Осциллограф

Тенденции развития

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

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

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

Аналоговый осциллограф

Единичные экземпляры аналоговых осциллографов все еще можно встретить
на рабочих столах мастеров старой закалки, которые в меру своей
привычки не могут перейти в век цифрового измерения сигналов. Но даже
такие редкие аналоговые модели постепенно вытесняются цифровыми
собратьями, потому что ситуация на рынке измерительных приборов
аналогична рынку персональных компьютеров, где стоимость компонентов
постоянно снижается.Практически любой аналоговый осциллограф должен быть оснащен одним
или несколькими вертикальными каналами, горизонтальным каналом,
временной базой, схемой запуска (спусковой схемой), и, конечно же, ЭЛТ
модулем. Вертикальный канал должен содержать компенсированный
аттенюатор, предусилитель, линию задержки и вертикальный усилитель,
который предназначен для усиления сигнала до нужного для ЭЛТ модуля
уровня. Горизонтальный канал может использоваться в двух разных режимах
работы: внутреннем и внешнем. Оба режима горизонтального канала, по
аналогии с вертикальным, работают через горизонтальный усилитель.Временная база в основном состоит из триггеров, интегрирующего усилителя, а также схем для суммирования и инвертирования.Схема запуска состоит из селектора фронта, триггера и схемы
производного действия. Селектор фронта предназначен для переключения
между спадающим и нарастающим фронтом. Схема триггера Шмитта, которая
выводит сигнал прямоугольной формы, синхронизируется с другими
спусковыми событиями. Управление уровнем запуска (спуска) производится
посредством изменения переходного напряжения триггера Шмитта.ЭЛТ модулем принято называть специальную вакуумную трубку, содержащую
электронную пушку, набор горизонтальных и вертикальных отклоняющих
пластин, несколько электронных линз, а также дисплей, окрашенный внутри
слоями флуоресцентного и фосфоресцентного покрытия.В большинстве случаев полоса пропускания аналоговых осциллографов
исчисляется несколькими сотнями мегагерц, а основным «ограничителем»
полосы является именно ЭЛТ модуль. Такие приборы могут использоваться
для отображения в реальном времени моментальных изменений сигналов, так
как весь процесс вывода сигнала на экран не проходит цифровую обработку.
К аналоговым осциллографам такие понятия, как буферизация, обработка
входного сигнала и другие термины, относящиеся к современным цифровым
моделям, конечно же, неприменимы. Подающиеся на вход сигналы непрерывно
отображаются с небольшой задержкой, обусловленнойнепосредственно
компонентами электронных схем прибора.

Как проводятся измерения

Продолжаем описывать, как пользоваться цифровым осциллографом или аналоговым

Важно отметить, что у них у всех есть недостаток. Стоит упомянуть одну особенность – все измерения осуществляются визуально, поэтому имеется риск того, что погрешность окажется высокой. Также следует учитывать тот факт, что напряжения развертки обладают крайне малой линейностью, что приводит к погрешности измерений сдвига фаз или частоты примерно на 5%

Чтобы минимизировать эти погрешности, требуется выполнить одно простое условие – график должен занимать примерно 90% площади экрана. Когда проводятся измерения частоты и напряжения (имеется временной интервал), следует регуляторы корректировки усиления сигнала на входе и скорости развертки выставить в крайние правые положения. Стоит заметить одну особенность: так как пользоваться цифровым осциллографом может даже новичок, приборы с электронно-лучевой трубкой потеряли актуальность

Также следует учитывать тот факт, что напряжения развертки обладают крайне малой линейностью, что приводит к погрешности измерений сдвига фаз или частоты примерно на 5%. Чтобы минимизировать эти погрешности, требуется выполнить одно простое условие – график должен занимать примерно 90% площади экрана. Когда проводятся измерения частоты и напряжения (имеется временной интервал), следует регуляторы корректировки усиления сигнала на входе и скорости развертки выставить в крайние правые положения. Стоит заметить одну особенность: так как пользоваться цифровым осциллографом может даже новичок, приборы с электронно-лучевой трубкой потеряли актуальность.

Как выбрать

Нужно представлять, в каких целях и как часто будет использоваться прибор, для изучения каких сигналов он предназначен. Учитывайте количество точек для одновременного измерения, одиночность или периодичность колебаний. Иногда используются устройства советского производства. Но получить точную настройку с их помощью трудно.

Количество каналов

По количеству каналов осциллографы могут быть одноканальными, простыми (2-4 канала), продвинутыми (до 16 каналов). Несколько каналов позволяют одновременно анализировать поступающие сигналы.

Тип питания

Прибор с аккумулятором можно брать с собой на выезд. Это удобно для мастеров, которые проверяют оборудование по месту его нахождения. Если выезды не производятся, лучше брать работающий от сети осциллограф, поскольку он стабильнее и надёжнее.

Частота дискретизации

Частота дискретизации важна для измерения однократных и переходных процессов. Чем выше этот параметр, тем более точное изображение сигнала на экране удастся получить.

Полоса пропускания

Для простых исследований цифровых схем и усилителей оптимальная звуковая частота — 25 МГц. Для профессионального измерения нужен прибор, у которого этот параметр — до 200 или даже до 500 МГц. Современные линии связи работают на очень высоких частотах. Частота исследуемых сигналов должна быть в 3-5 раз меньше величины полосы пропускания.

Классификация осциллографов

Логика работы и назначение

• Аналоговые (в режиме реального времени)
• Запоминающие (аналоговые, цифровые)
• Стробирующие

Количество лучей – одно — двух… лучевые, количество этих лучей может достигнуть и 16 и больше лучей.

Классификация вольтметров

Прибор классифицируется, исходя из нескольких показаний.

Принцип действия устройства

• Электромеханический (магнитоэлектрический, электромагнитный, термоэлектрический, электростатический, выпрямительный, электродинамический).
• Электронный (аналоговый, цифровой).

По развертке осциллографы делятся

• Универсальный
• Скоростной
• Стробоскопический
• Запоминающий
• Специальный

Есть также и осциллографы, совместимые с прочими измерительными устройствами. Осциллограф может быть не только автономным прибором, но и приставкой, например, к компьютерам, как карта расширения, или же с подключением к внешнему порту.

Устройство прибора

• Электронно-лучевая труба
• Блок развертки горизонтальной, генерирующий периодический /однократный сигнал, который линейно нарастает, а затем быстро спадает.
• Усилитель входной (исследует сигнал, при котором выход подключен к пластине отклонения по вертикали).

Также осциллограф состоит из некоторых, вспомогательных блоков: управление яркости, калибратора (дальности и амплитуды). Цифровые приборы имеют жидкокристаллический дисплей.
Цифровой осциллограф имеет экран, отражающий график входного сигнала готовой картинкой. Аналоговый осциллограф – в виде разметки, как координаторная сетка.

Многие частные лица, а тем более компании, предприятия, заводы имеют некоторые запасы осциллографов. Конечно, не все они ценны, потому как особыми спросом пользуются приборы, которые были произведены во времена Советского Союза. Ведь именно тогда все приборы изготавливались со значительным содержанием драгоценных и редкоземельных металлов, таких, как золото, серебро, платина и тантал, палладий и иридий.

Что такое осциллограф

Осциллограф позволяет визуально изучать характеристики сложных сигналов, рассчитывать временные и амплитудные параметры. Аналоговые модели отображают данные в реальном времени, современные цифровые позволяют архивировать информацию и проводить ее анализ. Для сравнения сигналов применяют устройства с несколькими информационными входами. В зависимости от решаемых задач, встречаются модификации в виде приставок к компьютеру или комбинированные с другой измерительной аппаратурой.

Краткая история

История осциллографа насчитывает уже 100 с лишним лет. В разное время над усовершенствованием прибора работали такие известные люди как Адре Блондель, Роберт Андреевич Колли, Уильям Крукс, Карл Браун, И. Ценнек, А. Венельт, Леонид Исаакович Мандельштам и многие другие.

Кстати, а вы знали, что первое подобие осциллографа создали в Российской Империи? Это сделал В 1885 году русский физик Роберт Колли. Прибор назывался осциллометр. Осциллографы того времени сильно отличались от тех, что используются сейчас!

Устройство и принцип действия прибора

Объясним устройство аналогового осциллографа просто, «для чайников». Прибор состоит из следующих элементов:

• лучевая трубка;
• блок питания;
• канал вертикального / горизонтального отклонения;
• канал модуляции луча;
• устройство синхронизации и запуска развёртки.

Для управления параметрами сигнала и его отображения на экране есть регуляторы. У старых моделей экрана не было. Изображение фиксировалось на фотоленте.

Горизонтальная развёртка

Канал горизонтального подключения подключается к генератору развёртки. Он вырабатывает сигналы горизонтального отклонения лучей. Генератор Х (развёртки) работает в нескольких режимах.

• Внутренняя синхронизация. Автоколебания с выставленной вручную частотой;
• Внешняя синхронизация. От входных импульсов запускается генератор. Она включает в себя три режима: запуск от внешнего источника, по фронту импульсов или их спаду;
• Синхронизация от питания (50Гц);
• Ручной запуск. Так же называется однократным.

При исследовании стабильных сигналов удобно использовать режим внутренней синхронизации. В этих условиях изображение будет неподвижным. Чтобы увеличить стабильность можно организовать захват частоты на входе генератором развёртки.

Также этот режим называется ждущим. В нём запуск генератора происходит в тот момент, когда входной сигнал достигает определённого уровня. Или от внешнего источника. В режиме внешней синхронизации удобно исследовать не очень стабильные колебания, особенно если есть синхронизация между генератором развёртки и схемы от одного источника колебания. Прибор поддаётся регулировка, чтобы точно установить уровень, на котором генератор запускается.

Если синхронизация происходит от сети питания, то запуск развёртки будет синхронизирован с колебанием напряжения сети. Так что синхронизация от сети так же предусмотрена, чтобы наблюдать за помехами и искажениями. Ручная синхронизация подходит для исследования различных непериодических сигналов. К примеру, в логических схемах.

Вертикальная развёртка

Канал вертикального отклонения называется каналом Y, по аналогии с горизонтальной осью Y в системе координат. В нём входной исследуемый сигнал обрабатывается. Сигнал этот поступает в канал через аттенюатор. Аттенюатор – это ступенчатый регулятор уровня. Это делается для того, чтобы амплитуда параметра, который измеряют, не превышала допустимый уровень. А картинка тем временем не выходила за пределы экрана. Канал Y может передать сигнал на генератор горизонтального отклонения для его синхронизации.

Обычно канал вертикального отклонения работает в открытом режиме. Это значит, что само отклонения луча будет чётко совпадать с уровнем сигнала. Когда есть постоянная составляющая, то это мешает наблюдению за колебаниями. Происходит это из-за того, что картинка будет слишком смещена к границам экрана сверху или снизу. Так же она может вообще выходить за границы. Эту постоянную составляющую можно убрать, если включить режим закрытого входа. Или настроить аттенюатор под размеры экрана.

Про закрытый вход. Сигнал поступает через конденсатор, не создающий препятствия для переменного напряжения. Тогда оба канала обладают оконченными усилителями, формирующими нужные уровни сигналов, которые подаются на отклоняющие пластины.

Особенности внутреннего устройства

Несмотря на сложное внутреннее оснащение на базе ЭЛТ, прибор с дисплеем может состоять из нескольких составляющих. К ним относятся:

• Входной стандартный усилитель для наблюдаемых сигналов, чей выход подключается напрямую к пластинам вертикального отклонения.
• Электронно-лучевая осциллографическая трубка. Широко используется в ряде близких по назначению измерительных приборов.
• Далее идёт блок горизонтальной развёртки. Однократный тип или периодический сигнал преобразуется в пилообразную форму. Он направляется к пластинам с горизонтальным типом отклонения ЭЛТ. Помимо этого, в период спадающей фазы создаётся импульс гашения электронных лучей, подаваемый на модуляторы ЭЛТ.
• К вспомогательным или дополнительным частям устройства осциллографа относят калибратор длительности, возможной амплитуды и блок управления яркости.

Экран «А» позволяет чётко отобразить графики каждого поступающего входного сигнала. Цифровые аналоги выводят на цветной или специфический монохромный дисплей желаемое изображение как полностью готовую картинку. Остальные модели используют электронно-лучевую трубку, оснащённую показателями электростатического отклонения. Для таких экранов характерна нанесённая в виде координатной сетки разметка, миссия которой — показывать точное местоположение данных.

Выделяют два базовых типа развёртки: ждущий и автоколебательный, или автоматический. Реже можно встретить модели с дополнительным однократным режимом. Каждый вид имеет свои специфические черты:

Однократный запуск. Характерный механизм запуска — внешнее воздействие. Так, нажатие кнопки и дальнейшее ожидание запуска сходны со ждущим режимом. После запуска развёртывание производится однократно. Повторная развёртка требует ещё одного запуска. Подобная система работы комфортна для изучения функционирования процессов непериодического типа. Недостатком является однократный пробег светящегося пятна по дисплею. Яркость картинки недостаточна, что серьёзно затрудняет процесс наблюдения при быстрой развёртке.
Ждущий режим. Недостаточный уровень или отсутствие сигнала вызывает отсутствие развёртки и дальнейшее угасание экрана. Запуск возможен только при достижении сигналами определённого заданного оператором уровня. Возможна настройка запуска как по падающему, так и по нарастающему сигнальному фронту

Важно отметить, что при изучении непериодических типов импульсных процессов такая система гарантирует зрительную неподвижность картинки на экране. Зачастую развёртывание запускается синхронным, несколько опережающим процесс наблюдения сигналом.
Автоматическое развёртывание

В этом случае генератор функционирует в автоколебательном типе режима. Благодаря этому даже при отсутствии сигнала в момент окончания цикла произойдёт очередной момент её запуска. Это делает возможным наблюдение изображения на экране даже в ситуации подачи на входе вертикального типа отклонения постоянного напряжения или отсутствия сигнала. Подобный режим характеризуется особым захватом частоты генератора развёртывания наблюдаемым сигналом. Важно, что частота генераторов при этом в целое количество раз меньше частоты исследуемых сигналов.

Вам это будет интересно Принципы и источники свободной энергии по схеме Теслы

На что обратить внимание в Oscilloscope, ориентиры для выбора

Рассмотрим основы характеристик O-Scope, которые послужат также ориентирами, как выбрать осциллограф, надежную его модель.

Способы, чтобы проверить осциллограф:

• встроенным генератором (Калибровка), все цифровые модели имеют его. Включают режим и смотрят, есть ли синусоида. Если магазин специализированный, там должен быть внешний генератор для проверки;
• старые осциллографы начинают подвирать со временем, как проверить их есть простой способ: взять эталонный источник, например, ту же батарейку 1.5 В;
• экран должен быть достаточной яркости, луч без артефактов;
• дотронуться до щупа: фаза покажет синусоиду (правда с большими помехами), земля — ровную линию;
• посредством ПК, специальным ПО.

Полоса пропускания

Это минимальная и максимальная частоты, амплитудность, то есть диапазон, который может измерить прибор. Достаточно учесть верхнюю черту; нижнюю рисуют все устройства.

Частота дискретизации (Sampling rate)

У цифровых моделей. Данный параметр связан с предыдущим. Чем выше, тем лучше (например, у Siglent SDS — 1×109). Это число считываний за единицу времени, определяет максимальные частоты без потерь на экране. У приборов с несколькими каналами может уменьшаться при задействовании их всех (при покупке надо учесть).

По теореме Котельникова част. дискр. должна превышать в 2 раза верхнюю рамку пропускания, но на практике потребуется превышение в 4–5 раза. На этом и основывается выбор

Пример для изделия с полосой до 200–800 МГц (важно учесть параметр при использовании 2 и больше каналов)

Число каналов

Многие модели способны обрабатывать больше сигналов вместе, одновременно раздельно показывая их на мониторе. Обычно от 2 до 4. Иногда включение других каналов сказывается на производительности. Выбор осциллографа рекомендовано делать среди изделий с двумя каналами, что позволит сравнивать исследуемые величины, исчислять фазные сдвиги. Три и больше входа, это хорошо, но для обычных задач иногда чрезмерно, цена прибора возрастет многократно.

Эквивалентная частота дискретизации

Когда недостаточно реальной част. дискр., итоговая картинка реконструируется по нескольким последовательным измерениям. Пример: анализируется сигнал 200 МГц на модели с част. дискр. 1 млрд. выборок/сек. (1 GSa/s) — получают всего 5 измерений. По теор. Котельникова этого хватает, но можно детализировать (алгоритмическим методом) и активировать опцию: будет не 1 GSa/s, а уже 2 GSa/s.

Глубина памяти

Всегда есть в цифровых моделях (DSO=Digital Storage Oscilloscope). Чем ниже скорость развертки, тем точнее показатели и тем больше значений приходится сохранять прибору в памяти. Чем глубже память — тем лучше. Но иногда наблюдается негативный момент: при медленных измерениях прибор подтормаживает, выбирая изделие, надо поинтересоваться этим нюансом.

Обновление экрана

Чем чаще обновляется монитор, тем короче «мертвое время», требуемое для обработки захватываемой информации, более оперативно происходит обновление осциллограмм. Больше шансов, что аппарат покажет малозаметный артефакт. Впрочем, это имеет значение только для фанатов-электронщиков.

Максимальное входное напряжение (питание)

Любой прибор имеет предел по мощности питания, при превышении которого без дополнительных мер он просто сгорит, выйдет из строя. Нужно учитывать параметры обслуживаемых цепей. Пример: макс. напр. в режиме щупа 1:1 — 40 В, в режиме 1:10 — 400 В, то есть лезть в цепь с 400 В и больше без предохранительных мер уже небезопасно.

Как триггер осциллографа действительно работает?

Из общего интереса давайте вернемся назад во времени и поговорим о том, как работал запуск аналогового осциллографа.

Старые школьные осциллографы — это векторные устройства . Другими словами, точка на экране управляется двумя напряжениями. Каждый перемещает это вертикально, один перемещает это горизонтально. Они делают это путем электростатического отклонения электронного пучка. Фактически, напряжение на отклоняющих пластинах напрямую соответствует положению «точки» на дисплее прицела.

Поскольку дисплей напрямую переводит напряжение в положение точки, это достаточно просто сделать для вертикальной (например, величины) величины трассы. Вы просто буферизуете и усиливаете входной сигнал по мере необходимости и применяете его к вертикальным отклоняющим пластинам.

Горизонтальная развертка внутренне контролируется напряжением, накопленным на конденсаторе (который затем усиливается для возбуждения пластин таким же образом, как и вертикальные пластинки). Подметание было выполнено источником тока, который заряжает этот конденсатор. Когда вы меняли горизонтальную временную базу, вы меняли зарядный ток или переключали значение конденсатора.

Триггер работал, в основном, закорачивая конденсатор, поэтому луч (который образует точку) фиксируется в одной позиции в X. Когда происходит событие триггера, он щелкает защелкой в ​​осциллографе, и интегратор конденсатора начинает накапливаться, что генерирует линейную развертку по экрану.

Как только заряд конденсатора достигает определенного напряжения, развертка обрабатывается как «выполнено», заряд в конденсаторе сбрасывается с помощью электронного переключателя, и тогда система готова к другому событию запуска.

Это актуально, потому что большая часть языка, который окружает запуск осциллографа, происходит от аналоговых осциллографов. «Мертвое время» заключается в том, что для аналогового осциллографа требуется ненулевой период времени для разряда конденсатора горизонтальной развертки. Вполне возможно создать цифровой осциллограф, у которого нет мертвого времени.

Тангенс:

Получить данные до события запуска гораздо сложнее с аналоговым осциллографом. Единственный способ сделать это — использовать то, что называется линией задержки .

_____________________ | | Signal > ——+—>| Delay Line |>—>| Analog In | | | | | | Oscilloscope | | | | +———————>| Trigger In | |_____________________|

То, что вы должны сделать, это использовать линию задержки, чтобы, ну, в общем, задержать входной сигнал и использовать отдельный вход триггера для фактического триггера. Делая это, вы эффективно сдвигаете время начала трассировки на любое время, на которое задерживается линия задержки (обычно до нескольких сотен наносекунд).

Недостатком этой техники является то, что вам нужен специализированный виджет (линия задержки). Обычно они имеют фиксированную задержку и могут влиять на ваш сигнал в зависимости от их полосы пропускания и характеристик.

USB осциллограф

USB-осциллограф представляет из себя прибор, который не имеет собственного экрана.

У нас на обзоре USB осциллограф INTRUSTAR.

В придачу с ним шли 2 щупа, шнур USB, расходники, диск с ПО, а также отвертка для регулировки щупов

С одной стороны осциллографа мы видим два разъема для подключения щупов. Первый разъем CH1, что означает первый канал, а второй разъем CH2, то есть второй канал. Следовательно, осциллограф двухканальный.  Справа видим два штыря. Эти штыри — генератор тестового сигнала для калибровки щупов осциллографа. Один из них земля, а другой — сигнальный. Калибруем точно также, как и простой цифровой осциллограф. Как это делать, я писал выше в статье.

В рабочем состоянии USB осциллограф выглядит вот так.

После установки программного обеспечения на компьютер или ноутбук, открываем программу и запускаем осциллограф. Здесь я уже сразу подцепил тестовый сигнал, чтобы подготовить осциллограф к работе.

Также можно вывести значение сигналов, которые осциллограф сразу бы показывал на экране монитора.

Плюсы и минусы USB осциллографа

Плюсы:

1. Умеренная цена и функционал. Стоит в разы дешевле, чем крутые цифровые осциллографы
2. Настройка и установка ПО занимает около 10-15 минут
3. Удобный интерфейс
4. Малогабаритный размер
5. Может производить операции как с постоянным, так и с переменным током
6. Два канала, то есть можно измерять сразу два сигнала и выводить их на дисплей

Минусы:

1. Малая частота дискретизации
2. Обязательно нужен ПК
3. Малая полоса пропускания
4. Глубина памяти тоже никакая

Более подробно про характеристики цифровых осциллографов вы можете прочитать, скачав учебное пособие по цифровым осциллографам.

Что такое осциллограф

Осциллографом (O-Scope, Oscilloscope) регистрируют изменения (амплитуды, колебания) напряжений сигналов электроцепи с выводом в виде синусоид, пилообразных и других линий на координатную сетку на мониторе. Прибор применяют для изучения динамики системы во время ее работы. Характерный пример: тестирование импульсных, генераторных устройств (источники питания). Oscilloscope покажет форму напряжения, электросигналов во времени, уровень колебаний, изменения при определенных условиях и факторах (поломки, температура, магнитные поля, помехи, экранирование).

Назначение

O-Scope измеряет такие величины и решает следующие задачи:

• тестовые меры для электросхем, сборок, изделий при их выпуске, починке, в исследовательских учреждениях;
• всегда используется при проверке измерительных устройств;
• электро, теле и радио сфера: свойства сигналов, степень шумов, искажений;
• для узкоспециализированного аппаратного оснащения, для анализа АСУ, исполнительных приспособлений;
• замеры частот и амплитуд при отладке;
• визуальный мониторинг сигналов, фазных сдвигов;
• анализ функционирования датчиков автомобиля.

Если кратко отобразить функции, то аппарат позволяет наблюдать изменения напряжения:

во времени: частоту, промежутки, скважность, циклы, скачки, спады, всплески;
на физике: колебания, амплитуды, макс./мин. среднеквадратичные значения.. Осциллограф — это «глаза», позволяющие посмотреть внутрь цепи во время ее работы

Кроме простого измерения электросигнала, современные изделия могут делать математические преобразования в реальном времени (Фурье и пр.)

Осциллограф — это «глаза», позволяющие посмотреть внутрь цепи во время ее работы. Кроме простого измерения электросигнала, современные изделия могут делать математические преобразования в реальном времени (Фурье и пр.).

Где применяется

Сферы применения:

• всегда в научных, технических лабораториях, исследовательских отделениях на заводах, выпускающих электроприборы, например, производитель должен знать, как реагирует его продукция на помехи;
• при углубленном анализе сборок, при наладке, ремонте электроустройств: от радио и сотовой связи до цепей двигателей машин. Для радиолюбителей прибор незаменим.

Аппарат выдает визуальную информацию о характеристиках сложных сигналов, показывает временные и амплитудные данные изменений, что важно для расчетов и определения, как будет себя вести изучаемый объект за периоды в конкретных условиях

Что может измерить осциллограф

Осциллограф может измерить:

• покажет по сигналам: форму;
• частотность;
• период;
• амплитуду;
• угол сдвига фазы;
• сравнение сигналов;

АЧХ (ампл.-частотную х-ку);
через закон Ома по показателям прибора исчисляют ток (при этом его преобразовывают в напряжение резисторами).

O-Scope — фактически это вольтметр, но отображающий изменения напряжения онлайн, им можно обозначить форму тока, подключив последовательно к обслуживаемой сети резистор (Rt, «t» — токовый, он же шунтирующий). Его число Ом подбирают намного меньшим, чем у цепи, чтобы отсутствовали влияния на схему. Далее, вычисляют по формуле и, зная величину Rt, можно найти ток.

Для давления и тока

Каждому еще со школы или университета знакомы такие названия измерительных приборов, как барометры и амперметры. Первые предназначены для того, чтобы измерять атмосферное давление. Встречаются жидкостные и механические барометры.

Жидкостные разновидности считаются профессиональными из-за сложности конструкции и особенностей работы с ними. Метеостанции применяют барометры, заполненные внутри ртутью. Они наиболее точные и надежные, позволяют работать при перепадах температур и иных обстоятельствах. Механические конструкции проще, но постепенно их вытесняют цифровые аналоги.

Амперметры используются для измерения электрического тока в амперах. Шкала амперметра может градуироваться как в стандартных амперах, так и микро-, милли- и килоамперах. Лучше всего такие приборы подключать последовательно. В таком случае снижается сопротивление, а точность снимаемых показателей возрастает.

Преимущества и недостатки цифрового осциллографа

Подобные приборы значительно упрощают работу радиоэлектронщика и схемотехника, поэтому обладают целым рядом достоинств:

• среди дополнительных функций устройства, которые отличают его от аналогового прибора выделяются такие, как автоматическое измерение, остановка, запись сигнала и другие;
• размер корпуса существенно меньше;
• более низкое энергопотребление;
• в аналоговом осциллографе применяется кинескопный дисплей, который не только не дает высокой точности и четкости сигнала по сравнению с жидкокристаллическим экраном цифрового устройства, но и значительно массивнее и габаритнее, что делает аналоговый осциллограф тяжелым и большим по размеру.

Однако существует несколько недостатков, которые следует учитывать перед приобретением такого устройства:

• высокая стоимость;
• сигнал прорисовывается дискретно в бюджетных приборах, но более дорогостоящие модели обладают сходными показателями прорисовки сигналов.

Инструкция для начинающих радиолюбителей

Ввиду гибкости и уровня контроля, необходимого для использования осциллографа, существует большое количество элементов управления. Они должны быть установлены правильно, если необходимо получить требуемое представление о сигнале.

Краткое описание основных элементов управления на осциллографе приведено ниже:

• Вертикальное усиление: этот элемент управления на осциллографе изменяет усиление усилителя, который контролирует размер сигнала по вертикальной оси. Обычно он калибруется с точки зрения определенного количества вольт на сантиметр. Поэтому, установив переключатель усиления по вертикали так, чтобы было выбрано меньшее число вольт на сантиметр, коэффициент усиления по вертикали увеличивается, а амплитуда видимой формы волны на экране увеличивается.При использовании осциллографа вертикальное усиление обычно устанавливается таким образом, чтобы форма волны заполняла вертикальную плоскость как можно лучше, то есть как можно больше, не выходя за пределы видимой или калиброванной области.
• Вертикальное положение: этот элемент управления на осциллографе определяет положение трассы при отсутствии сигнала. Обычно он устанавливается в удобную линию на сетке, чтобы измерения, которые были выше и ниже «нулевого» положения, могли быть легко измерены. Он также имеет эквивалентный контроль горизонтального положения, который устанавливает горизонтальное положение. Опять же, этот должен быть установлен в удобное положение для проведения любых временных измерений.
• Timebase: элемент управления временной базой устанавливает скорость сканирования экрана. Он калибруется с точки зрения определенного времени для каждого сантиметра калибровки на экране. Из этого можно рассчитать период сигнала. Если полный цикл сигнала 10 микросекунд до завершения, это означает, что его период составляет 10 микросекунд, а частота является обратной величиной периода времени, то есть 1/10 микросекунд = 100 кГц.Обычно временная база настраивается таким образом, чтобы форма волны или конкретная точка на исследуемой форме волны была видна в лучшем виде.
• Триггер: Регулятор триггера на осциллографе устанавливает точку, с которой начинается сканирование сигнала. На аналоговых осциллографах сканирование начнется только тогда, когда осциллограмма достигнет определенного уровня напряжения. Это позволило бы запускать сканирование формы сигнала одновременно в каждом цикле, позволяя отображать устойчивую форму сигнала. Изменяя напряжение триггера, можно выполнить сканирование для запуска в другой точке формы сигнала. Также можно выбрать, запускать ли осциллограф на положительной или отрицательной части волны. Это может быть обеспечено отдельным переключателем, отмеченным знаком + и -.
• Задержка запуска: это еще один важный элемент управления, связанный с функцией запуска. Известная как функция «удержания», она добавляет задержку к триггеру, чтобы предотвратить его запуск слишком рано после завершения предыдущего сканирования. Эта функция иногда требуется, потому что на осциллограмме есть несколько точек, по которым осциллограф может сработать. Регулируя функцию удержания, можно добиться стабильного отображения.
• Поиск луча: некоторые осциллографы обладают функцией поиска луча. Это может быть особенно полезно, поскольку иногда след может быть невидимым. Нажатие кнопки поиска луча позволяет найти луч и отрегулировать его так, чтобы он находился в центре экрана.