Для чего нужен осциллограф в электронике. Как работает осциллограф и какие задачи он позволяет решать. Какие виды осциллографов существуют. На что обратить внимание при выборе осциллографа.
Что такое осциллограф и для чего он используется
Осциллограф — это измерительный прибор, который позволяет визуализировать и анализировать электрические сигналы. Его основное назначение — отображение формы сигнала на экране в виде графика зависимости напряжения от времени.
С помощью осциллографа можно решать следующие задачи:
- Измерять амплитуду, частоту, период и другие параметры электрических сигналов
- Исследовать форму сигналов и выявлять их искажения
- Сравнивать несколько сигналов между собой
- Анализировать переходные процессы в электрических цепях
- Находить неисправности в электронных устройствах
Осциллограф незаменим при разработке, отладке и ремонте электронной аппаратуры. Он позволяет «заглянуть внутрь» электрических процессов и увидеть то, что невозможно измерить обычным мультиметром.
Принцип работы осциллографа
Основными элементами осциллографа являются:
- Входные каналы для подключения исследуемых сигналов
- Система вертикального отклонения луча
- Система горизонтальной развертки
- Экран для отображения осциллограмм
Принцип работы осциллографа заключается в следующем:
- Входной сигнал поступает на вертикальный усилитель
- Усиленный сигнал отклоняет электронный луч по вертикали
- Генератор развертки создает пилообразное напряжение для горизонтального отклонения луча
- На экране формируется график зависимости входного напряжения от времени
Современные цифровые осциллографы используют АЦП для оцифровки сигнала и микропроцессор для его обработки и отображения на ЖК-дисплее.
Основные характеристики осциллографов
При выборе осциллографа следует обратить внимание на следующие ключевые параметры:
- Полоса пропускания — определяет максимальную частоту исследуемых сигналов
- Частота дискретизации — влияет на детализацию отображения быстрых процессов
- Количество каналов — позволяет одновременно анализировать несколько сигналов
- Объем памяти — важен для записи длительных сигналов
- Разрешение по вертикали — точность измерения амплитуды
- Режимы синхронизации — для стабильного отображения сигналов
Чем выше эти характеристики, тем более сложные сигналы можно исследовать. Но при этом растет и стоимость прибора.
Виды осциллографов
Существует несколько основных типов осциллографов:
Аналоговые осциллографы
Используют электронно-лучевую трубку для отображения сигналов. Отличаются простотой, но имеют ограниченные возможности.
Цифровые осциллографы
Преобразуют входной сигнал в цифровую форму и отображают его на ЖК-экране. Обладают широкими функциональными возможностями.
Цифровые запоминающие осциллографы
Позволяют сохранять оцифрованные сигналы в памяти для последующего анализа. Удобны для исследования однократных процессов.
Виртуальные осциллографы
Представляют собой АЦП с USB-интерфейсом и программное обеспечение для компьютера. Отличаются низкой стоимостью.
Портативные осциллографы
Компактные приборы с автономным питанием для работы в «полевых» условиях.
Применение осциллографа в электронике
Рассмотрим основные области применения осциллографа:
Разработка электронных устройств
Осциллограф позволяет:
- Проверять работу отдельных узлов схемы
- Измерять параметры сигналов в различных точках
- Выявлять искажения и помехи
- Настраивать и оптимизировать работу устройства
Ремонт и диагностика
С помощью осциллографа можно:
- Локализовать неисправности в электронных схемах
- Проверять работоспособность компонентов
- Анализировать сигналы в процессорных системах
- Выявлять источники помех и наводок
Научные исследования
Осциллограф применяется для:
- Изучения физических процессов
- Анализа сигналов различной природы
- Проведения измерений в экспериментах
- Регистрации быстропротекающих явлений
Как правильно выбрать осциллограф
При выборе осциллографа следует учитывать следующие факторы:
- Тип исследуемых сигналов (аналоговые, цифровые, ВЧ и т.д.)
- Требуемую полосу пропускания и частоту дискретизации
- Необходимое количество каналов
- Режимы синхронизации и запуска
- Функции математической обработки сигналов
- Возможности хранения и передачи данных
- Удобство интерфейса и органов управления
- Габариты и вес прибора
Для базовых измерений подойдет недорогой двухканальный осциллограф с полосой 50-100 МГц. Для профессиональной разработки может потребоваться 4-канальный прибор с полосой 500 МГц — 1 ГГц.
Заключение
Осциллограф является одним из важнейших инструментов для работы с электронными устройствами. Он позволяет буквально «увидеть» электрические процессы и провести их детальный анализ. Правильно подобранный осциллограф значительно упрощает разработку, отладку и ремонт электроники.
Зачем нужен осциллограф | РОБОТОША
Часто, произнося это слово в присутствии человека, не связанного с радиоэлектроникой, мне начинало казаться, что я произнес какое-то очень завораживающее слово. В глазах собеседника сразу появлялось удивление и заинтересованность, и он начинал смотреть на меня как на какого-то мага или волшебника. Так что же это за прибор, который делает человека, занимающегося электроникой, фактически Гарри Поттером?
Основное предназначение осциллографа — изобразить форму измеряемого электрического сигнала (его напряжения), и он становится относительно простым в использовании прибором уже после первого с ним знакомства (хотя куча всяких ручек и кнопочек на нем может вогнать в ступор кого угодно). Фактически, осциллограф рисует нам двухмерный график зависимости напряжения от времени, где по горизонтальной оси X мы наблюдаем время, по вертикальной Y — напряжение. Или как еще говорят, осциллограф делает временную развертку сигнала. Интенсивность (или яркость) сигнала на дисплее можно представить в виде третьей оси Z.
Оси осциллографа
Итак, осциллограф — это измерительный прибор, который позволяет:
- Определить временные параметры и значения напряжения сигнала (его амплитуду)
- Замерив временные характеристики сигнала, можно вычислить его частоту
- Наблюдать сдвиг фаз, который происходит при прохождении различных участков цепи
- Наблюдать искажение сигнала, вносимые каким-то участком цепи
- Можно выяснить постоянную (DC) и переменную (AC) составляющие сигнала
- Можно выяснить соотношение сигнал/шум и является ли шум стационарным, или же он изменяется во времени
Еще раз повторюсь, что хотя мы и можем измерять некоторые из параметров исследуемого сигнала, его напряжение (амплитуду), частоту, сдвиг фаз, но именно форма сигнала зачастую позволяет понять процессы, происходящие в электрической цепи.
Рассмотрим пример осциллограммы электрического сигнала — это то, что показывает осциллограф. Картинка идеализирована, работая с реальными приборами таких идеально ровных линий увидеть не получится (из-за чего это происходит я расскажу несколько позже).
Осциллограмма
В нашем случае мы наблюдаем периодический сигнал, у которого отсутствует постоянная составляющая (равна нулю), и мы имеем переменную составляющую в форме прямоугольных импульсов. Действующее (эффективное) значение напряжения (Vrms, среднеквадратичное значение) в данном частном случае совпало с амплитудой сигнала, хотя в общем случае, это не так (действующее значение будет меньше амплитудного). К слову, вольтметры измеряют именно действующее значение напряжения (простенький цифровой вольтметр показывает вообще некоторое средневыпрямленное значение, такое, что при измерении синусоидального сигнала оно равно действующему значению). Хотя есть вольтметры, измеряющие именно амплитудные (пиковые) значения сигналов, вне зависимости от формы сигнала (в них используются пиковые детекторы). К теме работы вольтметров, я обязательно еще вернусь в своих публикациях.
Глядя на полученную осциллограму, можно заметить, что мы имеем:
- периодический сигнал прямоугольной формы
- он принимает значения как положительной, так и отрицательной полярности (вольтметр просто показал бы какое-то число)
- сигнал изменяется в пределах от -6В до +6В (чувствительность по вертикали 2В/деление)
- длительность отрицательного полупериода равна длительности положительного полупериода
Не так уж и мало информации мы получили, глядя на экран осциллографа!
При помощи многоканального осциллографа можно одновременно наблюдать сигналы в различных точках схемы и смотреть, как они между собой соотносятся.
Например, на входе и выходе усилителя. Мы можем посмотреть сигнал на входе и сигнал на выходе, выяснить какие искажения в форму сигнала вносит наш усилитель, как изменилась его амплитуда, какова временная задержа (сдвиг фаз). Как правило, увеличение количества входов осциллографа значительно сказывается на его стоимости. На практике, при разработке, отладке, настройке или ремонте цифровых и аналоговых устройств оптимальным, я считаю, наличие в своем арсенале двухканального осциллографа.
В ближайшее время я планирую рассказать о том, как выбрать подходящий для ваших задач осциллограф, на какие характеристики следует обращать внимание, как устроены различные типы осциллографов и покажу, как с этим чудо-прибором работать. Следите за новостями!
Вы можете пропустить чтение записи и оставить комментарий. Размещение ссылок запрещено.
Осциллограф – для чего он нужен и как его выбирать
17:30, 31 липня 2020 р.
Загальний розділ
Наличие такого прибора как осциллограф крайне желательно в мастерской всех электронщиков, электриков и любителей ремонта электротехники.
Рынок осциллографов предлагает огромное множество производителей и моделей. Не всегда даже самое тщательное сравнение характеристик поможет ответить на вопрос о том, какую же модель прибора выбрать.
Подобрать цифровой осциллограф можно на сайте https://electronoff.ua/oscillografy — толковая консультация, быстрая доставка в пределах территории Украины, доступные цены.
Осциллограф — это, по сути, улучшенный мультиметр, на экране которого отображается показатель тока и его визуализация — форма и поведение. Такой прибор способен за одну секунду сделать огромное количество измерений, отмечая даже самые короткие отклонения. Он позволяет записывать и анализировать временные параметры сигнала, параметры амплитуды, искажения и даже шумы. Набор дополнительных функций сильно зависит от типа осциллографа, фирмы производителя и модели.
При выборе осциллографа обращайте внимание на рабочие характеристики. Если вы планируете измерять прибором переменные сигналы, не забывайте о том, что точность измерений зависит от максимальной частоты осциллографа.
От дискретизации зависит скорость обработки входного сигнала. От частоты дискретизации зависит качество картинки, которое будет отображаться на экране. Чем выше значение частоты, тем шире полоса пропускания. Это очень важно при измерениях переходных и однократных процессов. Конечно, эта характеристика влияет на стоимость осциллографа — чем она выше, тем лучше картинка и выше стоимость прибора.
Выбор осциллографа также от условий его применения. При отсутствии доступа к электрической сети, например на выезде, хорошим выбором станет переносная модель. Такие приборы должны работать от аккумулятора максимально длительное время.
От количества каналов осциллографа зависит количество независимых сигналов, которые могут быть воспроизведены на экране. Наблюдение одновременно за несколькими графиками упрощает работу мастера. Для работы и анализа несложной техники хватает прибора с двумя или четырьмя каналами.
Независимо от того, какой марки осциллограф вы планируете покупать, важно чтобы он соответствовал не только сфере применения, но и был точным, обладал набором дополнительных функций и имел гарантию на случай неисправностей.
10 причин, по которым каждому любителю нужен осциллограф
ВойтиРегистрация
Для просмотра этой страницы убедитесь, что в вашем браузере включен JavaScript.
Я даже не могу перечислить, сколько раз я говорил: «Блин, было бы неплохо иметь осциллограф прямо сейчас».
Alex Wulff
6 лет назад
На свое 18-летие я наконец-то получил один из инструментов, в котором я так нуждался больше всего во многих моих проектах: осциллограф.
Я даже не могу сказать вам, сколько раз я говорил: «Блин, было бы неплохо иметь осциллограф прямо сейчас». Дело даже не в том, что они непомерно дороги; Стоимость надежных и многофункциональных осциллографов значительно снизилась за последние несколько лет. Теперь, когда он у меня есть, я перечислю, для чего я его использовал больше всего, чтобы заставить вас тоже совершить прыжок.
Осциллограф должен быть у каждого серьезного производителя.
Моя модель
Мне подарили Hantek DSO5072P. На мой взгляд, этот осциллограф является одним из лучших осциллографов начального уровня на рынке. У него есть все функции дорогого прицела, но цена действительно дешевого прицела — вы можете найти его на Amazon, нажав здесь. Однако я не буду обсуждать какие-либо особенности этого осциллографа. Все мои советы будут общими и применимы практически к любому осциллографу, представленному на рынке.
Причина №1: Это как мультиметр, но круче!
Странный циклический шум, который я обнаружил в одном из своих блоков питания…
Конечно, основная функция осциллографа — измерение электрических сигналов.
Но это также чертовски полезно для измерения в основном постоянных уровней напряжения. Например, я использовал свой только сегодня, когда проверял выход разных уровней напряжения питания. Он также может делать то, что не может большинство мультиметров: обнаруживать небольшие колебания напряжения питания.
Причина №2: Вы можете использовать их для отладки аналоговых выходов датчиков
Аналоговый выход ИК-датчика расстояния перед вращающимся объектом
У меня куча аналоговых датчиков расстояния. Некоторые из них настоящие, а некоторые — дешевые подделки. Прежде чем я включу один из… гм… более сомнительных датчиков… в схему, я сначала подключу их к моему осциллографу, чтобы измерить, ведет ли себя аналоговый выход должным образом.
Причина № 3: они отлично подходят для обнаружения простых ошибок
Пока я собирал светящуюся фишку для покера, у меня возникли некоторые проблемы с тем, чтобы один из демонстрационных эскизов правильно мигал огнями.
Подключив его к моему осциллографу и измерив период вспышек, я смог определить, что где-то в коде я добавил лишний ноль.
Причина № 4: Осциллографы особенно эффективны при отладке ШИМ-сигналов выходов ШИМ на ATtiny. Оказывается, одна из синхронизированных функций в моем скетче мешала широтно-импульсной модуляции на этом выводе. Я бы, наверное, никогда не понял, почему прямоугольная волна ШИМ не была постоянной, если бы не мой прицел.
Причина № 5: Вы можете использовать осциллографы для отладки коммуникационных шин
Нормально выглядящая шина I2C
Я сделал ремонт, заменив экран на одной из своих визиток на экран и, к моему большому огорчению, весь устройство перестало работать. Я не мог понять почему, пока не прощупал шину I2c дисплея на карте. Я ожидал увидеть контрольные прямоугольные сигналы с нечетными интервалами, указывающие на то, что данные передаются, но на самом деле я обнаружил нечто совершенно иное: при повторной сборке экрана я случайно замкнул линию SDA на землю.
Поскольку данные передаются путем понижения уровня линии SDA, это, очевидно, создавало проблемы. Исправление паяного соединения решило мою проблему.
Причина № 6: они упрощают сбор данных
Прямоугольный сигнал и собранные данные импортируются в Numbers
Многие осциллографы имеют режим экспорта CSV, при котором точки данных собираются в течение нескольких секунд и сохраняются на USB-накопитель. Затем вы можете перенести файл CSV в программу для работы с электронными таблицами, такую как Numbers или Excel, для дальнейшего анализа. Есть масса случаев, когда это было бы полезно, например, когда вы хотите получить точную формулу для тригонометрического сигнала.
Причина № 7: это отличные обучающие инструменты
SPI Clock Line
Мало что можно узнать, глядя на точки в цепи с помощью мультиметра. Имея возможность видеть изменения в форме волны аналоговой схемы в реальном времени или наблюдать, как биты и байты передаются от одного устройства к другому в цифровой цепи, вы можете лучше понять, насколько сложны некоторые цепи действительно есть.
Вы также можете покопаться в своем осциллографе, сняв заднюю панель, чтобы немного узнать об аналоговых/цифровых схемах.
Причина № 8: КТО-ТО СДЕЛАЛ 3D-ОСЦИЛЛОСКОП ИСКУССТВА
Хорошо, возможно, вы не сможете сделать это на прицелах с цифровыми экранами, но все же. Посмотрите, как это здорово:
Причина № 9: Вы можете выполнять сложный математический анализ нескольких сигналов
Вычитание двух идентичных сигналов дает прямую линию
Допустим, вы пытаетесь разработать схему подавителя звука для конкретная частота звука. Вы можете подключить результат схемы глушилки к одному из каналов вашего прицела и подключить звуковую волну к другому каналу. Многие осциллографы позволяют добавлять одну волну к другой. Если вы получаете ровную линию, вы знаете, что ваша схема работает! Это только один пример; есть масса различных сценариев, в которых это было бы полезно.
Причина №10: Они служат отличным фоном/реквизитом для фотографий
У меня заканчиваются полезные сценарии (10 — это много), поэтому я решил добавить в этот пост несколько избыточный вариант использования. Вы действительно можете оживить фотографии своих проектов, включив осциллограф в расфокусированный фон — это добавит фотографии правдоподобия и сделает вас настоящим творцом! Выше моя крошечная фишка для покера с моим осциллографом на заднем плане. Также обратите внимание на домашнюю страницу Hackster.io. Похоже, у нас с фотографом одна и та же модель прицела!
Вот и все! Чтобы увидеть больше моих проектов, пожалуйста, посетите www.AlexWulff.com и мою страницу профиля Hackster . Вы также можете проверить больше моего письма здесь . Если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь, оставьте ответ ниже или напишите мне (контактная информация на моем сайте).
Алекс Вульф
Я создатель и студент Гарварда. Я люблю Arduino, встроенные системы, радио, 3D-печать и разработку для iOS. www.AlexWulff.com
Последние статьи
ПодробнееСтатьи по теме
Что такое осциллограф? – Блог Digilent
Обновлено 26 ноября 2018 г., 12:03 — Ян Этеридж — 1 комментарий
Осциллограф — это тип электронного измерительного прибора, используемого для контроля или анализа сигнала напряжения. Как правило, амплитуда сигнала будет отображаться как функция времени. Сигналы напряжения могут различаться по амплитуде, частоте и общему поведению, поэтому возможность визуальной оценки и количественной оценки сигнала напряжения может быть чрезвычайно важной и полезной. Чаще всего осциллограф имеет два входа сигнала напряжения, так что оба сигнала могут отображаться одновременно, что может быть очень полезно, если вы хотите сравнить входной сигнал с выходным сигналом по таким причинам, как усиление, фазовый сдвиг.
, искажение, период или просто форму волны. Лично я использовал осциллографы для количественной оценки и проверки усиления и фазового сдвига выходного сигнала фильтров или схем усилителя при наличии некоторого входного сигнала. Аналоговые сигналы обычно являются прикладными входами из-за их непрерывного характера, однако некоторые цифровые сигналы также можно анализировать с помощью осциллографа, но обычно лучше наблюдать с помощью логического анализатора по разным причинам (см. мой пост с описанием логических анализаторов).
Выше приведен пример типичного настольного осциллографа, отображающего прямоугольную волну, которая может исходить от цифрового сигнала. Они могут пугать новичков, но если вы начнете с основ, вы обнаружите, что они не слишком сложны для отображения сигналов. Фото отсюда.
Осциллографы также используют так называемый «триггер» для отображения повторяющихся динамических сигналов в воспринимаемом статическом состоянии для анализа. Например: если вас интересует форма сигнала с частотой 1 кГц, осциллограф покажет размытие волн, летящих по экрану.
Поскольку обычно это не очень полезно, триггер определяет событие или условие для запуска процесса сбора данных и отображает это событие или условие в нулевое время. Для базовой работы триггера вы настраиваете параметры триггера так, чтобы они «приспосабливались» к стабильному событию волны, которая повторяется через регулярные промежутки времени. Дисплей, который вы увидите, будет казаться статическим представлением того, что действительно является динамическим сигналом (сигналами), делающими возможными измерения, наблюдения и выводы с более высокими частотами. Для получения дополнительной информации о триггерах ознакомьтесь с моим более подробным сообщением в блоге.
Обычно шкалу оси времени и оси амплитуды необходимо соответствующим образом отрегулировать для сигналов, которые осциллограф (неофициальный термин осциллограф) пытается зафиксировать. Вы можете бесплатно скачать программное обеспечение WaveForms и запустить его в демонстрационном режиме, чтобы получить практический опыт работы с осциллографом, или использовать его с Analog Discovery 2 или Electronics Explorer для анализа собственных сигналов.
Ниже приведен пример снимка экрана осциллографа из WaveForms (с использованием Analog Discovery 2), на котором входной сигнал отображается в сравнении с выходным сигналом фильтра нижних частот (ФНЧ). Вход представляет собой желтоватую кривую, а выход — голубоватую кривую; нанесение их на одну ось упрощает сравнение при анализе влияния ФНЧ на усиление и фазу выходного сигнала по сравнению с входным. Без осциллографа это было бы гораздо более трудоемким и менее интуитивным результатом. Щелкните изображение правой кнопкой мыши, чтобы просмотреть увеличенную версию.
На этом снимке экрана видно, что на этой конкретной частоте (5 кГц) ФНЧ уменьшает сигнал примерно с 2 В до 0,5 В (функция значений резистора и конденсатора) и сдвигает фазу входного сигнала на 90 степени отставания (ожидается для LPF первого порядка). Для теоретического решения можно выполнить математические расчеты, но передача входных и выходных данных на осциллограф может подтвердить ожидаемое поведение и может сэкономить время.
