжение, сопротивление и часто другие параметры, в зависимости от модели. Некоторые из них включают встроенную настройку температуры для датчиков RTD или инфракрасных датчиков для измерения температуры. Мультиметр используется для определения того, работает ли ваш источник питания должным образом, может помочь найти поврежденные детали, измерить правильность падения напряжения или сопротивления деталей, найти место короткого замыкания или обрыва и т. Д.

Мультиметр полезен, когда дело доходит до электроники, но быстро обнаруживает ограничения, так как его частотная характеристика ограничена.Мультиметр идеально подходит для определения среднего напряжения, возможно, даже для подсчета частоты цепи до нескольких сотен килогерц. Однако он не предоставляет никакой визуализации. Когда вам нужно детально изучить напряжение с течением времени или визуализировать любой аспект формы сигнала, требуется другое измерительное устройство — осциллограф.

Основы осциллографа

Осциллографы

помогают инженеру измерять различные параметры, такие как напряжение, аналоговые и цифровые сигналы и шум.Современные осциллографы также имеют огромное количество дополнительных функций, которые пригодятся электронщику.

Почти каждый осциллограф, который вы встретите сегодня в продаже, будет представлять собой цифровой запоминающий осциллограф (DSO) или осциллограф смешанных сигналов (MSO). Осциллограф смешанных сигналов — это осциллограф с цифровой памятью с дополнительными функциями, объединяющими возможности логического анализатора. Некоторые модели также выполняют БПФ, давая измерения в частотной области.

Осциллограф любого типа — отличный диагностический инструмент при поиске неисправностей в цепи.Вы можете увидеть точную форму сигнала вашей схемы с разрешением в милливольтах, а с некоторыми осциллографами — с разрешением в пикосекунды. Это позволяет улавливать короткие переходные всплески от датчиков, энкодеров или цепей, которые мультиметр не может надежно уловить. Он также позволяет просматривать цифровые сигналы, проверять качество переходов между краями и просматривать звонки или другие проблемы с целостностью сигнала.

Каналы осциллографа

Осциллографы

имеют несколько каналов. Таким образом, вы можете контролировать форму волны, входящую в цепь, а также выходящую форму волны, что делает его идеальным для мониторинга аналоговых фильтров, усилителей и других аналоговых цепей.Предположим, вы в основном работаете с цифровыми сигналами. В этом случае осциллографы также являются фантастическим инструментом для вас — вы можете по одному каналу смотреть один сигнал, например, кнопку, а затем увидеть реакцию микроконтроллера на этот вход, например, передачу по SPI или I2C. Благодаря точным временным характеристикам осциллографа вы можете измерить, сколько времени требуется вашему коду для выполнения или реакции на прерывание. Осциллографы смешанных сигналов делают еще один шаг вперед, интегрируя логический анализатор, который может предоставить вам множество цифровых входных каналов для мониторинга наряду с аналоговыми каналами.

Как измерить электромагнитные помехи с помощью осциллографа

Вы также можете использовать осциллограф в качестве грубого детектора электромагнитных помех ближнего поля, даже если осциллограф не имеет функции БПФ. Например, на изображении ниже я пытаюсь изолировать источник излучаемого шума некачественного коммерческого драйвера светодиода. Я только что соединил заземляющий провод зонда с наконечником, который дает мне большой зонд с петлей ближнего поля. Сигнал на экране осциллографа представляет собой чисто излучаемый шум; драйвер светодиода может все еще находиться в его корпусе.

Мы можем видеть переключение драйвера светодиода и можем отследить потенциальный источник шума и посмотреть на изменение сигнала при добавлении компонентов фильтрации или демпфирования в проблемные цепи. Осциллограф не может заменить анализатор спектра, но все же может помочь вам отследить потенциальные проблемы с электромагнитными помехами, которые могут привести к отказу от сертификации. Если вам нужно более точное измерение, вы можете купить специальные пробники ближнего поля для анализа вашей печатной платы.

Осциллографы — фантастические диагностические инструменты, но их также можно использовать при планировании проекта.Когда вы моделируете схему с помощью инструмента моделирования, такого как SPICE, например, ваша компонентная модель может не быть идеальным представлением реального компонента. Используя осциллограф на макетной версии вашей схемы, вы можете взаимодействовать с ней в режиме реального времени и видеть точный отклик этого компонента, что позволяет вам определить, будет ли ваша симуляция точной или нет. Этот процесс также может значительно улучшить выбор компонентов, пробуя образцы различных частей в тестовой цепи, вместо того, чтобы полагаться на общую модель SPICE для этого типа компонента.

В дополнение к выбору компонентов, вы также часто можете встретить осциллограф, используемый во время проверки качества серийной платы. Для аналоговых схем, таких как усилители или источники питания, многие модели осциллографов позволяют настроить режим «годен / не годен», который может сразу сказать вам, соответствует ли схема критериям для продолжения производственного процесса.

Какой осциллограф?

Осциллограф — важный инструмент для любого инженера-электронщика, разработчика аппаратного обеспечения или разработчика микропрограмм.Они также являются бесценным инструментом для производителей, студентов и любителей электроники. На рынке представлен огромный выбор осциллографов — так как же выбрать тот, который соответствует вашим потребностям?

На рынке представлен широкий ассортимент осциллографов с широким диапазоном цен. Очень дешевый осциллограф может стоить вам 100 долларов, но это предел — некоторые осциллографы стоят более полумиллиона долларов! Даже некоторые пробники для высококачественных осциллографов стоят дороже, чем новый семейный автомобиль.

Прежде чем мы рассмотрим спецификации или модели осциллографов, давайте сначала кратко рассмотрим, как работает осциллограф.

Современный цифровой осциллограф принимает аналоговый входной сигнал от пробника и преобразует его в цифровой сигнал для отображения. Он также работает с невероятно широким диапазоном напряжений; даже осциллограф низкого уровня может иметь максимальное напряжение 1000 В (пиковое) / 300 В (среднеквадратичное) и по-прежнему иметь возможность измерять сигналы с амплитудой всего в несколько милливольт. Передняя часть осциллографа заботится о масштабировании этого широкого диапазона входных напряжений до того, с чем осциллограф может справиться. Этот кондиционированный сигнал затем используется для запуска осциллографа, а также для входа в цепочку дискретизации и АЦП, которая в конечном итоге сохраняется в виде показаний в памяти.Эти показания в памяти вы можете представить себе как список отдельных отсчетов с отметками времени, которые при объединении будут отображать вашу форму волны на экране.

Полоса пропускания осциллографа

Полоса пропускания — один из наиболее заметных методов сравнения различных осциллографов. Он представляет собой максимальную частоту сигнала, которую можно измерить без особого внимания. Затухание происходит из-за индуктивного и емкостного реактивного сопротивления, которые изменяются с увеличением частоты.Это в конечном итоге ограничивает полосу пропускания оборудования осциллографа. Однако сам зонд также имеет ограничения по полосе пропускания. Однако при покупке осциллографа входящие в комплект пробники обычно имеют такую ​​же или большую полосу пропускания, чем сам осциллограф. Объявленная полоса пропускания — это точка, в которой сигнал ослабляется на -3 дБ или примерно на 70,7% от измеренного сигнала.

При покупке осциллографа у него должна быть более широкая полоса пропускания, чем максимальная частота сигнала, которую вы хотите измерить.Для многих инженеров это, скорее всего, тактовый генератор / генератор или протокол связи.

Частота дискретизации осциллографа

Частота дискретизации — это количество точек данных, которые осциллограф может преобразовать и сохранить в памяти в секунду. Чем больше образцов вы сможете получить, тем более детальным будет отображаться сигнал. Частота дискретизации должна быть как минимум в два раза больше частоты вашего сигнала, в идеале как минимум в четыре раза больше, чем частота сигнала. Многие качественные осциллографы обеспечивают максимальную частоту дискретизации от 10 до 20 раз превышающую их полосу пропускания, что позволяет улавливать небольшие переходные всплески или провалы в сигнале.

При низкой частоте дискретизации вы можете полностью пропустить небольшие переходные процессы или дрожание сигнала, поскольку вероятность этого переходного процесса между выборками увеличивается.

Глубина памяти

Глубина памяти осциллографа — это легко недооцениваемая характеристика, которая может иметь решающее значение, особенно при высоких частотах дискретизации. Глубина памяти определяет, сколько отсчетов можно сохранить, и, следовательно, как долго ваш осциллограф может собирать данные. Это влияет на то, насколько вы можете прокручивать сигнал после срабатывания триггера или насколько вы можете увеличивать масштаб до определенной области захваченного сигнала.В общем, чем больше объем памяти, тем лучше; иметь больше данных обычно хорошо. Некоторым осциллографам более низкого уровня может быть сложно обработать все данные в своей памяти, если у них есть значительный объем без вычислительной мощности для их резервного копирования. Это может привести к медленным вычислениям или другим операциям, но в обычных осциллографах производители обычно оставляют разумный объем памяти в зависимости от возможностей обработки.

Большая глубина памяти также повысит вероятность захвата нечастых / ошибочных сигналов, что упрощает отслеживание «странного поведения» в тестируемом устройстве.

Другие характеристики

Мы могли бы обсудить технические характеристики осциллографа на многих страницах, но вряд ли эти характеристики будут такими важными, как приведенные выше варианты для первой или второй покупки осциллографа. Если вы не хотите выходить за рамки любого приобретаемого осциллографа, большинство вариантов на рынке будут «достаточно хороши» для обычного пользователя.

Чего следует избегать?

Прежде чем мы углубимся в рассмотрение некоторых вариантов популярных осциллографов, я хочу сначала высказать несколько предупреждений об очень недорогих устройствах.Обычно я не люблю говорить, что что-то не стоит покупать, но если вы посмотрите на онлайн-рынок, несомненно, есть недорогие устройства, которые называют себя осциллографами, на которые не стоит тратить ваше время или деньги.

Вообще говоря, эти предложения, которых следует избегать, сводятся к полосе пропускания и частоте дискретизации. Предположим, вы ищете осциллограф для работы с электроникой. В этом случае я бы предложил абсолютную минимальную полосу пропускания 25 МГц с минимальной рекомендуемой полосой пропускания 50 МГц и частоту дискретизации, соизмеримую с полосой пропускания.

Осциллограф-мультиметр

Существуют портативные осциллографы, которые невероятно функциональны, а вот недорогие, похожие на мультиметр, — нет. Они предназначены для просмотра сигнала переменного тока от чего-то вроде генератора или настенной розетки, и от них будет очень мало пользы для проектирования или тестирования электроники.

Если вы электрик, ремонтирующий генератор, я уверен, что они будут идеальными, работать с микроконтроллером, однако полоса пропускания 20 кГц / 200 кГц / с довольно бессмысленна.

Портативные мини-осциллографы с цветным TFT-экраном

Хотя эти маленькие устройства дешевы и выглядят довольно аккуратно, на самом деле они просто работают на недорогом микроконтроллере ARM, если вам повезет. При типичной полосе пропускания всего 1 МГц и 10 MSa / s даже низкоскоростная связь SPI выходит за рамки возможностей этого устройства. Более дорогие версии могут иметь полосу пропускания до 15 МГц или более с частотой дискретизации до 100 MSa / s, но, опять же, этого недостаточно для использования в современных схемах.

Экран с низким разрешением и общие ограниченные возможности означают, что вы не получаете много пользы за деньги, они вряд ли будут полезны для проектирования или тестирования электроники, которую вы могли бы построить.

Комплект осциллографов

Хотя создание набора всегда интересно, по сути, это голая версия описанного выше варианта без корпуса, и она так же ограничена.

Хотя они намного дешевле, чем описанный выше вариант, их полезность также невысока.

9 популярных первых осциллографов

По сравнению с указанными выше осциллографами, эти осциллографы очень популярны, а некоторые из них ненамного дороже указанных выше.Как правило, я предпочитаю 4-канальный осциллограф. Я часто обнаруживаю, что хочу использовать 3 канала при экспериментировании со схемой или диагностике неисправности. Если вы потратите немного больше на 4-канальный осциллограф, это даст вам возможность расти, если вы можете себе это позволить. Осциллографы, как правило, очень хорошо сохраняют свою ценность, поэтому, если ваш бюджет ограничен и вы не видите немедленной потребности в 3-4 каналах, то вариант с 2 каналами может дать некоторую экономию.

Многие осциллографы предлагают относительно дешевую базовую модель с ограниченными программными функциями.Вы можете обновить эти функции программного обеспечения в будущем, купив лицензионный ключ, который можно будет ввести в область действия, что даст вам возможность обновления без необходимости покупать новое оборудование. Вы можете даже найти эти обновления в комплекте со скидкой или бесплатно во время распродаж.

Осциллографы в этом списке представлены в произвольном порядке, и все они являются отличным выбором для своей целевой аудитории.

Ригол ДС1052Е

Несмотря на то, что Rigol DS1052E является одним из самых дешевых осциллографов начального уровня, он вполне способен.Это 2-канальный осциллограф, который достаточно прост в использовании. DS1052E очень популярен среди производителей / студентов / любителей, потому что он предлагает отличное соотношение цены и качества. Он также относительно компактен, что идеально подходит для установки на небольшом столе для любителей или студентов.

Поскольку это осциллограф очень начального уровня, вы часто можете найти их в хорошем состоянии, поскольку люди переходят на более мощные осциллографы по мере роста их навыков и опыта. Как упоминалось ранее, осциллографы хорошо сохраняют свою ценность, поэтому не ожидайте слишком большой скидки на подержанную модель — однако вы можете получить осциллограф с разблокированными опциями, которые дадут вам больше возможностей, чем новый осциллограф базового уровня.

Несмотря на то, что это очень способный осциллограф по своей цене, он всего 2 канала, а экран относительно небольшой и имеет низкое разрешение.

Ригол ДС1054З

Не удивлюсь, если Rigol DS1054Z станет одним из самых продаваемых осциллографов всех времен. По цене, которая лишь немного дороже, чем DS1052E, описанная выше, вы получаете огромное количество функциональных возможностей по очень низкой цене. У меня есть DS1054Z, это не мой основной осциллограф, но его компактный и легкий форм-фактор делает его очень удобным для работы на высокотехнологичном оборудовании, когда получение более крупного прицела может быть немного хлопотным.

В дополнение к дополнительным 2 каналам по сравнению с DS1052E, вы также получаете гораздо более крупный экран с высоким разрешением, что значительно упрощает просмотр происходящего. Вы также получаете больше кнопок вокруг экрана, что упрощает доступ к функциям и в целом просто улучшает взаимодействие с пользователем.

Ригол МСО5074

В качестве последнего осциллографа Rigol мы рассмотрим MSO5074. MSO5074 представляет собой осциллограф смешанного типа, что означает, что он также может действовать как анализатор протокола с дополнительными цифровыми входами.С опциями программного обеспечения он может действовать как генератор произвольных функций и анализатор спектра, что делает его невероятно разнообразным. Осциллограф серии MSO5000 является моим текущим ежедневным драйвером, поскольку соотношение цены и качества, когда я перестраивал свою домашнюю лабораторию после переезда в другую страну, было непревзойденным.

Помимо относительно большого экрана, сенсорный экран на удивление удобен для пользователя. Покупая прицел, я подумал, что сенсорный экран — это своего рода уловка. Однако, когда я использую DS1054Z, я слишком часто касаюсь экрана без какого-либо эффекта — так что оказалось, что это гораздо полезнее, чем я первоначально ожидал.

Еще одна функция, которую я обнаружил на удивление полезной, — это то, что у осциллографа есть выход HDMI, который позволяет мне записывать изображение с экрана с помощью устройства записи HDMI или выводить выходной сигнал на большой экран. В наши дни все работают из дома, и это довольно интересный вариант, поскольку он позволяет вам записать проблему с тестируемым устройством и отправить видео другому инженеру. Вы также можете использовать карту захвата HDMI для потоковой передачи изображения с вашего осциллографа непосредственно на конференц-связь.

Это также невероятно популярный осциллограф, и цена за его возможности довольно фантастическая. Он настолько популярен, что сообщество даже создало его, чтобы вы могли играть в классический Doom на прицеле, когда вам нужен перерыв в работе за электроникой.

Tektronix TBS1202B-EDU

Tektronix — известный производитель испытательного оборудования, работающий в отрасли уже несколько десятилетий. Осциллограф серии 1000 TBS1052B-EDU можно напрямую сравнить с описанными выше Rigol DS1052E и DS1054Z.По характеристикам Rigol DS1054Z более сопоставим. Однако TBS1202B-EDU только двухканальный. Осциллограф хорошо подходит в качестве осциллографа начального уровня. DS1054Z предназначен для студентов и учебных заведений.

У

Tek также есть несколько других моделей, которые значительно дешевле в той же серии, например, TBS1052C, который представляет собой осциллограф с частотой 50 МГц, такой же, как и варианты Rigol, по той же цене.

Мне нравится, что модель TBS1202B-EDU имеет полосу пропускания 200 МГц и имеет частоту дискретизации 2 Гвыб / с, что вдвое больше, чем у других вариантов в линейке TBS1000.К сожалению, объем памяти несколько ограничен — всего 2500 точек, в то время как альтернативы из той же серии имеют длину записи 20 000 точек.

Tektronix TDS2024C

Делая шаг вперед к осциллографам серии 2000, Tektronix TDS2024C имеет 4 канала. Как и TBS1202B, который мы рассмотрели выше, он также имеет полосу пропускания 200 МГц, частоту дискретизации 2 Гвыб / с и длину записи всего 2500 точек. Хотя входные характеристики у него почти такие же, это более мощный прицел с дополнительными программными функциями, большим количеством каналов и выделенными аппаратными кнопками для всех наиболее часто используемых функций.

К сожалению, размер экрана меньше, чем у осциллографов серии 1000 выше.

Одно из главных преимуществ серии 2000, на мой взгляд, заключается в том, что в ней предусмотрены возможности для предельного тестирования, что делает ее отличной для быстрого тестирования и утверждения устройств перед отправкой.

Keysight DSOX1204A

Компания Keysight, ранее известная как Agilent, на протяжении многих десятилетий является лидером в области испытательного оборудования. Серия DSOX1000 — это осциллографы начального уровня, но они ни в коем случае не являются базовыми осциллографами.Их прицелы серии 1000 доступны в вариантах 70, 100 и 200 МГц. Благодаря 4 каналам и частоте дискретизации 2 Гвыб / с плюс 2 миллиона точек глубины памяти, это мощный и практичный прицел.

Опыт компании Keysight в области испытательного оборудования проявляется в дизайне пользовательского интерфейса дисплея. Дисплей большой и яркий, с фантастической компоновкой, очень простой в использовании.

Осциллограф Keysight MSOX2004A

Осциллографы Keysight серии 2000 поставляются с вариантами, которые также имеют возможность 8-канального логического анализатора / анализатора протоколов.Раньше у меня был MSOX2004A, и это очень хорошо спроектированные прицелы с простым, но мощным пользовательским интерфейсом. MSOX2004A — это версия осциллографов среднего уровня серии 2000 начального уровня с полосой пропускания 70 МГц, частотой дискретизации 2 Гвыб / с и глубиной памяти 1 миллион точек, а также с 8-канальным логическим анализатором.

В дополнение к функциям логического анализатора / анализатора протоколов, осциллограф также имеет опции для генератора произвольных функций, а встроенный цифровой вольтметр делает его универсальным осциллографом.

Rohde and Schwarz RTB2004

Rohde и Schwarz обычно известны своим высококлассным испытательным оборудованием, особенно в мире ВЧ-техники. Неудивительно, что их осциллограф серии 2000, модель начального уровня для них, полон функций и обладает очень высокими техническими характеристиками. RTB2004 имеет множество дополнительных функций, которые можно приобрести позже, сохраняя низкую базовую цену.

Самой инновационной особенностью этого осциллографа является то, что он имеет 10-битный аналого-цифровой преобразователь.Обычно осциллографы имеют только 8-битный АЦП. Дополнительное разрешение обеспечивает достаточную детализацию сигналов и потенциально позволяет более точные измерения.

RTB2004 имеет четыре аналоговых канала, полосу пропускания 70 МГц (с возможностью обновления программного обеспечения), частоту дискретизации 2,5 Гвыб / с и глубину памяти 20 миллионов отсчетов. В дополнение к типичным функциям осциллографа RTB2004 также может действовать как генератор произвольных функций, анализатор протокола с 16 цифровыми каналами и работать как анализатор спектра.

ПикоСкоп 2000

Серия PicoScope 2000 немного отличается от всего остального, что мы рассматривали, тем, что они основаны на ПК, а не полностью интегрированы.Вам понадобится ноутбук или компьютер, чтобы иметь возможность использовать один из этих осциллографов, при этом обработка данных будет передаваться на более мощный компьютер через USB-соединение.

Компания

Pico Tech хорошо известна своими автомобильными приборами и производством недорогих осциллографов, подключенных к ПК. Хотя модели с меньшей пропускной способностью дешевы, я бы не рекомендовал ничего ниже модели 50 МГц (2206B), поскольку она быстро обнаружит свои ограничения при разработке встроенных систем.

PicoScope 2206B имеет частоту дискретизации 500 Мвыб / с, что дает ему самую низкую частоту дискретизации среди всех рассмотренных нами осциллографов.Скорость формы волны также низкая по сравнению с другими вариантами.

У предыдущего работодателя был PicoScope. Однако для выполнения многих задач мне пришлось взять с собой собственный осциллограф, поскольку максимальное входное напряжение составляло всего 20 В с максимальным пределом 100 В. Я работал над системой на 300 В, поэтому, если вы работаете с чем-то более высоким, чем 20 В, PicoScope, вероятно, не для вас.

Если место ограничено, и вы ищете недорогой вариант, PicoScope — отличный вариант.

Как выбрать осциллограф

При покупке первого осциллографа хорошо подумать, для чего вы хотите его использовать или какие схемы у вас могут быть в том, что вы разрабатываете.Импульсный источник питания может иметь частоту до 2 МГц с очень короткими переходными выбросами при переключении. Микроконтроллер может быстро генерировать сигналы с частотой 50 МГц и выше с помощью своих выводов ввода-вывода или коммуникаций, таких как SPI. Колесо кодировщика может генерировать очень короткие импульсы, требующие разумной частоты дискретизации.

События длительностью

микросекунды являются тривиальными для осциллографов, но подумайте, нужно ли вам быстрее. Какое самое короткое событие / переходный процесс / импульс вы должны увидеть с помощью осциллографа? Рассчитайте требования к полосе пропускания и / или частоте дискретизации, чтобы надежно засвидетельствовать эти сигналы.

Осциллографы

со встроенными анализаторами логики / протоколов невероятно эффективны для разработчиков микропрограмм. Декодированные цифровые каналы могут использоваться для триггеров, что позволяет начать запись аналоговых сигналов, когда в канале связи обнаруживается определенный байт или последовательность байтов.

Последние мысли

На рынке есть множество отличных вариантов осциллографов, даже для людей с ограниченным бюджетом. Даже бюджетные осциллографы сегодня настолько мощны и функциональны по сравнению с альтернативами, представленными на рынке 10 или 15 лет назад, что мы действительно избалованы выбором.

Если вы не зацикливаетесь на крупном бренде, который с незапамятных времен производит испытательное оборудование, Rigol и Siglent предлагают невероятное соотношение цены и качества. Около десяти лет назад Rigol создавала осциллографы низкого уровня Agilent (теперь Keysight) для них как OEM-партнера и существует с конца 90-х годов. В последнее десятилетие Rigol продолжала стремительно внедрять инновации.

Я владел оборудованием Keysight и Rigol в основном в течение последнего десятилетия и с большим уважением отношусь к обоим брендам.Rigol часто воспринимается скорее как бюджетный / любительский бренд, но когда вы сравниваете спецификации, особенно на более дорогие устройства, для меня это явный победитель, когда вы добавляете розничную цену в эту смесь. Если вы не планируете доводить свой осциллограф до жестких пределов, большинство технических характеристик мелких деталей можно практически считать эквивалентными для большинства основных игроков рынка. Моя новая лаборатория домашней электроники на 80% состоит из Rigol, на 20% из Siglent, после того, как я рассмотрел все варианты лицом к лицу в выставочных залах поставщиков — я очень стараюсь, чтобы логотип на оборудовании не повлиял на решение.

Я не стал добавлять Siglent в этот список, так как еще один недорогой китайский поставщик, как сообщество производителей и любителей, в конечном итоге предпочитает Rigol. Определенное оборудование от Siglent превосходит Rigol по цене, сравнимой с ценой, но я чувствую, что Rigol по-прежнему остается лидером среди осциллографов. Hantek (и все другие бренды, под которыми продается оборудование) и Owon тоже не вошли в число участников, так как я чувствую, что они еще не находятся в той же лиге, что и Rigol и Siglent, по качеству или стоимости — будучи немного дешевле, вы могли бы а также потратьте немного больше денег на технически более совершенные варианты с большей поддержкой сообщества.

В конечном итоге ваше решение должно зависеть от того, для чего вы собираетесь использовать оборудование, каков ваш бюджет и каковы могут быть ваши будущие потребности. Я считаю, что из этого списка у Keysight самые простые в использовании осциллографы, Rigol предлагает лучшее соотношение цены и качества, а R&S предлагает наиболее интересный вариант. Все основные сведения об осциллографе, показанные здесь, в целом применимы к моделям, представленным выше.

Хотите узнать больше о том, как Altium Designer может помочь вам в разработке вашей следующей печатной платы? Поговорите со специалистом Altium.

Осциллограф

: основы | Руководство по чтению и эксплуатации

Типы волн

Большинство волн можно разделить на следующие типы:

• Синусоидальные волны.
• Квадратные и прямоугольные волны.
• Пилообразные и треугольные волны.
• Формы ступеней и импульсов.
• Периодические и непериодические сигналы.
• Синхронные и асинхронные сигналы.
• Сложные волны.

Далее мы рассмотрим каждый из этих типов волн.

Синусоидальные волны

Синусоидальная волна является основной формой волны по нескольким причинам. Он обладает гармоничными математическими свойствами «€ это та же форма синуса, которую вы, возможно, изучали в классе тригонометрии.

Напряжение в розетке меняется как синусоида. Тестовые сигналы, генерируемые схемой генератора сигналов, часто являются синусоидальными. волны.

Большинство источников питания переменного тока излучают синусоидальные волны (переменный ток означает переменный ток, хотя и переменное напряжение; постоянный ток означает постоянный ток, что означает постоянный ток и напряжение, которое производит батарея.Затухающая синусоида — это особый случай, который вы можете увидеть в цепи, которая колеблется, но со временем спадает.

Квадратные и прямоугольные волны

Прямоугольная волна — еще одна распространенная форма волны. По сути, прямоугольная волна — это напряжение, которое включается и выключается (или повышается и понижается) через определенные промежутки времени. Это стандартная волна для тестирования усилителей. Хорошие усилители увеличивают амплитуду прямоугольной волны с минимальными искажениями.

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

Пилообразные и треугольные волны

Пилообразные и треугольные волны возникают из-за схем, предназначенных для линейного управления напряжением, таких как горизонтальная развертка аналогового осциллографа или растровая развертка телевизора.

Переходы между уровнями напряжения этих волн изменяются с постоянной скоростью.Эти переходы называются рампами.

Формы ступеней и импульсов

Такие сигналы, как шаги и импульсы, которые возникают редко или непериодически, называются однократными или переходными сигналами.

Шаг указывает на внезапное изменение напряжения, подобное изменению напряжения, которое вы видите, если вы включаете выключатель питания.

Импульс указывает на внезапные изменения напряжения, похожие на изменения напряжения, которые вы видите, если вы включите, а затем снова выключите питание. Импульс может представлять один бит информации, проходящий через компьютерную схему, или это может быть сбой или дефект в цепи.

Набор распространяющихся вместе импульсов создает последовательность импульсов. Цифровые компоненты в компьютере взаимодействуют друг с другом с помощью импульсов. Эти импульсы могут быть в форме последовательного потока данных, или несколько сигнальных линий могут использоваться для представления значения на параллельной шине данных. Импульсы также распространены в рентгеновском, радиолокационном и коммуникационном оборудовании.

Периодические и непериодические сигналы

Повторяющиеся сигналы называются периодическими сигналами, а сигналы, которые постоянно меняются, называются непериодическими сигналами.Неподвижное изображение аналогично периодическому сигналу, в то время как фильм аналогичен непериодическому сигналу.

Синхронные и асинхронные сигналы

Если между двумя сигналами существует временная зависимость, эти сигналы называются синхронными. Сигналы часов, данных и адреса внутри компьютера являются примерами синхронных сигналов.

Асинхронные сигналы — это сигналы, между которыми не существует временной зависимости. Поскольку не существует временной корреляции между нажатием клавиши на клавиатуре компьютера и часами внутри компьютера, эти сигналы считаются асинхронными.

Сложные волны

Некоторые формы сигналов сочетают в себе характеристики синусов, квадратов, ступеней и импульсов для создания сигналов сложной формы. Информация о сигнале может быть встроена в виде изменений амплитуды, фазы и / или частоты.

Например, хотя сигнал на рисунке 6 является обычным композитным видеосигналом, он состоит из множества циклов высокочастотных сигналов, встроенных в низкочастотную огибающую.

В этом примере важно понимать относительные уровни и временные отношения шагов.Для просмотра этого сигнала вам понадобится осциллограф, который фиксирует низкочастотную огибающую и смешивает высокочастотные волны с градацией интенсивности, чтобы вы могли видеть их общую комбинацию в виде изображения, которое можно интерпретировать визуально.

Цифровые люминофорные осциллографы (DPO) лучше всего подходят для просмотра сложных волн, таких как видеосигналы, показанные на рисунке 6. Их дисплеи предоставляют необходимую информацию о частоте появления или градацию интенсивности, которая необходима для понимания формы волны действительно делает.

Некоторые осциллографы могут отображать определенные типы сложных сигналов особым образом. Например, телекоммуникационные данные могут отображаться в виде глазковой диаграммы или диаграммы созвездия:

Рисунок 6 : Составной видеосигнал NTSC является примером сложной волны.

Телекоммуникационные цифровые сигналы данных могут отображаться на осциллографе в виде сигнала особого типа, называемого глазковой диаграммой. Название происходит от сходства формы волны с серией глаз (рис. 7).

Глазковые диаграммы формируются, когда цифровые данные из приемника дискретизируются и подаются на вертикальный вход, а скорость передачи данных используется для запуска горизонтальной развертки. Глазковая диаграмма отображает один бит или единичный интервал данных со всеми возможными краевыми переходами и состояниями, наложенными на одном всеобъемлющем представлении.

Созвездие — это представление сигнала, модулированного схемой цифровой модуляции, такой как квадратурная амплитудная модуляция или фазовая манипуляция.

Как использовать осциллограф: полное руководство по установке

Осциллограф, методы измерения

Два основных осциллографических измерения, которые вы можете выполнить:

• Измерения напряжения
• Измерение 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, деленную на период. Как и измерения напряжения, измерения времени становятся более точными, если вы настраиваете часть сигнала, которая будет измеряться, чтобы покрыть большую область дисплея, как показано на рисунке 68.

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

Измерения ширины 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 бывает значительной.

Стандартными измерениями импульсов являются время нарастания и ширина импульса. Время нарастания — это время, необходимое импульсу для перехода от низкого напряжения к высокому.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 обратно 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.

лучших бюджетных осциллографов для начинающих и производителей

В настоящее время мы можем легко получить действительно хороший осциллограф с множеством функций, не тратя целое состояние. В этой статье мы рассмотрим несколько недорогих осциллографов начального уровня и постараемся найти лучший осциллограф, подходящий для начинающих электронщиков или любителей.

Как выбрать осциллограф?

При выборе осциллографа необходимо учитывать множество различных параметров и спецификаций.Вот список некоторых из наиболее важных факторов, благодаря которым вы сможете понять, какой осциллограф вам подойдет лучше всего.

• Полоса пропускания — Полоса пропускания часто считается самой важной характеристикой осциллографа. Он определяет диапазон частот, которые осциллограф может точно измерить. Он измеряется в герцах, а для прицелов начального уровня, как правило, в мегагерцах. Полоса пропускания осциллографа в идеале должна быть в 5 раз выше максимальной частоты сигнала, чтобы обеспечить точное представление волны от.
• Частота дискретизации — Частота дискретизации означает количество отсчетов, которое осциллограф может выполнять в секунду. Чем выше частота дискретизации, тем выше разрешение сигнала. Это обеспечивает более точное представление более быстрых сигналов или обнаружение внезапных событий.
• Глубина памяти — Глубина памяти — это объем данных или выборок, которые осциллограф может сохранить. С большей глубиной памяти мы можем хранить, отображать и анализировать более широкую часть или временные рамки сигнала.
• Количество каналов — Количество каналов или входов является важным фактором для осциллографа, поскольку оно определяет, сколько сигналов вы можете просматривать и анализировать одновременно. Осциллографы начального уровня обычно имеют 2 или 4 канала.
• Цена — Что бы мы ни покупали, цена всегда является важным фактором. Зачем тратить тысячи долларов на осциллограф, если мы можем получить действительно хороший осциллограф всего за пару сотен долларов, особенно если мы только новички или любители электроники.

Лучшие осциллографы начального уровня

Итак, учитывая приведенные выше характеристики, давайте взглянем на несколько осциллографов начального уровня и определим, какой осциллограф лучше всего подходит для новичка в электронике или любителя электроники.

Раскрытие информации: в этой статье есть партнерские ссылки. Как партнер Amazon я зарабатываю на соответствующих покупках.

Ригол ДС1054З

Характеристики:

• Полоса пропускания: 50 МГц, возможность взлома до 100 МГц
• Частота дискретизации: 1 Гвыб / с
• Глубина памяти: 12 МБ, до 24 МБ
• Количество каналов: 4

Проверить цены ……. Amazon / Banggood / AliExpress

Rigol DS1054Z — один из самых продаваемых осциллографов с момента его выпуска. Хотя цена выше, чем у большинства, оно того стоит. Он имеет 4 входных канала и полосу пропускания 50 МГц, которую можно взломать до 100 МГц. Он имеет частоту дискретизации 1 Гвыб / с и относительно большую глубину памяти 12 Мп, которая может быть увеличена до 24 Мб.

7-дюймовый дисплей с разрешением 800 x 480 пикселей достаточно большой, чтобы отображать 4 канала вместе.Это повышает удобство использования и делает его идеальным для одновременного анализа и сравнения нескольких сигналов.

Корпус сделан из прочного, устойчивого к царапинам пластика, а все кнопки и соединения достаточно прочные. По общему качеству сборки этот осциллограф не хуже, чем у дорогих топовых брендов.

Hantek DSO5102P

Характеристики:

• Полоса пропускания: 100 МГц
• Частота дискретизации: 1 Гвыб / с
• Глубина памяти: 40 кбит / с
• Количество каналов: 2

Проверить цены ……. Amazon / Banggood / AliExpress

Hantek DSO5102P имеет полосу пропускания 100 МГц и частоту дискретизации 1 Гвыб / с. Он имеет 2 входных канала, это обычное количество для прицелов начального уровня, но, конечно, достаточно для большинства новичков в электронике или любителей. Объем памяти составляет 40 Кбайт, а цветной дисплей — 7 дюймов.

Этот осциллограф — действительно хороший выбор для новичков с хорошим пользовательским интерфейсом и интуитивно понятными меню. Кроме того, Hantek DSO5102P, вероятно, является лучшим дешевым осциллографом, который вы можете получить на рынке, потому что он предлагает так много хороших функций по такой низкой цене.

Hantek DSO4102C

Характеристики:

• Полоса пропускания: 100 МГц
• Частота дискретизации: 1 Гвыб / с
• Глубина памяти: 40 кбит / с
• Количество каналов: 2

Проверить цены ……. Amazon / Banggood / AliExpress

DSO4102C — это еще один осциллограф от Hantek, который имеет те же характеристики, что и вышеупомянутый DSO5102P. Он имеет 2 входных канала, полосу пропускания 100 МГц, частоту дискретизации 1 Гвыб / с, глубину памяти 40 кбит / с и 7-дюймовый цветной дисплей с разрешением 64K.

Что делает этот осциллограф интересным для начинающих электронщиков и любителей электроники, так это то, что он поставляется вместе с генератором сигналов произвольной формы / функций. Он имеет частоту 25 МГц с разрешением 12 бит и может генерировать произвольные волны, прямоугольные, синусоидальные, треугольные волны и т. Д.

Сиглент SDS1202X-E

Характеристики:

• Полоса пропускания: 200 МГц
• Частота дискретизации: 1 Гвыб / с
• Глубина памяти: 14 мегапикселей
• Количество каналов: 2

Проверить цены ……. Amazon

Siglent SDS1202X-E имеет полосу пропускания 200 МГц, частоту дискретизации 1 Гвыб / с и глубину памяти 14 мегапикселей, что весьма впечатляет с учетом его цены. Это позволяет лучше улавливать сигнал и выявлять более сложные проблемы, которые пропускают другие устройства. Он имеет 7-дюймовый цветной дисплей и интуитивно понятный пользовательский интерфейс с ручками и кнопками, которые кажутся прочными.

Siglent — один из самых надежных производителей высококачественных осциллографов.Новое поколение технологии SPO серии SDS1000X-E обеспечивает превосходную точность сигнала и высокую производительность при любом использовании.

Сиглент SDS1052DL

Характеристики:

• Полоса пропускания: 50 МГц
• Частота дискретизации: 500 Мвыб / с
• Глубина памяти: 32 кбит / с
• Количество каналов: 2

Проверить цены ……. Amazon

SDS1052DL — самый доступный осциллограф от Siglent. Очевидно, это означает, что он имеет немного более низкие характеристики по сравнению с вышеупомянутым SDS1202X-E.Он имеет полосу пропускания 50 МГц, частоту дискретизации 500 Мвыб / с и глубину памяти 32 Кбайт. Он двухканальный и оснащен 7-дюймовым дисплеем.

Этот цифровой осциллограф на удивление точен, имеет множество функций и прост в использовании. Это один из лучших осциллографов для начинающих, учитывая его марку и цену.

Мои рекомендации по выбору лучшего осциллографа для начинающих и любителей

Что ж, на мой взгляд, Rigol DS1054Z — лучший осциллограф для начинающих или любителей.Да, он имеет самую высокую цену из всех вышеупомянутых осциллографов, но он просто работает и того стоит.

Проверить цены ……. Amazon / Banggood / AliExpress

Если у вас ограниченный бюджет, выберите Hantek DSO5102P. Он имеет очень похожие функции и характеристики, что и Rigol, только на 2 канала короче и немного ниже по качеству сборки.

Проверить цены ……. Amazon / Banggood / AliExpress

Надеюсь, эта статья оказалась для вас полезной.Не стесняйтесь спрашивать или предлагать что-либо в разделе комментариев ниже.

Осциллографы для начинающих | Udemy

ОБНОВЛЕНО 20 января 2020 года, с новым разделом и экспериментом.

———————————————— ——————————

Осциллографы невероятны: Они могут захватывать, отображать и анализировать электрический входной сигнал . Они могут автоматически производить все виды измерений, такие как период, время нарастания, ширину, рабочий цикл, максимальное и минимальное напряжение и многое другое, и даже декодировать протоколы связи, такие как RS232 и I2C.

Вы работаете с электроникой и хотите использовать осциллограф, чтобы лучше понять, что происходит внутри ваших схем во время их работы?

Возможно, у вас уже есть осциллограф, но вас смущают все его кнопки, ручки и пункты меню?

Возможно, вы думаете о том, чтобы приобрести его, но не уверены, стоит ли оно того, или не знаете, что искать?

Этот курс посвящен осциллографу, и он поможет вам ответить на эти и многие другие вопросы.

Он научит вас пользоваться осциллографом, который у вас уже есть или который вы планируете получить.

После мультиметра осциллограф является самым полезным измерительным прибором для производителей.

За последние несколько лет цены на них сильно упали, и сейчас студенты и любители могут себе это позволить. Сегодня бюджетные модели предлагают полный набор возможностей.

Вы, наверное, знакомы с мультиметром. Этот тестовый инструмент дает вам снимок того, что происходит в вашей цепи в определенный момент времени.Например, он сообщит вам, что напряжение на определенном контакте составляет 5,1 В.

Мультиметр работает в одном измерении.

Осциллограф работает в двух измерениях.

На своем экране он будет отображать напряжение вашей испытательной цепи с течением времени. Вы можете увидеть, как напряжение изменяется с течением времени, и получить измерения, описывающие различные аспекты его работы. Вы можете использовать эту информацию, чтобы глубже погрузиться в работу вашей схемы.

Это курс для людей, которые уже знакомы с основами электроники.

Чтобы извлечь максимальную пользу из этого курса, вам необходимо иметь практическое представление о таких вещах, как вольт, Гц и рабочий цикл.

Поскольку я использую Arduino и ESP32 для создания экспериментов, на основе которых я демонстрирую различные функции и возможности осциллографа, вы также должны иметь базовое представление об этих двух технологиях.

В ходе курса сначала я расскажу о различных аспектах осциллографа, таких как наиболее важные функции, функции и элементы управления.

Во-вторых, я помогу вам освоиться с осциллографом, откалибровать его и подготовить к работе.

И в-третьих, я покажу вам, как использовать осциллограф, проведя вас через несколько экспериментов. Каждый эксперимент — это возможность изучить и попрактиковаться в нескольких новых рабочих процессах и операциях. Эта третья часть, экспериментальная, составляет основную часть курса.

Итак, я приглашаю вас записаться на этот курс прямо сейчас и научиться пользоваться осциллографом.

Вы также можете просмотреть бесплатные лекции для получения дополнительной информации о целях и структуре этого курса.

Лучшие осциллографы для начинающих (Руководство по легкой покупке 2021 г.)

Осциллограф — это фундаментальный и самый красивый инструмент, который хотел бы иметь каждый инженер-электронщик, профессионал, новичок или любитель. Некоторые любители экстрима хранят в своих лабораториях коллекцию лучших осциллографов на все времена, даже если они устарели или вышли на пенсию.

Осциллограф — это не что иное, как устройство, которое измеряет или анализирует изменения любого электрического сигнала для изучения поведения системы в пределах ее полосы пропускания.Он отображает электрический сигнал во времени, поэтому вы можете видеть каждую деталь сигнала, то есть его форму, частоту, амплитуду, искажение.

Теперь выбор лучших осциллографов для начинающих или осциллографов любого уровня может немного сбить с толку некоторых парней, поскольку существует множество производителей, технических параметров, которые нужно искать, и, конечно же, что вы должны платить за какую функцию.

Так что бери себе кофе и давай продолжай.

Известные лучшие бренды осциллографов

Давайте начнем этот раздел со знакомства с известными брендами, производящими качественные осциллографы для начинающих.Сигналы бренда вызывают чувство доверия. По моему мнению, чем выше бренд, тем более качественный продукт вы получаете. Но вы знаете, что есть много производителей, которые делают все виды осциллографов, то есть аналоговые и цифровые. Трудно просто сказать, что его убивает одна сука. Это зависит от вашего бюджета и требований.

Ниже перечислены качественные бренды, и их продукции можно доверять, поскольку они работают в этом бизнесе десятилетиями, и люди довольны их продукцией, в том числе и я.

Это мировые бренды с проверенной репутацией. Я уверен, что если вы заканчиваете инженерный университет, возможно, вы видели в своих лабораториях прицел от этих брендов.

Давайте посмотрим на некоторые из сигналов бренда, используя тенденции Google.

Приведенный выше график тенденций доступен. Так что в нем могут произойти изменения.

Лучшие осциллографы для начинающих

Ну, я просто не могу подчеркнуть, насколько качественный осциллограф является основной потребностью каждого любителя электроники, новичка или любого человека, связанного с электроникой.Если вы думаете изучить электронику или заняться электроникой без осциллографа, вы ошибаетесь.

Лучший осциллограф для начинающих или любителей, который я рекомендую, — это Rigol DS1052E, Siglent Technology SDS1104X-E или Hantek (DSO5072P). Это лучшие, потому что они произведены проверенными брендами, имеют высокое качество и ценовой диапазон, который лучше всего подходит для начинающих.

А теперь прольем свет на упомянутые модели.

Лучший осциллограф для начинающих от Siglent (SDS1104X-E)

Siglent Technology — новинка в индустрии осциллографов, но ее модели слишком надежны и доступны по цене.Я исследовал каждую его модель, читал отзывы людей, смотрел видео и использовал свои инженерные знания, чтобы сравнить ее с другими брендами. В конце концов, я очень рад и положительно отношусь к этому бренду.

Как я уже сказал, моделей этой марки очень много. Мне лично эта модель очень нравится, она просто красивая.

Важные характеристики:

• Он имеет полосу пропускания 100 МГц, что-то вроде идеала для новичка
• Частота дискретизации 1 Гс / с в реальном времени делает этот осциллограф настолько мощным.
• Множество математических функций, включая функцию БПФ. Эта функция важна, если вы хотите анализировать сигнал в частотной области.
• Четыре канала и с возможностью внешнего запуска
• Глубина памяти IMpts
• Большой 7-дюймовый TFT-ЖК-дисплей с разрешением 800 * 480
• Быстрая загрузка, небольшой размер и очень надежная работа
• Связь с компьютером включает старый RS-232 и новый USB-порт.
• USB-накопитель для экономии
• Пропустить / не пройти соединение

Таким образом, Siglent SDS1104X-E (Amazon Link) , лучший осциллограф для начинающих, инструмент для измерения всех ваших сигналов, их суммирования, вычитания, дает вам мощность каждого сигнала, дает вам частотность его содержания.

Лучший осциллограф для начинающих от Hantek (DSO5072P)

Я не думаю, что Hantek нуждается в представлении для большинства ваших сотрудников. Он известен тем, что предоставляет качественные осциллографы. Он имеет почти все функции, как в приведенном выше осциллографе. Мне нравится модель DSO5072P от Hantek для начинающих. Это просто потрясающе.

Важные особенности:

• Он имеет полосу пропускания 100 МГц, что сопоставимо с вышеупомянутыми моделями
• Нет измерительных каналов 2, довольно стандартно
• Частота дискретизации 1 ГГц / с, такая же, как у вышеупомянутой модели Siglent
• Получил глубину памяти 40К, не впечатляет, но прилично
• 8 бит разрешения АЦП

Таким образом, Hantek DSO5072P (ссылка на официальный магазин Hantek) может быть лучшей альтернативой вышеперечисленным, если у кого-то ограниченный бюджет.Это самый недорогой прицел по сравнению с приведенным выше списком, потому что вы покупаете его напрямую у производителя.

Лучший осциллограф для начинающих от Rigol (DS1052E)

Лучшими альтернативами вышеуказанному бренду являются бренды Rigol и Hantek. Я уверен, что вы, возможно, слышали об этих брендах в своем собственном исследовании лучших осциллографов для начинающих, если этот пост не будет вашим самым первым.

Если говорить о конкретном бренде, Rigol — известная компания, производящая цифровые осциллографы с 1999 года.Ее продукция используется во всем мире, и люди очень довольны ее продукцией.

Я обнаружил, что у них отличное обслуживание клиентов, и я отвечу на любой вопрос, который вы им задаете.

Важные характеристики:

• Модель имеет 2 канала, лучше всего подходит для диагностики автомобилей. А если вы имеете дело с большим количеством сигналов одновременно, эта модель для вас.
• Полоса пропускания 50 МГц, что вдвое меньше, чем у модели Siglent
.
• Частота дискретизации в реальном времени 1 Гвыб / с
• Внешний запуск
• Математические функции, включая БПФ
• Глубина памяти 1 Mpts, такая же, как у модели
выше
• Поставляется в красивой упаковке и имеет красивый яркий экран.
• Это так здорово, с ним приятно работать

Таким образом, Rigol DS1052E (Amazon Link) — лучший осциллограф для начинающих. Он имеет приличную цену и обладает всеми необходимыми функциями для ваших проектов в области электроники. Если вы ищете 4 канала, то проверьте на этом осциллографе Rigol (ссылка на Amazon). Этот парень получил расширяемую полосу пропускания, что является очень крутой функцией, так как позже вы решили перейти на более высокую пропускную способность, тогда вам не нужно было бы покупать другие прицелы, просто увеличивая пропускную способность вашего захватывающего прицела.

Есть ли другие отличные варианты?

Очевидно, что существует множество моделей и производителей, которые делают лучшие осциллографы для начинающих, которые вы можете проверить в Интернете. Вы также увидите некоторые USB-прицелы, только не покупайте их. Они не очень хороши, пока вы не купите качественный.

Портативная модель (FNIRSI-1C15)

Другой вариант, недорогой осциллограф, представляет собой портативную модель. FNIRSI 1c15 (ссылка на AliExpress) имеет множество вариантов выбора полосы пропускания.Так что, что бы вы ни думали, этот парень прикрывает вашу спину.

Важно отметить, что этот прицел имеет сертификаты UL, CE, класс безопасности CAT II. Если вы не знаете этих терминов, просто помните, что они являются стандартами безопасности. Наконец, они работают очень тихо, поскольку у них нет охлаждающего вентилятора, что означает большую надежность.

Руководство по покупке

Выбор любого лучшего осциллографа для начинающих зависит от нескольких вещей и параметров.Это также зависит от того, кто вы: инженер-конструктор для диагностики эксплуатационных и проектных проблем, инженер-автомобилестроитель, измеряющий вибрации, техник по ремонту или вы просто пытаетесь обслуживать свое электронное оборудование.

Прежде чем переходить к техническим параметрам и другим вещам, очень полезно сначала ответить на следующие вопросы.

• Для какой ситуации вам нужен прицел, т.е. где вы собираетесь его использовать. Например, на скамейке, у клиента, под капотом вашего автомобиля.
• Сколько сигналов вы хотите измерять одновременно? Например, сколько измерительных каналов вам потребуется в вашем прицеле.
• Предположение о самых высоких частотах, которые вы будете измерять с помощью осциллографа. По моему мнению, вы должны быть очень уверены в том, что ваш частотный диапазон будет измеряться осциллографом. Это очень важный вопрос, пожалуйста, обратите на него самое пристальное внимание.
• Каковы амплитуды ваших сигналов? Если не знаешь, оставь. Это нормально.
• Сигналы, которые вы собираетесь измерять, периодические или непериодические?

Настольный прицел немного тяжелый и предназначен для более профессиональной работы в лаборатории.Настольный прицел относительно дороже остальных. Если вы собираетесь использовать свой прицел в полевых условиях или для диагностики автомобилей, вам понадобится портативный.

Технические параметры

Электронный прибор определяется как хороший или плохой на основе оценок некоторых параметров. Мультиметр хорош, если у него высокий импеданс, и плохо, если у него плохие меры безопасности. То же самое и с осциллографом.

Ниже приведены параметры, которые, я думаю, вам следует понять, прежде чем вы сможете судить о каком-либо осциллографе как о хорошем или плохом.Эти параметры не ограничиваются только начинающими осциллографами, вы можете применить их к любому осциллографу.

Пропускная способность

Полоса пропускания ограничивает способность осциллографа измерять сигнал. Он показывает диапазон частот, который осциллограф может точно измерить. Согласно IEEE 1057, полоса пропускания определяется как «точка, в которой амплитуда входной синусоидальной волны уменьшается на 3 дБ (приблизительно 30%) относительно ее уровня на более низкой опорной частоте».

Другими словами, полоса пропускания задается на частоте, на которой синусоидальный входной сигнал ослабляется до 70.7% от истинной амплитуды сигнала. Таким образом, чем больше полоса пропускания, тем мощнее осциллограф, а также он и самый дорогой.

Но эмпирическое правило для выбора хорошей полосы пропускания должно иметь полосу пропускания в 5 раз больше, чем основная частота вашего измерительного сигнала. Очень хороший момент для новичков. Если у вас широкая полоса пропускания и вы играете с низкочастотным сигналом, вы не получите точных результатов. Вместо отличных результатов вы получаете много шума.

Частота дискретизации

Частота дискретизации — это способность осциллографа к тому, насколько быстро он может регистрировать количество отсчетов в секунду, или, проще говоря, она определяет количество информации о форме сигнала, захваченной и отображаемой на экране.

Чем выше частота дискретизации, тем больше разрешение и, как следствие, на дисплее отображается каждая деталь вашего сигнала.

Приведенное выше уравнение является критерием Niquest для частоты дискретизации. Осциллографы должны подчиняться этому, чтобы называться хорошими или лучшими осциллографами для начинающих. Это промышленное практическое правило. Но некоторые промышленники также рекомендуют частоту дискретизации, которая в 3-5 раз превышает пропускную способность. Причина, по которой они предоставляют, заключается в том, что вам нужна высокая частота дискретизации, чтобы увидеть любые неожиданные сбои или аномалии.

Таким образом, чем больше у вас выборок за каждый период, тем больше деталей сигнала вы получите. Давайте посмотрим, что предлагает Keysight Labs по поводу частоты дискретизации и пропускной способности.

Хороший момент для того, чтобы отметить, что без надлежащей полосы пропускания вы получите ослабленный или искаженный сигнал. Без достаточной частоты дискретизации у вас не будет информации, которая очень необходима для отображения точной частоты, времени нарастания и спада вашего сигнала.Вы также можете сразу пропустить любой сбой или аномалию.

Важно перепроверить частоту дискретизации осциллографа, когда все каналы включены. Обычно, когда используется несколько каналов, частота дискретизации разделяется между каналами. Если вы используете более одного канала, убедитесь, что частота дискретизации по-прежнему достаточна.

Глубина памяти

Глубина памяти — это объем памяти осциллографа для хранения сигналов. Большая глубина памяти означает, что вы можете захватывать сигнал с максимальной частотой дискретизации.Это очень приятная функция, и хороший осциллограф должен иметь хороший объем памяти глубины. Но это дорого обойдется.

Память осциллографа напрямую связана с частотой дискретизации. Чем больше у вас памяти, тем выше вы можете поддерживать частоту дискретизации осциллографа при захвате более длительного периода времени. Чем выше частота дискретизации, тем выше эффективная полоса пропускания осциллографа.

Частота обновления сигнала

Это время, необходимое осциллографу для обновления экрана.Это отличная и важная функция, на которую стоит обратить внимание. Конечно, кому нужен осциллограф, когда на обновление экрана уходит слишком много времени. В такой ситуации есть большая вероятность, что вы пропустите важный сигнал.

Размер и стоимость

В лаборатории используется настольный осциллограф. Возможно, найдутся люди, которые будут использовать осциллограф для диагностики автомобилей. Для людей, которые носят осциллограф повсюду, его размер должен иметь большое значение.

Стоимость — большой вопрос.Но у вас не может быть дешевого осциллографа с большими возможностями. Этого просто не может быть. Хорошая полоса пропускания, частота дискретизации, встроенный волновой генератор, БПФ, дополнительные каналы, хорошая глубина памяти — это параметры, которые будут стоить вам денег.

Количество каналов

Двух каналов более чем достаточно, если вы только начинаете с электроники. Причина в том, что если вы собираетесь использовать более двух каналов, дополнительные каналы просто удорожают осциллограф.

Например, вы хотите одновременно видеть связь Arduino.Двух каналов будет достаточно, чтобы увидеть, что поступает на ваш Arduino и что от него уходит, или чтобы увидеть разность фаз между 2 последовательностями импульсов или любыми двумя сигналами.

Выше приведены ключевые параметры, которые, на мой взгляд, составляют полное руководство по покупке лучших осциллографов. Помимо этого, вам также следует принять во внимание некоторые особенности.

Давайте поговорим о них в следующем.

• Имеет удобный графический интерфейс. Есть много прицелов с настолько уродливой графикой, что людям очень сложно точно управлять прицелом.
• Математические функции, включая БПФ.
• Внешний запуск
• USB-накопитель
• Опция дистанционного управления
• Монолитная конструкция
• EMI / EMC свободное чтение
• Низкий уровень шума
• Высококачественные пробники для уменьшения искажений сигнала

Вопросы, требующие ответа

Мы поговорили о технических моментах, чтобы получить ответы на следующие вопросы. Рекомендую, отвечайте на них очень внимательно.

Какая пропускная способность вам потребуется?

Умножьте самую высокую частоту на 5. Например, если ваша самая высокая частота измерения составляет 10 МГц, то идеальный осциллограф для начинающих — это осциллограф с полосой пропускания 50 МГц.

Для указанной максимальной частоты вы также можете использовать осциллограф с полосой пропускания 100 МГц, но это не лучшая идея. Потому что это будет стоить вам больше денег и, что наиболее важно, вы также можете получить высокий уровень шума. Если вы думаете, что не уверены в будущем, вы можете при необходимости увеличить пропускную способность.

Какая частота дискретизации вам понадобится?

Следуйте t критерию Найквиста , который гласит, что частота дискретизации должна быть как минимум в два раза больше максимальной частоты, которую вы хотите измерить. Например, если ваша максимальная частота составляет 10 МГц, то идеальный осциллограф для вас должен иметь частоту дискретизации 20 мс / с. Опять же, более высокая частота дискретизации приведет к увеличению затрат.

Анализ случайных сигналов для захвата случайных и нечастых сигналов или сбоев?

А в ваших проектах будет расследование глюков? Под сбоями я подразумеваю небольшие случайные импульсные сигналы, которые вызывают внезапный отказ системы.Если да, то выберите тот, у которого высокая скорость захвата формы сигнала и большая глубина памяти. Апгрейд с высокой волной может быть здесь плюсом, но он недоступен, тем не менее, все в порядке.

Какое разрешение и точность вам нужны?

При восьмибитном разрешении вы можете обнаружить изменение сигнала в лучшем случае на 0,4%. Для таких приложений, как датчики звука, шума, вибрации и контроля (температуры, тока, давления), восьмиразрядный осциллограф часто не подходит, поэтому вам следует рассмотреть 12- или 16-битные альтернативы.С осциллографом с более высоким разрешением возможны более точные измерения.

Какова цена осциллографов?

Цены на осциллографы основаны на многих параметрах, но в основном на следующих:

• Пропускная способность
• Частота дискретизации
• Количество каналов
• Глубина памяти
• Частота обновления сигнала

Чем выше указанные параметры, тем выше цены.

Теперь, если я запутал вас слишком большим количеством технических деталей.Забудьте об остальном и сосредоточьтесь на первых двух. Чем выше требования к полосе пропускания и частоте дискретизации, тем выше вы должны платить за качественный осциллограф. И помните, что дешевого осциллографа не бывает.

Спасибо, что дожили до конца. Надеюсь, эта статья была вам полезна. Напоминаем, что указанные выше продукты, лучшие осциллографы, отбираются очень тщательно, с учетом требований и потребностей пользователей. Отбор осуществляется путем определения приоритетности обзоров полевых специалистов, зрелости брендов, анализа затрат, тестирования продуктов и множества других определяющих факторов.

Другие полезные сообщения:

.