Осциллограф википедия: Недопустимое название — Викисловарь

Содержание

Осциллограф вики

Осциллограф является одним из основных инструментов, предназначенным для тестирования электронных схем. Этот измерительный прибор отображает форму электрических сигналов, показывает изменение напряжения с течением времени и позволяет понять, что же на самом деле происходит в схеме. Многие из параметров, измеряемых осциллографом, невозможно получить, используя обычный мультиметр. Базовый принцип, лежащий в основе любых осциллографов, один и тот же, но существует целый ряд отличий в способах обработки сигнала. Эти отличия и формируют различные категории осциллографов.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Как научиться пользоваться Осциллографом

Осциллографическая электронно-лучевая трубка


Электронные осциллографы широко используются для исследования формы напряжения сигнала, что особенно важно при ремонте и налаживании телевизоров. На страницах журнала не раз публиковались описания портативных осциллографов. К ним можно отнести осциллограф конструкции Д.

Первый собран на пятипальчиковых лампах, второй — на восемнадцати транзисторах.

Ниже описан электронный осциллограф, который с некоторым допущением можно считать упрощенным вариантом прибора Д.

Он выполнен на двух лампах п электронно-лучевой трубке 5ЛП. По замыслу авторов, он предназначен для ремонта и налаживания блоков строчной и кадровой разверток, а также блока синхронизации современных телевизоров.

В статье описан простой двухламповый осциллограф, изготовление н налаживание которого доступно радиолюбителям средней квалпфикацпп. Осциллограф см. Питается осциллограф напряжением 6,3 в п Дг- -Х в. Чувствительность усилителя вертикального отклоненпя не менее 20 мм на 1 в амплитудного значения напряжения.

Входное сопротпвленпе усплптеля вертикального отклоненпя не менее 5ии ком. Генератор горизонтальной развертки имеет два диапазона: 20—5U гц п 5—20 кгц.

Осциллограф содержит усилитель вертикального отклонения, выполненный на лампе Л2, генератор развертки на лампе н выпрямитель рис. Двухкаскаднын усилитель собран на двойном трподе 6НЗП.

Каждый каскад охвачен обратной связью по току. Катодная цепь каскада не вносит искажений прп усилении сигналов низких частот. Вместо обычной большой блокирующей емкости в цепь катода включен конденсатор небольшой емкости, подобранной экспериментально. Благодаря этому не искажается плоская. Постоянная временп цепп катода выбрана с таким расчетом, чтобы получить наплучшую частотную характеристику.

Первый каскад без искажения усиливает напряжение сигнала до 1,5 в-. Для расширения пределов измерения на входе усплптеля включен ступенчатый компенсированный делитель напряжения. Степень усиления двухкаскадного усилителя можно регулировать потенциометром Л Общин коэффициент усиления усилителя вертикального отклонения равен Переключением резисторов Г?

Это напряжение служит для спнхроннзацпц последнего. С сопротивления анодной нагрузки R2i через разделительный конденсатор Сы усиленное напряжение сигнала подается на вертикальные отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки.

Генератор развертки выполнен на лампе Лх 6Ж5П по схеме с емкостной обратной связью. Как уже сказано выше, генератор синхронизирован непосредственно исследуемым напряжением. Напряжение синхронизации из анодных цепей одного из каскадов усилителя в зависимости от положения переключателя П2 через конденсатор СХ2 п диод Дх полается на управляющую сетку генераторной лампы Лх.

Разделительный диод Дх исключает влияние генератора развертки на источник синхронизирующих импульсов. На горизонтальные отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки через конденсатор С7 подается пилообразное напряжение, амплитуду которого можно регулировать потенциометром Rln.

Электроннолучевая трубка питается выпрямленным напряжением вторичной обмотки трансформатора см. Полная схема выпрямителя показана на рис. Напряжения — е. Индикатором подключения осциллографа к телевизору служит неоновая лампа. Материал из РадиоВики — энциклопедии радио и электроники. Перейти к: навигация , поиск. Персональные инструменты Создать учётную запись Войти. Навигация Заглавная страница Свежие правки Форум Справка.

ЕРМАКОВ В статье описан простой двухламповый осциллограф, изготовление н налаживание которого доступно радиолюбителям средней квалпфикацпп.

Принципиальная схема осциллографа приведена на 4-й стр. Благодаря этому не искажается плоская вершпна импульса. Первый каскад без искажения усиливает напряжение сигнала до 1,5 в- Для расширения пределов измерения на входе усплптеля включен ступенчатый компенсированный делитель напряжения. Admin обсуждение вклад. Maintenance script обсуждение.


Все секреты осциллографа

GitHub is home to over 40 million developers working together to host and review code, manage projects, and build software together. Список электронных компонентов для прототипирования, имеющихся в настоящее время в Фаблабе и у его партнеров. Вы можете бесплатно использовать их для прототипирования своего hardware стартапа или образовательных мероприятий. Совместно с РКСИ мы запустили два курса:.

Подробные программы курсов вы можете посмотреть здесь. Узнать расписание и записаться на ближайший курс можно у Евгения Комова.

спец. построенная с помощью осциллографа кривая, отражающая параметры какого-либо колебательного процесса ◇ Отсутствует пример.

Осциллография

Москва, Пяловская ул. Сводный прайс-лист не является публичной офертой. В связи с изменениями курса валют, и изменением отпускных цен производителями конечная цена может оличаться от указанной. Уточняйте цену на интересующие позиции. Постоянное совершенствование техники осциллографирования привело к тому, что электронно-лучевой осциллограф используется не только как прибор для качественной оценки исследуемого явления, но и как высокочувствительное быстродействующее измерительное устройство. Осциллограф аналоговый С выполнен в металлическом вертикальном корпусе и имеет габаритные размеры: ХХ Размер видимой части экрана ЭЛТ составляет 40Х Масса прибора — 3,5 кг.

Осциллограф С обеспечивает наблюдение сигнала по одному каналу с частотной полосой пропускания 10МГц.

Осциллограмма

Первый эксперимент по односторонней скорости распространения в коаксиальном кабеле был выполнен в Университете Штата Юта в году Торром и Коленом. Устройство состояло из двух рубидиевых часов, размещенных на расстоянии приблизительно м; 5MГц радиочастотный РЧ сигнал распространялся между часами через закопанный коаксиальный кабель, заполненный азотом, поддерживаемом в постоянном давлении 2 фунта на квадратный дюйм. Торр и Колен нашли, что, в то время как время путешествия туда и обратно оставалось постоянным в пределах 0. В течение г. Роланд ДеВитт выполнил самый обширный эксперимент по анизотропии движения РЧ-сигнала в коаксиальном кабеле, накопив данные за дней.

Осциллографическая электронно-лучевая трубка — электронно-лучевая трубка , предназначенная для отображения на люминесцентном экране электрических сигналов. Осциллографическая ЭЛТ представляет собой вакуумированную стеклянную колбу, внутри которой находятся электронная пушка , отклоняющая система и люминесцентный экран.

С1-94 Осциллограф портативный

Эдингбургская шкала послеродовой постнатальной депрессии Описание методики Эдингбургская шкала послеродовой постнатальной депрессии англ. Edinburgh Postnatal Depression Дискератоз врожденный dyskeratosis congenita; син. Вход Регистрация. Все Врачам Пациентам Вики Форум.

осциллограмма

Осциллограф — измерительный прибор, позволяющий оценивать уровень слабых сигналов, их форму и частоту. В осциллографе роль индикатора играет электронно-лучевая трубка, практически идентичная телевизионной. Отличительной особенностью трубки прибора является электростатическая развертка. Главные узлы осциллографа: трубка; система ее питания, содержащая в себе высоковольтный выпрямитель; блок развертки с генератором пилообразного напряжения развертки, прочерчивающий на экране горизонтальную линию; усилитель сигнала. Напряжение подается с усилителя на пластины вертикального отклонения, луч перемещается вверх и вниз и общими усилиями с разверткой изображает график сигнала. Один период определяемого напряжения, отображаемого на экране, соответствует одному горизонтальному прочерку луча относительно одного периода самого сигнала.

Материал из Википедии — свободной энциклопедии. Перенаправление на: Осциллограф. Что такое all-audio.pro Вики является главным информационным.

PDF версия. SunVox — мощный модульный синтезатор и трекер. Идеально подходит для музыкальных экспериментов, поиска нового звучания и новых стилей. Кроссплатформенность программы дает возможность писать музыку где угодно и на чем угодно даже на старых и медленных устройствах.

Цифровой осциллограф — это конструктивное объединение аналогового осциллографа и электронно-вычислительной машины. С его помощью можно не только отображать характеристику напряжения в реальном времени, но и выполнять различные математические операции: складывать и вычитать сигналы в разных каналах, растягивать во времени фрагменты записанного в память сигнала, определять частотный спектр сигнала путём применения быстрого преобразования Фурье и прочее. Входной сигнал u t проходит через масштабирующее устройство усилитель и делитель напряжения и попадает в аналогово-цифровой преобразователь. Задача этого звена — это заменить полученную зависимость дискретной последовательностью кодовых слов Ni мгновенных значений ui этого напряжения. Так продолжается до тех пор, пока не будет выполнено некое заданное условие, например, когда какое-либо ui впервые превысит заданный оператором уровень. После этого, содержимое некоторого количества ячеек ОЗУ переписывается в запоминающее устройство, где каждой ячейке соответствует точка на экране, отличающаяся от фона.

Все права зарезервированы. Вернуться в каталог

Цифровой USB осциллограф Постоловского — мотор тестер. Диагностика двигателя USB осциллограф. Теория, методы, практика , ремонт. Рассылки Subscribe. Цифровой диагностический 8-ми канальный USB осциллогра ф Постоловского предназначен для мониторинга измерения и анализа электрических сигналов автомобилей.

Сам подобный корпус рисовал и печатал. Но Ваше решение понравилось больше! Рад, что корпус понравился! В планах подставочка для него с автономным питанием.


Electronics/qucs — ALT Linux Wiki

[[Annotation::Практические вопросы сборки устройства на макетной плате можно решать в школе под присмотром опытного руководителя. А вопросам изучения собираемого устройства вполне можно посвятить время дома за компьютером с помощью программы Qucs]]

Автор: Author::Владимир Гололобов   Раздел: Section::хобби   Выпуск: Issue::01   Тег: Tag::электроника

Когда-то для школьников были дворцы, были кружки в школе. Сегодня ситуация поменялась, но хорошо ли это?

Как говорят, для создания радиокружка в школе следует на основе методичек составить план занятий, которому и следовать. Возможно. Но ничто не мешает внести в занятия и свой вклад. С моей точки зрения, этому не помешает использование программ моделирования. Так, практические вопросы сборки устройства на макетной плате можно решать в школе под присмотром опытного руководителя. А вопросам изучения собираемого устройства вполне можно посвятить время дома за компьютером. В этом отношении удобно использовать программу Qucs.

Эта программа работает на разных операционных системах. Сейчас на моём компьютере Windows 8. Программа вполне работает с этой операционной системой.

Рис. 1. Программа Qucs в Windows 8


Многие школы едва выкраивают деньги на самое необходимое. Поэтому компьютеры в школе отнюдь не самые новые, а тратить деньги на операционную систему для радиокружка? Не лучше ли использовать в качестве операционной системы ALT Linux в версии, специально разработанной для школы? В ALT Linux программа Qucs есть и работает в полную силу.

Рис. 2. Программа Qucs в ALT Linux


Преимущество использования программы Qucs состоит в том, что она одинаково выглядит и работает как в ALT Linux, так и в Windows. Примеры, используемые в школе на компьютере с ОС ALT Linux, и дома, где у школьников, возможно, ОС Windows 8, остаются теми же, готовыми к использованию.

Конечно, программа Qucs не имеет богатого набора готовых микросхем, выпускаемых промышленностью, которые можно было бы использовать для моделирования. Но и те программы, которые имеют богатые библиотеки, как правило, не имеют в них всех элементов, что могут заинтересовать любителей. Да и принципы, суть, заложенные в ту или иную схему, редко зависят от конкретной микросхемы или конкретного транзистора. Опыты с конкретными деталями можно выполнить в кружке на макетной плате, когда суть и все детали процессов поняты, ясны и не вызывают вопросов.

Я не уверен, что любой радиокружок в школе оснащён всеми необходимыми приборами. В этом смысле даже такой рядовой, но существенный вопрос, как сдвиг фаз в усилителе, который хорошо виден на двухлучевом осциллографе, не так легко показать школьникам. Вместе с тем, сделать это с помощью программы Qucs гораздо легче.

Рис. 3. Сдвиг фаз между напряжением и током


Многие процессы протекают так быстро, что трудно придумать демонстрационную схему, например, используя обычный осциллограф. И вновь программа Qucs может показать этот процесс, а исследовать его на макетной плате можно по косвенным признакам.

Рис. 4. Заряд конденсатора в программе Qucs


Много интересных цифровых схем можно проверить, используя Qucs. Я хочу привести пример, когда совместно с цифровыми элементами в программе присутствуют аналоговые компоненты. В следующей схеме генераторы — это аналоговые генераторы.

Рис. 5. SR-триггер на вентилях 2И-НЕ


Следующим примером мне хотелось бы показать, как работает эта схема при цифровом моделировании. Но возникла проблема… Много раз я рассказывал о программе Qucs, долгие годы программа исправно работала. Но в этот раз при попытке получить таблицу истинности программа выдала ошибку. Проблема возникла при трансляции схемы через vhdl. Я вспомнил, что сталкивался с этой ошибкой раньше, но не мог вспомнить, как её устранить. Спасибо Стефану Бекеру, советом которого я воспользовался. Оказалось, что достаточно в скрытой папке .qucs, которую программа создаёт в домашней директории при первом запуске, создать пустую папку с именем vhdl. Всё заработало. Вот таблица истинности предыдущей схемы.

Рис. 6. Таблица истинности SR-триггера на вентилях 2И-НЕ


Кроме таблицы истинности цифровое моделирование даёт и временные диаграммы. Достаточно изменить вывод результата в свойствах цифрового моделирования.

Рис. 7. Диалоговое окно свойств моделирования


Для динамических процессов очень важно видеть временные диаграммы. Обычный осциллограф потребует приставки для наблюдения за несколькими цифровыми сигналами.

Рис. 8. Временные диаграммы цифровой схемы


Моё любопытство заставляет меня менять операционную систему с появлением новой версии. Но это не всегда разумно. Я хочу рассказать ещё об одной полезной, как мне кажется, для радиокружка программе, но это уже в следующий раз.

__SHOWFACTBOX__

Журнал ALT-review

 

Внешний ЦАП Mini Jack (Troyka-модуль) [Амперка / Вики]

Примеры работы для Arduino

Рассмотрим подключение и примеры работы с платформами Arduino.

Вывод напряжения на осциллограф

Попробуем вывести напряжение треугольной формы на осциллограф.

Схема подключения

Подключите модуль к Arduino к пинам шины I²C — SDA/SCL. Для быстрой сборки используйте Troyka Shield.

С Troyka Slot Shield провода не понадобятся вовсе.

Элементы платы

Микросхема MCP4725

Модуль выполнен на чипе Microchip MCP4725 — 12-разрядный ЦАП, способный генерировать 4096 ступеней выходного сигнала. С управляющими платами микросхема общается по интерфейсу I²C и совместима с логическими уровнями 3,3 и 5 В.

Выход аналогового напряжения

Внешние устройства подключаются к модулю через TRS 3,5 мм (мини-джек), откуда снимается выходной аналоговый сигнал. Максимальный выходной ток сигнала 25 мА.

Troyka-контакты

На интерфейсном модуле выведено две пары Troyka-контактов.

Нижняя группа
  • Сигнальный (A) — пин выбора адреса чипа. При низком модуле адрес модуля 0x62, а при высоком — 0x63.

  • Питание (V) — соедините с рабочим напряжением микроконтроллера.

  • Земля (G) — соедините с землёй микроконтроллера.

Верхняя группа
  • Сигнальный (D) — пин данных шины I²C. Подключите к SDA пину микроконтроллера.

  • Сигнальный (C) — пин тактирования шины I²C. Подключите к SCL пину микроконтроллера.

Принципиальная и монтажная схемы

Характеристики

  • Сенсор: MCP4725

  • Интерфейс: I²C

  • Адрес модуля: 0x62 (по умолчанию), 0x63

  • Разрядность ЦАП: 12 бит (4096 ступеней)

  • Скорость интерфейса: 100 Кбит/с, 400 Кбит/с и 3,4 Мбит/с

  • Выходной разъём: TRS 3,5 мм (мини-джек)

  • Напряжение питания: 3,3–5 В

  • Ток потребления: <50 мА

  • Ток выходного сигнала: <25 мА

  • Габариты: 25,4×25,4 мм

Ресурсы

Относительно пассивных пробников 1: 1 и 10: 1

У меня есть несколько вопросов относительно уменьшения емкостной нагрузки пробников и кабелей осциллографов в случае пробников 10: 1 по сравнению с пробниками 1: 1. Я основываю свое исследование на этих ссылках:

В первой ссылке говорится:

прямой коаксиальный пробник длиной один метр (1X) нагружает цепь емкостью около 110 пФ и сопротивлением 1 МОм.

Поскольку осциллограф имеет 1 МОм || C i n p Cя п р (диапазон до 20 пФ), а коаксиальный кабель добавит 90 пФ / м, это добавит емкостную нагрузку и уменьшит полосу пропускания измеряемых сигналов.

Пробники аттенюатора (10: 1) будут иметь 9 МОм || C (настраиваемый) с той же схемой (опять же, емкость пробника добавляется параллельно и вход OSc [1 МОм | 20 пФ]). Это ослабляет сигнал, но увеличивает полосу пропускания датчика для наблюдения высокоскоростных сигналов, если R p × C p = R o s c × ( C o s c + C l u m p e dк а б л ек а п а с и т а н с д )

R p × Cp =рo s c× (Co s c+Cл у м п е дк а б л ек а п а к и т а н с е)

Я не понимал, как зонд с аттенюатором будет иметь большую полосу пропускания, потому что зонд 10: 1 также будет иметь такую ​​же емкость кабеля (90 пФ / м), которая не уменьшается. Как эта балансировка увеличит полосу пропускания пробника и уменьшит нагрузку на измеряемый сигнал?

Мне не удалось смоделировать и увидеть реальный эффект на измеренный спектр сигнала. Я рассчитал, что импедансы в параллельных ветвях Z1 = R1 || C1, Z2 = R2 || C2 || C3 и Z2 / (Z1 + Z3) должны быть 0,1.

Я использовал оценочную копию Micro-CAP10, чтобы смоделировать это, но получаю странные результаты, если строю график этой величины (Z2 / Z1 + Z2). Я не знаю, какие результаты даст CircuitLab.

Ниже приведена эквивалентная схема, которую я использовал в Micro-CAP10.

смоделировать эту схему — Схема, созданная с помощью CircuitLab

Изменить: эквивалентная схема похожа на 10 МОм, зашунтированный с ~ 14 пФ. Таким образом, эквивалентная нагрузка на измеряемый сигнал снижена до 14 пФ. Но мне непонятно, как прийти к этой эквивалентной схеме. Есть ли способ найти эквивалентную схему более сложного RC?

Групповая задержка в осцилографах и ее влияние на тестирование потоков последовательных данных — Компоненты и технологии

При измерении «глазковых» диаграмм с помощью осциллографов на результат влияет множество факторов, таких как тактовая частота и время нарастания сигналов потока последовательных данных, полоса пропускания и неравномерность АЧХ осциллографа, ФЧХ осциллографа и т. д. Данная статья подробно рассматривает влияние именно ФЧХ или ГВЗ, которое более сложно для понимания и учета, чем влияние АЧХ, но не менее важно.

Введение

В первой части статьи описаны возможные варианты ФЧХ осциллографов: линейные фазовые и минимальные фазовые системы, а также различия между ними. Рассмотрены принципы работы широкополосных фильтров и методы построения линейных и минимальных фазовых систем с помощью наборов таких фильтров. Показано преимущество минимальных фазовых систем при нулевой точке запуска осциллографа и возможность создания данных систем для любого вида импульсной характеристики. Приведены примеры «глазковых» диаграмм потоков последовательных данных для обоих типов фазовых систем и объяснено, почему линейные фазовые системы более предпочтительны в этом случае.

Во второй части статьи рассмотрено влияние характеристики ГВЗ канала осциллографа на измерение потока последовательных данных. На основании простой математической модели проведено имитационное вычисление для объяснения эффекта ГВЗ при использовании «глазковой диаграммы».

Характеристики ГВЗ осциллографа

В последние пять лет компания LeCroy применяет алгоритмы компенсации АЧХ и ФЧХ аналоговых трактов осциллографов с помощью цифровой обработки сигналов (DSP). В результате таких действий достигается отличное качество отображения входных сигналов.

На рис. 1 изображена переходная характеристика осциллографа SDA 11000.

Рис. 1. Переходная характеристика LeCroy SDA 11000

Позднее другие компании по производству цифровых осциллографов также начали использовать DSP в своих разработках. В настоящее время не существует цифровых осциллографов high-end класса, в которых не применяется DSP-коррекция амплитуды и фазы. На рис. 2 изображена переходная характеристика осциллографа, применяющего DSP, производства другой компании, с полосой пропускания и неравномерностью АЧХ примерно аналогичной SDA 11000. Однако, как не трудно заметить, переходные характеристики приборов существенно отличаются по внешнему виду [1]. Основная причина этого — различные ФЧХ. Анализ параметров ФЧХ осциллографов, приводящих к таким различиям в форме переходных характеристик, приводится далее.

Рис. 2. Переходная характеристика высокочастотного осциллографа реального времени Agilent

АЧХ с прямоугольным срезом

Все ЦЗО high-end класса имеют АЧХ с быстрым спаданием после частоты, соответствующей границе полосы пропускания [2]. Скорость спадания за полосой пропускания обычно настолько большая, что позволяет рассматривать АЧХ осциллографа как идеальный фильтр нижних частот. Хотя такая форма АЧХ и оказывает некоторое нежелательное влияние на вид переходной характеристики прибора, но, в то же время, позволяет производителям осциллографов добиваться требуемой сегодня в промышленности полосы пропускания.

Существует два способа моделирования идеальных ФНЧ. Один путь основан на разработке КИХ фильтра с использованием обратного преобразования Фурье импульса sin x/x, что обеспечивает классическую импульсную характеристику sin x/x [3]. Переходная характеристика такой модели идеального ФНЧ имеет значительные осцилляции на вершине и в паузе (эффект Гиббса). Резкий спад АЧХ нежелателен, так как приводит к выбросу и осцилляциям переходной характеристики прибора, но он неизбежен, когда осциллограф имеет ограниченную полосу пропускания. Кроме этого, к нежелательным эффектам можно отнести и то, что данная переходная характеристика, представляющая собой «мгновенную» ступеньку с предосцилляциями, нарушает реальную причинно-следственную связь. (Предвыброс появляется до момента начального воздействия. — Прим. переводчика.)

Другой путь для моделирования идеального ФНЧ — это разработка фильтра Баттерворта высокого порядка для получения большего количества полюсов [4]. В пределе данный фильтр будет иметь мгновенный спад АЧХ, но при этом система не будет иметь предвыбросов.

Обе эти модели систем идеального ФНЧ являются реализуемыми; переходные характеристики для обоих типов моделей приведены на рис. 3. Далее будет показано, что первая модель является линейной фазовой системой, а вторая — минимальной фазовой системой.

Рис. 3. Переходные характеристики минимальной и линейной фазовой систем

Линейная фаза

Концепция систем с линейной фазой и особенно с минимальной фазой очень часто является сложной для понимания. Попробуем объяснить концепцию систем с линейной фазой, при этом разоблачив несколько мифов.

Во-первых, концепция идеальной линейной фазы вытекает из понятия групповой задержки ГВЗ. ГВЗ — это «огибающая» задержки, которую не следует путать с фазовой задержкой. И групповая (1), и фазовая задержки (2) связаны с фазой системы следующими зависимостями [5]:

Фазовая задержка — это временная задержка синусоидального сигнала с постоянной частотой ƒ при его прохождении через систему. ГВЗ — это временная задержка огибающей амплитуды синусоидальных сигналов в узком спектральном диапазоне вокруг частоты ƒ. Видно, что когда фаза зависит от частоты линейно, то и фазовая задержка, и ГВЗ оцениваются постоянным значением задержки. Когда фаза зависит от частоты нелинейно, то ни фазовая задержка, ни ГВЗ также не являются постоянными при изменении частоты.

В обычных системах с ограниченной полосой пропускания ГВЗ возрастает ближе к границе полосы. Причина в том, что граница полосы пропускания определяется наличием одного или нескольких полюсов фильтра, которые увеличивают скорость спадания АЧХ до 20 дБ за декаду и добавляют фазовую задержку 90°. На центральных частотах комплексно сопряженных пар полюсов, там, где отклик АЧХ стремится к пиковому значению, ГВЗ также имеет пиковое значение. При рассмотрении реальной АЧХ осциллографа это означает, что ВЧ-компоненты сигнала при прохождении через систему получают дополнительную задержку. Это явление наблюдается в переходной характеристике в виде «заваленных» фронтов и больших выбросов, поскольку ВЧ-компоненты не попадают на выход системы одновременно с фронтом, а оказываются там уже после фронта.

Многие из пользователей привыкли считать, что линейная фаза является самым лучшим видом ФЧХ. В системах телекоммуникации и аудиовещания это действительно так, но для систем контроля такое решение непригодно.

Миф: идеальная ФЧХ системы описывается линейной фазой, так же как идеальная АЧХ системы описывается постоянным значением.

Автор считает это мифом, потому что невозможен отклик для системы с ограниченной полосой пропускания без введения задержки. Нельзя линеаризовать фазу системы с ограниченной полосой пропускания без введения дополнительной задержки.

Задержка для систем с линейной фазой иногда является недопустимой. Для иллюстрации данной ситуации рассмотрим импульс на рис. 3. Импульс справа был получен с использованием фильтра Баттерворта пятого порядка. Фильтр Баттерворта является широкополосным и поэтому имеет бесконечную импульсную характеристику. Это означает, что выход системы зависит не только входного сигнала, но и от внутренних элементов памяти системы, которые теоретически запоминают предыдущее состояние (рекурсивные фильтры — прим. переводчика). Импульс слева получен на линейной системе и выглядит так, если бы был получен с использованием КИХ фильтра Sin(x)/x. Тем не менее, это не так, и данный факт поможет опровергнуть следующий миф: КИХ фильтры имеют линейную фазу, а БИХ фильтры — нет.

На самом деле легко рассчитать КИХ фильтр с линейной фазой. Очень сложно рассчитать БИХ фильтр с линейной фазой.

И как следствие: очень сложно рассчитать КИХ фильтр с минимальной фазой. Но легко рассчитать БИХ фильтр с минимальной фазой.

Действительно, большинство КИХ фильтров разрабатываются изначально как КИХ фильтры с линейной фазой, так как разработчик может выбрать тот вид фазы, который он хочет. Как правило, выбирают линейную фазу.

Примерно по этим же причинам выбираются более очевидные симметричные КИХ фильтры (то есть симметричные относительно центрального пика импульсной характеристики): симметрия приводит к линейной фазе. БИХ фильтры обычно разрабатывают, используя технику проектирования аналоговых фильтров, а большинство аналоговых фильтров является широкополосными и с минимальной фазой (или точно не с линейной фазой), пока не предприняты специальные корректирующие меры.

Широкополосные фильтры

Импульс на рис. 3 на самом деле также получен с помощью фильтра Баттерворта пятого порядка с дополнительной фазовой компенсацией, разработанной для линеаризации фазы.

На рис. 4 изображено положение полюсов и нулей системы для генерации переходной характеристики рис. 3. Полученная система является БИХ фильтром с практически линейной фазой. При этом важно отметить, что обе системы имеют совершенно одинаковую АЧХ. Другими словами, добавление красных полюсов и нулей на рис. 4 не влияет на АЧХ системы.

Рис. 4. Расположение нулей и полюсов для переходной характеристики, изображенной на рис. 3, в цифровой (плоскость Z-преобразования — прим. переводчика) и аналоговой плоскости (S-плоскость преобразования Лапласа — прим. переводчика)

Для пояснения принципа построения такой системы рассмотрим рис. 5. На нем изображены эффекты индивидуальных полюсов и нулей в S-плоскости. Как следует из аппроксимации Боде, полюс приводит к ослаблению амплитуды на 3 дБ и запаздыванию фазы на 45° на частоте полюса. Это ведет к несущественным искажениям по амплитуде и фазовой задержке задолго до частоты полюса и к ослаблению 20 дБ за декаду и задержке 90°. Полюсы могут располагаться только в левой плоскости, иначе система будет нестабильной. Нули в левой плоскости имеют в точности обратный эффект относительно полюсов и будут отменять действие полюса, если размещаются прямо над ним. Правая плоскость нулей, в отличие от полюсов, является абсолютно легальной и имеет такой же амплитудный отклик, как и левая их плоскость, но обратный фазовый эффект. Нули в правой плоскости имеют обратный эффект по амплитуде относительно полюсов, но такой же эффект по фазе.

Рис. 5. Характеристики нулей и полюсов в левой и правой полуплоскости

Упомянутый эффект часто используется для фазовой компенсации при разработке широкополосных фильтров. Эти фильтры используют комбинацию нулей в правой плоскости и полюсов в левой, расположенных для компенсации амплитудных откликов друг друга. При этом фазовый эффект удваивается. То есть сопряжение полюсов в левой плоскости и нулей в правой обеспечивает отсутствие амплитудных окликов, но дает запаздывание по фазе 90 градусов на частоте полюса/нуля и запаздывание 180 градусов далеко за этой частотой. Можно видеть на рис. 4, что полюса и нули, используемые для фазовой компенсации, организованы как набор широкополосных фильтров. В таблицах 1 и 2 приведены некоторые характеристики цифровых широкополосных фильтров.

Таблица 1. Параметры широкополосного фильтра первого порядка

Таблица 2. Параметры широкополосного фильтра второго порядка

Коррекция ГВЗ осуществляется путем каскадного включения множества широкополосных фильтров. На рис. 6 красной линией показана характеристика ГВЗ фильтра Баттерворта пятого порядка, а синие линии — эффекты ГВЗ набора широкополосных фильтров. Розовая линия — это комбинированная ГВЗ каскада фильтров, а желтая — конечная ГВЗ системы.

Рис. 6. Линеаризация групповой задержки

Таким образом, на рис. 6 наглядно представлена стратегия по линеаризации фазы.

Видно, что широкополосный фильтр Баттерворта вносит не просто задержку, а нелинейную задержку. И существует только один способ коррекции нелинейного эффекта задержки — применение системы, которая задерживает одни частотные компоненты меньше, чем другие, но при этом вносит в общую систему добавочную задержку.

Минимальная фаза

Будем учитывать тот факт, что широкополосные фильтры не вносят амплитудных искажений. На рис. 4 можно видеть, что бесконечное число комбинаций широкополосных фильтров, добавляемых к фильтру Баттерворта 5-го порядка, будет иметь одну и ту же амплитудную характеристику, но различные значения ГВЗ. При этом весь набор в целом приведет к большей задержке сигнала, чем одиночный фильтр Баттерворта. Плюс к этому, есть только один путь добавления нулей и полюсов к фильтру Баттерворта, при котором не вносятся изменения в амплитуду. Это добавление широкополосных секций, которые всегда имеют нули в правой полуплоскости (или нули вне единичной окружности в цифровой области). Отсюда следует определение минимальной фазовой системы [6]: в теории управления и цифровой обработки сигналов линейная, постоянная во времени система является минимально фазовой, если система и ее отображение существуют и стабильны.

Из этого определения видно, что все нули минимальной фазовой системы должны быть в левой полуплоскости (внутри единичной окружности), иначе невозможно инвертировать систему, так как в инверсной системе нули обращаются в полюса. Таким образом, легко создавать минимальные фазовые системы, заранее планируя расположение нулей и полюсов системы. На рис. 5 показано, что амплитудный эффект нулей не зависит от того, лежат ли они в правой или левой полуплоскости. Так что создание минимальной фазовой системы достигается простым передвижением любых нулей правой полуплоскости в левую. В S-плоскости это означает изменение знака реальной части нуля. В цифровой области это означает взятие комплексно сопряженного с данным положения нуля. На рис. 3 видно, что, если провести такое передвижение, то все нули правой полуплоскости будут размещаться над добавленными полюсами для фазовой компенсации, и минимальная фазовая система будет просто исходным фильтром Баттерворта 5-го порядка.

Такая процедура также хорошо применима для всех бесполюсных фильтров. Если известна импульсная характеристика системы (3), то известны и коэффициенты КИХ-фильтра, определяющего данную систему:

Если использовать первые 50 точек импульсной характеристики линейной фазовой системы, изображенной на рис. 3, и рассматривать их как полином в виде уравнения (3), то можно найти корни этого полинома, которые будут являться нулями бесполюсного КИХ фильтра, обеспечивающего данный отклик системы. Расположение нулей показано на рис. 7. Здесь же отображено положение нулей минимальной фазовой системы, полученное простым перемещением нулей, расположенных вне единичной окружности, вовнутрь. Напомним, что это не приводит к изменению АЧХ системы.

Рис. 7. Расположение нулей минимально фазовой и не минимально фазовой бесполюсных систем

Затем возьмем найденные нули минимальной фазовой системы и подставим их обратно в (3). Из этого уравнения получается импульсная характеристика минимальной фазовой системы. На рис. 8 показана рассчитанная из импульсной характеристики переходная характеристика для системы с линейной фазой и фильтра Баттерворта. Видно, что отклики минимальной фазовой системы и фильтра Баттерворта идентичны. Отклики отображены в реальном временном масштабе относительно начального воздействия в нулевой момент времени.

Рис. 8. Сравнение переходных характеристик минимально фазовой и линейной фазовой систем

На рис. 8 показано несколько моментов. Во-первых, он отображает реальные соотношения между фронтом переходной характеристики и временем начального воздействия. В линейной фазовой системе отклик появляется намного позже начального воздействия. Причиной чего является задержка низкочастотных компонентов в дополнительной фазолинеаризующей системе, чтобы согласовать их со временем прохождения ВЧ-компонентов. Реакция минимальной фазовой системы следует немедленно после начального воздействия.

На рис.3 легко определить временное положение начального воздействия для фильтра Баттерворта. Намного труднее это сделать в линейной фазовой системе — начальное воздействие происходит намного раньше. Этот факт показывает несколько необычный или преждевременный эффект в работе линейной фазовой системы. В осциллографе при использовании компенсации ГВЗ задержка, возникающая из-за цифровой фильтрации, влияет на положение точки запуска.

Во-вторых, рис. 8 демонстрирует, что минимальная фазовая система имеет отклик, следующий сразу же за начальным воздействием. То есть данная система имеет минимальную задержку во времени реакции для формирования амплитудного отклика на входное воздействие. Поэтому минимальная фазовая система также является системой с минимальной задержкой.

Исходя из полностью преждевременного режима линейной фазовой системы, делаем вывод, почему такая характеристика из-за ее большой вносимой задержки не является лучшим выбором. В линейной фазовой системе все частотные компоненты прибывают на выход одновременно, но с дополнительной задержкой. Одновременный приход компонентов желателен с точки зрения получаемых искажений сигнала и поэтому широко используется для аудиосистем, где дополнительная задержка не так важна. В системах телекоммуникации и связи дополнительная задержка может быть как важным параметром, так и нет. Однако в системах контроля дополнительная задержка имеет огромное значение, и поэтому минимальные фазовые системы более желательны с точки зрения контроля.

Создание минимальных фазовых систем

В предыдущем разделе была ссылка, что создание минимальной фазовой системы легко осуществляется по положению нулей и полюсов системы — простым переносом нулей в левую полуплоскость (или внутрь единичной окружности). Основной проблемой является то, что положение нулей и полюсов обычно неизвестно. Все классические БИХ фильтры (Баттерворта, Чебышева и т. д.) являются минимально фазовыми, потому что они являются идеальными фильтрами (это фильтры с одними полюсами), поэтому разработать минимально фазовый БИХ фильтр легко. При разработке КИХ фильтров проблемой является то, что они рассчитываются прямым определением импульсной характеристики — аналогично примеру с уравнением (3). Таким образом, путем для создания минимально фазовой системы является расчет КИХ фильтра, нахождение корней полинома, описывающего его импульсную характеристику, перенос лежащих вне единичной окружности нулей вовнутрь и перестроении полинома. Нахождение корней является главной проблемой. Существует много методов этого действия [7], но они хорошо работают для полиномов не очень большого порядка. Опыт расчетов в MathCAD начинал давать сбои при порядке полинома около 30. Программа, созданная автором статьи, основана на числовых методах, но дает сбои при порядке полинома около 50. Можно сказать, что нахождение корней КИХ фильтра 200-го порядка — не очень простая для реализации вещь.

Для поиска путей решения этой проблемы автор просмотрел много статей, посвященных непосредственному нахождению корней, и нашел отличный вариант. Данное решение представляет собой алгоритм, преобразующий любой КИХ фильтр в КИХ фильтр с минимальной фазой очень простым образом. Алгоритм приведен в уравнении (4), а подробности его работы описаны в [8]. Главным является то, что он воспроизводит точно такую же импульсную характеристику, что соответствует минимальной фазовой системе на рис. 8, но без усилий по нахождению корней.

Минимальная и линейная фазовые системы в осциллографе

Компания LeCroy всегда старалась построить системы с минимальным фазовым откликом, потому что считает его более естественным и не нарушающим причинно-следственную связь. Другие крупные изготовители осциллографов стараются обеспечить линейную фазу в системе, наверное потому, что считают наилучшим этот вид отклика.

Мнение автора, что отклик минимальной фазовой системы является лучшим вариантом для систем с ограниченной полосой пропускания. Однако есть один хороший аргумент для использования систем с линейной фазой при исследовании потоков последовательных данных и построении «глазковых» диаграмм. На рис. 9 показаны отклики осциллографа LeCroy SDA 11000 на импульс с фронтом 30 пс и на поток Гбит/с. Можно заметить, что переходная характеристика с нарушенной причинно-следственной связью переходит в симметричную «глазковую» диаграмму. Более естественная переходная характеристика минимальной фазовой системы переходит в немного несимметричную «глазковую» диаграмму. При этом маски, используемые для тестирования «глазковых» диаграмм, не разрабатывались в расчете на любую несимметрию — типичная ситуация для стандартов на соответствие. По этой причине теперь пользователи осциллографов LeCroy могут выбирать между линейной и минимальной фазовой системами.

Рис. 9. Сравнение сигнала потока 5 Гб/с, отображаемого на LeCroy SDA 11000, c линейным фазовым фильтром и минимальным фазовым фильтром

В итоге линейные фазовые системы могут быть лучшим решением для построения «глазковых» диаграмм. Однако свое распространение они получили по другой причине. Хотя при проведении многих измерений оговариваются амплитудные характеристики осциллографа: полоса пропускания, неравномерность АЧХ и т. д., фазовые характеристики обычно не рассматриваются. Это связано с тем, что очень тяжело определить влияние параметров фазы или ГВЗ в частотной области, если система имеет фазу, отличную от линейной. Другими словами, легко предсказать отклик во временной области для линейной фазовой системы и очень трудно сказать что-нибудь об отклике во временной области системы с нелинейной фазой (не имея в виду простое визуальное наблюдение импульсной или переходной характеристики).

Эффект ГВЗ

Эффект ГВЗ может быть просто пояснен с использованием концепции проблемы рассеивания. Проблема рассеивания определяется как отношение амплитуд сигналов самой высокой и самой низкой частоты в линии передачи [9]. Данное определение рассматривает только амплитудный отклик основной компоненты самой короткой и самой длинной периодически повторяющейся последовательности в потоке последовательных данных.

Для визуализации эффекта ГВЗ разработана простейшая модель (рис. 10). Созданы 16 комбинаций — все возможные для последовательности из 4 бит. Наблюдение результирующей «глазковой» диаграммы осуществляется в точке расположения второго бита. Все комбинации сгруппированы по трем категориям. Первая категория содержит последовательность 101010…, которая из-за ограниченной полосы пропускания модели системы обеспечивает только основную компоненту на максимально возможной частоте. Вторая категория содержит последовательность 11001100…, которая обладает только нечетными гармониками. В данной модели третья гармоника будет вырезана из-за ограниченной полосы пропускания и останется только основная компонента. Третья категория содержит изолированные последовательности битов: возможны все оставшиеся комбинации. Эти последовательности содержат как четные, так и нечетные гармоники. Изза ограничения полосы пропускания останется только вторая гармоника. Данная вторая гармоника будет появляться в том же месте, где и основная гармоника для последовательности 101010….

Рис. 10. Упрощенная модель для наблюдения эффекта ГВЗ

Рис. 11 отображает MathCAD-процедуру, используемую для генерации битовых последовательностей, измерения частотного содержания, ограничения полосы пропускания и позволяющую грубо моделировать эффект ГВЗ путем вариации фазы высокочастотных компонентов.

Рис. 11. Процедура MathCAD для моделирования эффекта ГВЗ

Процедура MathCAD, изображенная на рис. 11, используется для создания анимации эффекта ГВЗ путем изменения фазы самого высокочастотного компонента от –90° до 90°. Изменение фазы только одной частотной компоненты имитирует эффект нелинейной фазовой системы. Положительная фаза означает опережение данной высокочастотной компоненты относительно других (отрицательная ГВЗ). На рис. 12 показано влияние фазового сдвига на «глазковую» диаграмму.

Рис. 12. Влияние фазового сдвига на «глазковую» диаграмму

Во-первых, красная линия — последовательность 11001100… — не передвигается. Это связано с тем, что она содержит только одну частотную компоненту, параметры которой не изменяются. Во-вторых, основным эффектом является передвижение желтой синусоиды по «глазковой» диаграмме. Это зависит от того, что соответствующая последовательность содержит также только одну частотную компоненту, фазу которой мы изменяем. В-третьих, наблюдается эффект сжатия сторон «глазковой» диаграммы из-за синей линии. Это происходит при изменении задержки второй гармоники относительно основной. Можно заметить, что данный эффект не влияет на закрытие «глазковой» диаграммы. Также видно, что при условиях фазовых искажений повышение в амплитуде любой из частотных компонент не приводит к открытию «глазковой» диаграммы.

Заключение

Надеемся, что данная статья осветила некоторые вопросы, касающиеся фазовых характеристик осциллографа и их влияния на переходную характеристику, которые необходимо учитывать при измерениях и интерпретации их результатов. Поскольку фазовые характеристики так же важны (в том числе при исследованиях потоков последовательных данных), как и амплитудные, и, вероятно, тоже нуждаются в компенсации.

Литература

  1. Pupalaikis P. J., LaMarche F. Digital Group Delay Compensator, US Patent Appliation 10/678,374, (10/7/2002).
  2. Pupalaikis P. J., Yudin E. Eye Patterns in Scopes, DesignCon. 2005.
  3. Higgens R. J. Digital Signal Processing in VLSI. Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ. 1990.
  4. Parks T. W., Burrus C. S. Digital Filter Design. (John Wiley & Sons, 1987), 162–171.
  5. Smith J. O. Introduction to Digital Filters, May 2004 Draft, http://ccrma.stanford.edu/~jos/filters/
  6. Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Minimum_phase
  7. Press H. W., Teukolsky S. A., Vetterling W. T., Flannery B. P. Numerical Recipes in C, Second, Edition, (Cambridge University Press, 1992), Section 9
  8. Niranjan Damera-Venkata, Evans B. L. and McCaslin S. R., Design of Optimal Minimum Phase FIR Filters Using Discrete Hilbert Transforms, IEEE Transactions on Signal Processing, Volume 48, Issue 5, May 2000.
  9. Johnson H. and Graham M., High-Speed Signal Propagation, (Prentice Hall, 2003).

Вобулятор — Википедия

А вобулятор электронное устройство, в основном используемое для юстировки приемника или передатчика промежуточная частота полоски. Обычно он используется вместе с осциллограф, чтобы обеспечить визуальное представление о приемнике полоса пропускания чтобы было видно, что упрощает выравнивание; он использовался для настройки ранних потребительских радиоприемников AM. Термин «вобулятор» — это чемодан колебания и осциллятора. «Вобулятор» (без заглавных букв) — это общий термин для ВЧ-генератора с качающейся частотой, описанного выше, частотно-модулированного генератора, также называемого «генератор развертки»большинством профессиональных инженеров и техников-электронщиков.[1] Вобуляторы использовались в некоторых старых генераторах микроволновых сигналов для создания частотной модуляции. Это физически изменило размер клистрон полости, поэтому изменяя частоту.

Если написано с заглавной буквы, «Wobbulator» относится к торговому наименованию конкретной марки генератора выравнивания RF / IF. Воббулятор был произведен компанией, известной как «TIC».[2] (Tel-Instrument Company), хотя, по слухам, существуют некоторые подразделения под торговыми марками «Allen B. Du Mont Laboratories» и «Stromberg-Carlson». По всей видимости, они были изготовлены по какой-то форме лицензии и маркированы именем лицензиата, подобно тому как Radio Corporation of America через дочернюю компанию Hazeltine Corp. лицензировала свою конструкцию телевизионного шасси KCS-20A (используется в моделях 630TS, 8TS30 и т. другие производители телевизоров (Air King, Crosley, Fada и др.) для производства под их торговыми марками. Генератор вобулятора, обозначенный как модель 1200A, сочетал функции развертки и маркера в одном автономном устройстве с кнопочным управлением, которое при подключении к тестируемому осциллографу и телевизионному приемнику отображало кривые отклика РЧ / ПЧ приемника с помощью маркеры », определяющие опорные точки критической частоты в виде кривой отклика на экране осциллографа. «Рекламное объявление». Мир электроники. 61. 1959. с. 146.

Осциллограф

Осциллограф , ранее называвшийся осциллографом [1] [2] и неофициально известный как осциллограф или о-скоп , CRO ( для электронно-лучевого осциллографа) или DSO (для более современного цифрового запоминающего осциллографа ), является типом электронный контрольно-измерительный прибор , который графически отображает изменение напряжения сигнала , обычно в виде откалиброванного двумерного графика зависимости одного или нескольких сигналов от времени. Затем отображаемую форму волны можно проанализировать на такие свойства, как амплитуда , частота , время нарастания ., временной интервал, искажение и др. Первоначально для расчета этих значений требовалось вручную измерять форму сигнала по шкалам, встроенным в экран прибора. [3] Современные цифровые приборы могут вычислять и отображать эти свойства напрямую.

Осциллограф можно настроить таким образом, чтобы повторяющиеся сигналы отображались на экране в виде постоянных сигналов. Запоминающий осциллограф может фиксировать одно событие и непрерывно отображать его, поэтому пользователь может наблюдать за событиями, которые в противном случае появлялись бы слишком быстро, чтобы их можно было увидеть напрямую.

Осциллографы используются в науке, медицине, машиностроении, автомобилестроении и телекоммуникационной отрасли. Приборы общего назначения используются для обслуживания электронной аппаратуры и лабораторных работ. Осциллографы специального назначения могут использоваться для анализа автомобильной системы зажигания или для отображения формы волны сердцебиения, например, в виде электрокардиограммы .

Ранние осциллографы использовали электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) в качестве элемента отображения (поэтому их часто называли CRO) и линейные усилители для обработки сигналов. В запоминающих осциллографах использовались специальные запоминающие ЭЛТ для поддержания устойчивого отображения одного короткого сигнала. Позже CRO были в значительной степени вытеснены цифровыми запоминающими осциллографами (DSO) с тонкопанельными дисплеями , быстрыми аналого-цифровыми преобразователями и процессорами цифровых сигналов . DSO без встроенных дисплеев (иногда называемые дигитайзерами) доступны по более низкой цене и используют компьютер общего назначения для обработки и отображения сигналов.

Трубка Брауна была известна в 1897 г., а в 1899 г. Джонатан Зеннек оснастил ее пластинами, формирующими луч, и магнитным полем для зачистки трассы. [4] Ранние электронно-лучевые трубки применялись экспериментально для лабораторных измерений еще в 1920-х годах, но страдали плохой стабильностью вакуума и катодных эмиттеров. В 1931 г. В. К. Зворыкин описал постоянно герметизированную высоковакуумную электронно-лучевую трубку с термоэлектронным излучателем. Этот стабильный и воспроизводимый компонент позволил General Radio изготовить осциллограф, который можно было использовать вне лабораторных условий. [3] После Второй мировой войны излишки электронных деталей стали основой для возрожденияHeathkit Corporation и комплект осциллографа за 50 долларов, сделанный из таких деталей, доказали свой успех на рынке.

Аналоговый осциллограф обычно делится на четыре части: дисплей, элементы управления по вертикали, элементы управления по горизонтали и элементы управления триггером. Дисплей обычно представляет собой ЭЛТ с горизонтальными и вертикальными опорными линиями, называемыми координатной сеткой . ЭЛТ -дисплеи также имеют элементы управления фокусировкой, интенсивностью и искателем луча.


Осциллограф Scopy [Analog Devices Wiki]

Осциллограф состоит из центрального графика сигналов и панели управления с настройками различных опций прибора. На графике отображаются формы сигналов, которые захвачены на доступных каналах осциллографа.

Для переключения на этот прибор нажмите на кнопку Осциллограф в левом меню.

Функция калибровки автоматически запускается для осциллографа, когда Scopy подключается к устройству M2k.

Видео

Общий

Панель управления выдвигается и выдвигается с правой стороны экрана, и ее можно открыть, нажав кнопку любого элемента с правой стороны нижней строки меню. Элементы могут быть:

  • Настройки канала

  • Курсоры

  • Мера

  • Триггер

Список каналов доступен в левой части нижней строки меню.Канал можно активировать/деактивировать, нажав переключатель слева от названия канала. Настройки канала для каждого включенного канала можно открыть с помощью кнопки, расположенной справа от названия канала.

При нажатии на канал выбирается название канала. Одновременно может быть выбран только один канал. Настройки курсоров и измерений будут применяться (если они включены нажатием соответствующих переключателей) к выбранному каналу.

Настройки канала:

  • База времени : – Ее можно изменить, нажимая кнопки +/- или вводя значение в поле редактирования.Нажатие на центр круга диапазона позволяет переключаться между режимами точного и грубого измерения. Выпадающее меню доступно для выбора подходящей единицы измерения.

  • Положение по горизонтали : – Его можно изменить, нажимая кнопки +/- или вводя значение в поле редактирования. Нажатие на центр круга диапазона позволяет переключаться между режимами точного и грубого измерения. Выпадающее меню доступно для выбора подходящей единицы измерения.

  • Вольт/дел : – Можно изменить, нажимая кнопки +/- или вводя значение в поле редактирования.Нажатие на центр круга диапазона позволяет переключаться между режимами точного и грубого измерения. Выпадающее меню доступно для выбора подходящей единицы измерения.

  • Положение по вертикали : – Его можно изменить, нажимая кнопки +/- или вводя значение в поле редактирования/перетаскивая осциллограмму на экране вертикально, используя маркеры смещения слева от графика. Нажатие на центр круга диапазона позволяет переключаться между режимами точного и грубого измерения. Выпадающее меню доступно для выбора подходящей единицы измерения.

  • Толщина канала : Изменяет толщину линии сигнала выбранного канала, отображаемого на холсте графика.

  • Затухание пробника : Указывает используемое затухание пробника.

  • Глубина памяти : Этот элемент управления предоставляет пару значений, соответствующих каждому значению базы времени. Это увеличивает количество полученных выборок и частоту выборки.

  • Программное обеспечение связи по переменному току : Если эта функция включена, блокируется постоянная составляющая сигнала.Это полезно, когда сигнал слишком велик для текущих настроек графика, видя, как он центрирует сигнал при нуле вольт.

  • Autoset : Автоматически регулирует смещение, диапазон, частоту и конфигурацию запуска на основе входных сигналов. Перед использованием этой функции пользователь должен запустить осциллограф.

При нажатии кнопки «Общие настройки» на правой боковой панели появится флажок, предоставляющий возможность расчета и построения БПФ и представления XY полученных сигналов.Как показано на следующем рисунке, если включен вид XY, в правом боковом меню появляется новый раздел, позволяющий пользователю выбирать каналы, используемые для каждой оси графика, и тип графика.

Осциллограф может экспортировать текущие данные в формате .csv. Чтобы открыть панель настроек экспорта, нажмите кнопку с колесиком, расположенную в верхней правой части экрана. С помощью переключателя «Экспортировать все» вы можете выбрать и экспортировать данные из всех доступных каналов или создать собственный выбор с помощью раскрывающегося списка.Решив, какие каналы следует экспортировать, нажмите «Экспорт» и выберите файл.

Нажатие кнопки (+) справа от двух кнопок выбора каналов откроет панель, которая позволяет пользователю добавлять математические каналы или эталонные каналы. На панели Math пользователь может вычислять различные уравнения, используя также сигналы, полученные по каналам. После определения уравнения нажатием кнопки «Применить» функция подтверждается. Затем, нажав «Добавить канал», добавляется новый канал и отображается график уравнения.

Маленькие белые квадраты справа от названий инструментов управляют функциями запуска/остановки инструментов, позволяя пользователю запускать и останавливать инструмент, не отображая этот инструмент на текущем дисплее. Щелчок по названию осциллографа вызывает верхний уровень двухканального осциллографа Scopy, как показано на следующем рисунке.

Канал 1 включается и выключается нажатием на оранжевый круг, а канал 2 включается и выключается нажатием на фиолетовый кружок.Включенный канал обозначается закрашенным кружком, а выключенный канал обозначается пустым кружком. Цвета осциллограмм соответствуют цветам кружков.

Настройка тестового сигнала

Для того, чтобы представить базовую работу осциллографа, требуется источник сигнала, поэтому мы будем использовать двухканальный генератор сигналов Scopy для генерации синусоидальных волн, которые будут применяться к двум каналам осциллографа. Осциллограф имеет два симметричных входа, а генератор сигналов имеет два несимметричных выхода, поэтому мы можем подключить положительные стороны входов осциллографа к выходам генератора сигналов, а отрицательные стороны входов осциллографа к земле.Для выполнения этих подключений полезен четырехконтактный однорядный разъем, а проводные соединения следующие:

  • Желто-оранжевый (выход генератора сигналов 1 на положительный вход осциллографа 1)

  • Черный (рядом с желтым) — оранжевый/белый (заземление на отрицательный вход осциллографа 1)

  • Желтый/бело-синий (выход генератора сигналов 2 на положительный вход осциллографа 2)

  • Черный (рядом с желтым/белым) – синий/белый (заземление на отрицательный вход осциллографа 2)

Генератор сигналов вызывается щелчком по названию «Генератор сигналов» в меню прибора.Генератор сигналов инициализируется с включенными обоими каналами и требует только выбора формы волны, амплитуды и частоты. Нажмите на меню «Канал 1» и установите форму волны для «синуса», амплитуду для 4 вольт, частоту для 1 кГц и смещение для 2 вольт. По завершении настройки нажмите «Выполнить», как показано на следующем рисунке. Записи можно вводить, вводя числа напрямую и нажимая «Ввод» или нажимая на элементы управления «+» и «-», а единицы измерения можно выбирать непосредственно под числами.

Настройка масштаба по горизонтали и вертикали

Откройте двухканальный осциллограф, нажав на название «Осциллограф» в меню прибора. Осциллограф инициализируется с обоими активными каналами, поэтому канал 2 должен быть отключен для просмотра только канала 1. Откройте настройки канала для канала 1 и отключите программную связь по переменному току. Затем установите временную базу на 500 мкс /дел и масштаб по вертикали на 1 В /дел и нажмите «Выполнить», как показано на следующем рисунке.
Чтобы заблокировать постоянную составляющую сигнала, включите функцию связи по переменному току для первого канала. Теперь сигнал должен быть сосредоточен на нулевом вольте. Вы также можете изменить глубину памяти, используя раскрывающийся список, увеличив количество выборок и частоту дискретизации, как показано на следующем рисунке. Если горизонтальное положение триггера изменяется в режиме глубины памяти, глубина памяти будет установлена ​​на версию по умолчанию, потому что количество выборок перед триггером ограничено 8k.

Запуск осциллографа

Основные настройки триггера осциллографа выполняются щелчком по меню «Триггер», которое появляется, как показано на рисунке ниже. В этом примере мы настроили осциллограф на запуск по переднему фронту входного сигнала канала 1 при уровне 0 вольт. Также предусмотрен гистерезис для повышения производительности запуска по зашумленным сигналам запуска. Затем устанавливается значение гистерезиса для канала, используемого в качестве источника запуска.

Выполнение измерений сигналов с использованием курсоров

Курсоры измерения доступны для временной развертки и вертикальной шкалы, и доступ к ним можно получить, щелкнув элемент управления «Курсоры», расположенный в нижней правой части дисплея Scopy.Доступ к меню курсора осуществляется нажатием на значок меню рядом с меткой «Курсоры». Меню курсора появляется справа на дисплее Scopy и позволяет индивидуально включать и выключать каждую пару курсоров. Курсоры временной развертки показывают абсолютное время относительно горизонтального управления положением, а также Δt и частоту, рассчитываемую как 1/Δt. Курсоры вертикальной шкалы указывают абсолютное напряжение, а также ΔV. Курсоры перемещаются путем перетаскивания элементов управления со стрелками вверх/вниз, расположенных на концах курсора.

Показания курсора можно отобразить в любом углу графика с помощью элемента управления «Позиция» в правом боковом меню. Также прозрачность Показания можно изменить с помощью соответствующего элемента управления из правого бокового меню. На следующем рисунке показан сигнал 4 V 1 кГц с включенными вертикальным и горизонтальным курсорами.

Использование встроенных функций измерения сигналов

Scopy может выполнять математические расчеты непосредственно на выборочных данных, и доступ к ним можно получить, щелкнув элемент управления «Измерение», расположенный в нижней правой части дисплея Scopy.Доступ к меню измерений осуществляется щелчком по значку меню рядом с меткой «Измерение». Меню измерений появляется справа на дисплее Scopy и предоставляет пользователю доступ ко многим измерениям сигнала. На следующем рисунке показаны все доступные измерения сигналов, к которым можно получить доступ, переключив функцию «Показать все» в положение «включено». Измерения и статистику можно активировать с помощью функции «Показать все» или отдельно с помощью пользовательского раскрывающегося списка, как показано на следующем рисунке.

Работа с математическими каналами

Математические каналы можно добавить в инструмент, нажав кнопку плюс (+), расположенную в нижней строке меню рядом с «Канал 2». В открывшемся меню будут элементы управления для добавления математических каналов и опорных каналов. Если на панели выбрана вкладка «Математика», откроется меню конфигурации математики, в котором будут элементы управления для вставки математического выражения для каналов, которые будут добавлены. Выражение можно ввести напрямую или отредактировать с помощью математической панели, которая содержит цифры, различные математические функции, математические операции и раскрывающийся список «t», представляющий данные из аппаратных каналов.Следующим шагом является нажатие кнопки «Применить», которая проверяет правильность выражения. Строка под выражением станет зеленой для допустимых выражений и красной в противном случае. В этом примере установите f(t) = sqrt(t0 * t0), чтобы создать математический канал, содержащий абсолютные значения канала 1. Наконец, чтобы добавить математический канал, необходимо щелкнуть «Добавить канал». Недавно добавленный канал будет добавлен в нижнюю строку меню, и его можно будет удалить в любое время, нажав кнопку X рядом с названием канала.Все действия, описанные выше, можно наглядно представить на иллюстрации ниже.
Выражение математического канала можно редактировать после добавления канала в список. Для этого вам нужно открыть настройки математического канала, как показано на следующем рисунке. В настройках математического канала отображаются выражение и кнопка «Редактировать функцию». Кнопка «Редактировать функцию» откроет математическую панель, аналогичную той, которая используется для добавления нового математического канала. Вы можете изменить функцию, затем нажмите «Сохранить», и все настройки будут обновлены.

Работа с эталонными каналами

С помощью той же кнопки (+), описанной в предыдущем разделе, можно выбрать вкладку «Справочник». Это загружает панель конфигурации, которая позволяет вам загрузить ранее захваченный сигнал из файла .csv. После выбора файла выберите, какие каналы следует импортировать (или воспользуйтесь переключателем «Импортировать все»), и нажмите «Импортировать выбранные каналы». Это добавит новый канал в меню нижней панели. Как и математические каналы, эталонные каналы можно удалить в любое время, нажав кнопку X рядом с названием канала.

Работа с представлением смешанного сигнала

С помощью той же кнопки (+), описанной в предыдущем разделе, можно выбрать вкладку «Логика». Здесь будет некоторая информация о том, как будет работать представление смешанных сигналов, и о возможности его включения. После нажатия кнопки «Включить» виджет «Логика» должен быть добавлен внизу. Если щелкнуть здесь настройки, откроется меню, похожее по использованию на Logic Analyzer. Здесь можно включить/отключить цифровые каналы, добавить декодеры и так далее.Частота дискретизации цифрового сигнала и количество выборок для захвата вычисляются на основе параметров осциллографа.

Вернуться на главную страницу Scopy

Осциллограф — Википедия

Осциллограф представляет собой электронный измерительный прибор, который создает видимый двухмерный график одной или нескольких разностей электрических потенциалов. Одна ось дисплея обычно представляет время, что делает прибор полезным для отображения периодических сигналов.Название часто сокращается до «сфера».

Типичный осциллограф представляет собой прямоугольную коробку с небольшим экраном, многочисленными входными разъемами и ручками управления и кнопками на передней панели. Чтобы облегчить измерения, на лицевой стороне экрана нарисована сетка, называемая масштабной сеткой . Каждый квадрат сетки известен как деление . Измеряемый сигнал подается на один из входных разъемов, который обычно представляет собой коаксиальный разъем типа BNC или N.Если источник сигнала имеет собственный коаксиальный разъем, то используется простой коаксиальный кабель; в противном случае используется специальный кабель, называемый зондом осциллографа , поставляемый с осциллографом.

В простейшем режиме осциллограф неоднократно рисует горизонтальную линию, называемую трассировкой , через центр экрана слева направо. Один из элементов управления, элемент управления временной разверткой , устанавливает скорость, с которой рисуется линия, и калибруется в секундах на деление.Если входное напряжение отклоняется от нуля, кривая отклоняется либо вверх, либо вниз. Другой элемент управления, вертикальный элемент управления , устанавливает масштаб вертикального отклонения и калибруется в вольтах на деление. Полученная трасса представляет собой график зависимости напряжения от времени (настоящее время отображается в различных положениях, самое недавнее прошлое слева, менее недавнее прошлое справа).

Если входной сигнал является периодическим, то можно получить почти стабильную трассу, просто установив временную развертку так, чтобы она соответствовала частоте входного сигнала.Например, если входной сигнал представляет собой синусоиду с частотой 50 Гц, то ее период равен 20 мс, поэтому временная развертка должна быть настроена так, чтобы время между последовательными горизонтальными развертками составляло 20 мс. Этот режим называется непрерывной разверткой . К сожалению, временная развертка осциллографа не совсем точна, а частота входного сигнала не совсем стабильна, поэтому кривая будет дрейфовать по экрану, что затруднит измерения.

Чтобы обеспечить более стабильную трассировку, осциллограф имеет функцию, называемую триггером .Это приводит к тому, что осциллограф останавливается после достижения правой стороны экрана и ждет определенного события, прежде чем вернуться к левой стороне экрана и нарисовать следующую трассу. Эффект заключается в повторной синхронизации временной развертки с входным сигналом, что предотвращает горизонтальный дрейф трассы. Цепи запуска позволяют отображать непериодические сигналы, такие как одиночные импульсы, а также периодические сигналы, такие как синусоидальные и прямоугольные волны.

Типы триггеров включают в себя:

  • внешний триггер , импульс от внешнего источника, подключенного к специальному входу на осциллографе.
  • триггер фронта , детектор фронта, который генерирует импульс, когда входной сигнал пересекает заданное пороговое напряжение в заданном направлении.
  • триггер видео , схема, которая извлекает синхронизирующие импульсы из видеоформатов, таких как PAL и NTSC, и запускает временную развертку для каждой строки, указанной строки, каждого поля или каждого кадра.
  • триггер с задержкой , который выжидает определенное время после триггера фронта, прежде чем начать развертку.Ни одна схема запуска не действует мгновенно, поэтому всегда существует определенная задержка, но схема задержки запуска увеличивает эту задержку до известного и регулируемого интервала.

Большинство осциллографов также позволяют обходить временную развертку и подавать внешний сигнал на усилитель строчной развертки. Это называется режимом X-Y и полезно для просмотра фазового соотношения между двумя сигналами, что обычно делается в радио- и телетехнике. Когда два сигнала являются синусоидами различной частоты и фазы, результирующая кривая называется фигурой Лиссажу[?].

Некоторые осциллографы имеют курсоры , представляющие собой линии, которые можно перемещать по экрану для измерения временного интервала между двумя точками или разности между двумя напряжениями.

Большинство осциллографов имеют два или более входных канала , что позволяет отображать на экране более одного входного сигнала. Обычно осциллограф имеет отдельный набор вертикальных регуляторов для каждого канала, но только одну систему запуска и временную развертку.

Осциллограф с двойной временной базой имеет две системы запуска, поэтому два сигнала можно просматривать на разных временных осях. Это также известно как режим «увеличения». Пользователь улавливает желаемый сложный сигнал, используя подходящую настройку триггера. Затем он включает функцию «увеличения», «масштабирования» или «двойной временной развертки» и может перемещать окно, чтобы просмотреть детали сложного сигнала.

Иногда событие, которое хочет видеть пользователь, может происходить лишь изредка.Чтобы отследить эти события, некоторые осциллографы представляют собой «области хранения», в которых сохраняется самая последняя развертка на экране.

Некоторые цифровые осциллографы могут выполнять развертку со скоростью всего один раз в час, эмулируя ленточный самописец. То есть сигнал прокручивается по экрану справа налево. Большинство причудливых осциллографов переключаются из режима развертки в режим ленточной диаграммы примерно один разворот за десять секунд. Это потому, что в противном случае прицел выглядит сломанным: он собирает данные, но точку не видно.

Пример использования

пару примеров здесь и проблемы и решения было бы здорово

Катодно-лучевой осциллограф (CRO)

Самый ранний и простейший тип осциллографа состоял из электронно-лучевой трубки, вертикального усилителя, временной развертки, горизонтального усилителя и источника питания. Теперь их называют «аналоговыми» прицелами, чтобы отличить их от «цифровых» прицелов, которые стали обычным явлением в 1990-х и 2000-х годах.

До введения CRO в его нынешнем виде электронно-лучевая трубка уже использовалась в качестве измерительного прибора.Электронно-лучевая трубка представляет собой вакуумированную стеклянную оболочку, похожую на ту, что используется в черно-белом телевизоре, с плоской поверхностью, покрытой фосфоресцирующим материалом (люминофором). Поскольку инструмент рассматривается на расстоянии вытянутой руки, экран обычно имеет диаметр около 20 см, что намного меньше, чем в телевизоре.

В горловине трубки находится электронная пушка, представляющая собой нагретую металлическую пластину с проволочной сеткой (решеткой) перед ней. Разность потенциалов в несколько сотен вольт прикладывается, чтобы нагретая пластина (катод) заряжалась отрицательно, а сетка (или анод) заряжалась положительно.Электрическое поле отрывает электроны от катода и толкает их, как пули, мимо анода к экрану. Когда электронный луч попадает на люминофор, он заставляет его светиться, создавая яркое пятно на экране. При включении ЭЛТ обычно отображает одну яркую точку в центре экрана, но эту точку можно перемещать электростатически или магнитно. ЭЛТ в осциллографе использует электростатическое отклонение.

Между электронной пушкой и экраном находятся две противоположные пары металлических пластин, называемых отклоняющими пластинами.Вертикальный усилитель создает разность потенциалов на одной паре пластин, создавая вертикальное электрическое поле, через которое проходит электронный пучок. Когда поле равно нулю, луч не затрагивается. Когда поле положительное, луч отклоняется вверх, а когда поле отрицательное, луч отклоняется вниз. Горизонтальный усилитель выполняет аналогичную работу с другой парой отклоняющих пластин, заставляя луч перемещаться влево или вправо. Эта система отклонения называется электростатическим отклонением и отличается от системы электромагнитного отклонения, используемой в телевизионных трубках.Электростатическое отклонение дешевле и легче, но подходит только для небольших трубок.

База времени представляет собой электронную схему [?], которая генерирует пилообразное напряжение. Это напряжение, которое многократно изменяется от одного значения к другому линейно во времени. Когда он достигает второго значения, он быстро возвращается к первому значению и снова начинает увеличиваться. Напряжение временной развертки управляет усилителем строчной развертки. Его эффект состоит в том, чтобы провести электронный луч с постоянной скоростью слева направо по экрану, а затем быстро вернуть луч влево вовремя, чтобы начать следующий проход.Временная развертка может быть настроена так, чтобы время развертки соответствовало периоду сигнала.

Между тем, вертикальный усилитель управляется внешним напряжением (вертикальный вход), которое берется из измеряемой схемы или эксперимента. Усилитель имеет очень высокий входной импеданс, порядка мегаом или гигаом, так что он потребляет лишь небольшой ток от источника сигнала. Усилитель приводится в действие вертикальными отклоняющими пластинами с напряжением, пропорциональным вертикальному входу.Коэффициент усиления вертикального усилителя можно регулировать в соответствии с амплитудой входного напряжения. Положительное входное напряжение изгибает электронный луч вверх, а отрицательное напряжение изгибает его вниз, так что вертикальное отклонение точки показывает значение входа. Реакция этой системы намного быстрее, чем у механических измерительных устройств, таких как мультиметр, где инерция указателя замедляет его реакцию на ввод.

Когда все эти компоненты работают вместе, в результате на экране появляется яркая дорожка, представляющая собой график зависимости напряжения от времени.Напряжение отложено по вертикальной оси, а время по горизонтальной.

Многоканальные прицелы на самом деле не имеют нескольких электронных лучей. Вместо этого они отображают только одну точку за раз, но переключают точку между одним каналом и другим либо попеременно (режим ALT), либо много раз за развертку (режим CHOP).

Элементы управления вертикальным усилителем и временной разверткой откалиброваны таким образом, чтобы отображать на экране расстояние по вертикали, соответствующее заданной разности напряжений, и расстояние по горизонтали, соответствующее заданному интервалу времени.

Блок питания является важным компонентом прицела. Он обеспечивает низкое напряжение для питания нагревателя катода в трубке, а также вертикального и горизонтального усилителей. Для привода электростатических отклоняющих пластин необходимо высокое напряжение. Эти напряжения должны быть очень стабильными. Любые вариации вызовут ошибки в положении и яркости трассы.

Более поздние аналоговые осциллографы добавили к стандартной конструкции цифровую обработку.Та же базовая архитектура — электронно-лучевая трубка, вертикальный и горизонтальный усилители — была сохранена, но электронный луч управлялся цифровой схемой, которая могла отображать графику и текст, смешанные с аналоговыми сигналами. Дополнительные функции, которые предоставляет эта система, включают в себя:

  • экранное отображение настроек усилителя и временной развертки;
  • курсоры напряжения — регулируемые горизонтальные линии с отображением напряжения;
  • курсоры времени — регулируемые вертикальные линии с отображением времени;
  • экранные меню для настроек запуска и других функций.

Аналоговый запоминающий осциллограф

Дополнительная функция, доступная в некоторых аналоговых прицелах, называется «хранение». Эта функция позволяет шаблону трассировки, который обычно затухает за доли секунды, оставаться на экране в течение нескольких минут или дольше. Электрическая цепь может быть активирована для сохранения и стирания следа на экране.

Цифровой запоминающий осциллограф

Цифровой запоминающий осциллограф, или сокращенно DSO, в настоящее время является предпочтительным типом для большинства промышленных приложений, хотя простые аналоговые CRO все еще используются любителями.Он заменяет ненадежный метод хранения, используемый в аналоговых осциллографах, цифровой памятью, которая может хранить данные столько времени, сколько требуется, без ухудшения качества. Он также позволяет осуществлять сложную обработку сигнала с помощью высокоскоростных цифровых схем обработки сигналов.

Вертикальный вход вместо управления вертикальным усилителем оцифровывается аналого-цифровым преобразователем для создания набора данных, который сохраняется в памяти микропроцессора. Набор данных обрабатывается, а затем отправляется на дисплей, который в ранних DSO был электронно-лучевой трубкой, но теперь, скорее всего, будет плоской ЖК-панелью.Распространены DSO с цветными ЖК-дисплеями. Набор данных можно отправить по локальной или глобальной сети для обработки или архивирования. Собственное программное обеспечение для анализа сигналов осциллографа может извлекать множество полезных характеристик во временной области (например, время нарастания, ширина импульса, амплитуда), частотные спектры, гистограммы и статистику, карты постоянства и большое количество параметров, важных для инженеров в специализированных областях, таких как телекоммуникации. , анализ дисков и силовая электроника.

Наиболее типичная проблема, возникающая при приближении к незнакомой области, — это когда трассировка не видна.

Многие новые прицелы имеют кнопку «сброс параметров» или «автоматическая настройка». Используйте его, когда вы запутались, или когда вы впервые подходите к незнакомой сфере. У некоторых осциллографов есть кнопка «beamfinder», которая ограничивает размер скана, чтобы на экране отображалась трасса.

Убедитесь, что сначала вы установили параметры канала на связь «по постоянному току» с автоматическим запуском. Уменьшайте вольт канала на деление, пока не появится линия. Установите время развертки на деление, близкое к скорости желаемого события, а затем отрегулируйте вольт на деление, пока событие не появится с полезным размером.

Осциллографы почти всегда имеют тестовый выходной сигнал, который можно измерить, чтобы убедиться, что канал и пробник работают. Приближаясь к незнакомому осциллографу, целесообразно сначала измерить этот сигнал.

Как правило, заземление осциллографа должно быть подключено к заземлению тестируемой цепи, иначе результаты могут быть очень странными. На конце большинства измерительных проводов для осциллографов имеется встроенный зажим заземления.

Связь «AC» блокирует любой постоянный ток в сигнале, это полезно при измерении слабого сигнала, находящегося на смещении постоянного тока.

Муфта постоянного тока должна использоваться при измерении напряжения постоянного тока.

Убедитесь, что вы запускаете с правильного канала. Установите задержку триггера на ноль. Регулируйте уровень триггера до тех пор, пока не сработает желаемое событие. Наконец, отрегулируйте задержку запуска, пока не появится желаемая функция сигнала.

Емкость провода в тестовом щупе может привести к тому, что осциллограф будет неточно отображать высокоскоростные сигналы.Если сигнал выглядит искаженным, то есть если он показывает необычный звон или странные горбы, попробуйте отрегулировать емкость зонда осциллографа. Многие датчики эндоскопа имеют небольшой регулировочный винт на датчике. Большинство осциллографов имеют тестовый выходной сигнал, который создает прямоугольную волну для настройки пробника. Отрегулируйте датчик так, чтобы углы прямоугольной волны казались квадратными.

Осциллографы обычно имеют контрольный список некоторых из перечисленных выше функций. Основной мерой добродетели является пропускная способность его вертикальных усилителей.Типичные осциллографы общего назначения должны иметь полосу пропускания не менее 100 МГц, хотя для аудиочастотных приложений допустима гораздо более низкая полоса пропускания. Полезный диапазон развертки составляет от одной секунды до 100 наносекунд с запуском и задержкой развертки. Для работы с цифровыми сигналами необходимы два канала, а также рекомендуется объем памяти со скоростью развертки не менее 1/5 максимальной частоты вашей системы.

Главным неосязаемым преимуществом качественного осциллографа является качество схемы запуска.Если триггер нестабилен, дисплей всегда будет нечетким. Качество улучшается примерно по мере увеличения частотной характеристики и стабильности напряжения триггера.

Осциллографы с цифровым запоминающим устройством (почти единственный вид, доступный в настоящее время на более высоком уровне рынка) раньше отображали вводящие в заблуждение сигналы при низкой частоте дискретизации, но эта проблема «алиасинга» теперь встречается гораздо реже из-за увеличения объема памяти. Однако стоит спросить об этом на рынке подержанных автомобилей.

По состоянию на 2002 год двухканальное хранилище с частотой 150 МГц стоит около 1200 долларов в новом виде и достаточно хорошо для общего использования.В продаже имеются осциллографы с полосой пропускания сигнала до 70 ГГц, но более быстрые осциллографы становятся намного дороже.

Существует доступная альтернатива осциллографу, полезная для многих задач. Сигналы можно слушать. Основной план состоит в том, чтобы смешать промежуточную частоту с сигналом, а затем усилить и прослушать результат через динамик. С современными твердотельными схемами такое оборудование стоит всего несколько долларов и может работать от небольшой батареи.Эта диагностическая система широко использовалась почти во всех ранних разработках радио и до сих пор используется в Азии бедными радиолюбителями. Осциллограф

— Википедия @ WordDisk

Осциллограф , ранее называвшийся осциллографом [1] [2] и неофициально известный как осциллограф или o-scope , CRO (для электронно-лучевого осциллографа) или DSO. для более современного цифрового запоминающего осциллографа) представляет собой тип электронного контрольно-измерительного прибора, который графически отображает различные напряжения сигнала, обычно в виде калиброванного двумерного графика одного или нескольких сигналов как функции времени.Затем отображаемый сигнал можно проанализировать на такие свойства, как амплитуда, частота, время нарастания, временной интервал, искажение и другие. Первоначально для расчета этих значений требовалось вручную измерять форму волны по шкалам, встроенным в экран прибора.[3] Современные цифровые приборы могут вычислять и отображать эти свойства напрямую.

Прибор для отображения изменяющихся во времени сигналов

Портативный аналоговый осциллограф Tektronix модели 475A, типичный прибор конца 1970-х годов. Осциллограф с электронно-лучевой трубкой

. Осциллограф можно настроить таким образом, чтобы повторяющиеся сигналы отображались на экране в виде постоянных сигналов.Запоминающий осциллограф может фиксировать одно событие и непрерывно отображать его, поэтому пользователь может наблюдать за событиями, которые в противном случае появлялись бы слишком быстро, чтобы их можно было увидеть напрямую.

Осциллографы используются в науке, медицине, машиностроении, автомобилестроении и телекоммуникациях. Приборы общего назначения используются для обслуживания электронной аппаратуры и лабораторных работ. Осциллографы специального назначения могут использоваться для анализа автомобильной системы зажигания или для отображения формы волны сердцебиения, например, в виде электрокардиограммы.

Ранние осциллографы использовали электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) в качестве элемента отображения (поэтому их часто называли CRO) и линейные усилители для обработки сигналов. В запоминающих осциллографах использовались специальные запоминающие ЭЛТ для поддержания устойчивого отображения одного короткого сигнала. Позже CRO были в значительной степени вытеснены цифровыми запоминающими осциллографами (DSO) с тонкопанельными дисплеями, быстрыми аналого-цифровыми преобразователями и процессорами цифровых сигналов. DSO без встроенных дисплеев (иногда называемые дигитайзерами) доступны по более низкой цене и используют компьютер общего назначения для обработки и отображения сигналов.

Подробнее…

Осциллограф — Википедия, свободная энциклопедия

Из Википедии, свободной энциклопедии

Иллюстрация, показывающая внутреннюю часть электронно-лучевой трубки для использования в осциллографе. Цифры на рисунке обозначают: 1. Электрод напряжения отклонения; 2. Электронная пушка; 3. Электронный пучок; 4. Катушка фокусировки; 5. Внутренняя сторона экрана с люминофорным покрытием. Agilent InfiniiVision 7000 Series — это цифровой запоминающий осциллограф, который может захватывать и анализировать аналоговые и цифровые сигналы. Портативный аналоговый осциллограф Tektronix модели 475A, очень типичный прибор конца 1970-х.

Осциллограф (обычно сокращенно Scope или O-scope ) представляет собой тип электронного контрольно-измерительного прибора, который позволяет просматривать напряжения сигналов, обычно в виде двумерного графика одной или нескольких разностей электрических потенциалов (вертикальный ось) в зависимости от времени или другого напряжения (горизонтальная ось).Хотя осциллограф отображает напряжение по своей вертикальной оси, также может отображаться любая другая величина, которую можно преобразовать в напряжение. В большинстве случаев осциллографы показывают события, которые повторяются либо без изменений, либо изменяются медленно. Осциллограф является одним из самых универсальных и широко используемых электронных приборов. [1]

Осциллографы широко используются, когда необходимо наблюдать точную форму волны электрического сигнала. В дополнение к амплитуде сигнала осциллограф может измерять частоту, отображать искажения, отображать время между двумя событиями (например, ширину импульса или время нарастания импульса) и отображать относительную синхронизацию двух связанных сигналов.Некоторые лучшие современные цифровые осциллографы могут анализировать и отображать спектр повторяющегося события. Осциллографы специального назначения, называемые анализаторами спектра, имеют чувствительные входы и могут отображать спектры в диапазоне ГГц. Некоторые осциллографы, поддерживающие подключаемые модули, могут отображать спектры в звуковом диапазоне.

Осциллографы используются в науке, медицине, технике, телекоммуникациях и промышленности. Приборы общего назначения используются для обслуживания электронной аппаратуры и лабораторных работ.Осциллографы специального назначения могут использоваться для таких целей, как анализ автомобильной системы зажигания или для отображения формы волны сердцебиения.

Первоначально все осциллографы использовали электронно-лучевые трубки в качестве элемента отображения и линейные усилители для обработки сигналов, но современные осциллографы могут иметь ЖК-экраны или светодиодные экраны, высокоскоростные аналого-цифровые преобразователи и процессоры цифровых сигналов. Хотя это и не было обычным явлением, в некоторых осциллографах использовались запоминающие ЭЛТ для захвата отдельных событий и их отображения в течение ограниченного времени.Периферийные модули осциллографов для портативных или настольных персональных компьютеров общего назначения используют дисплей компьютера и могут превратить их в полезные и гибкие инструменты тестирования.

[править] Особенности и использование

[править] Описание

[править] Дисплей и общий внешний вид

Типичный осциллограф имеет экран дисплея, многочисленные входные разъемы, ручки управления и кнопки на передней панели. Портативные инструменты достаточно малы, чтобы их можно было брать с собой на рабочее место, и могут даже работать от батареек.Лабораторные эндоскопы, особенно старые приборы с электронными лампами, являются настольными устройствами. Прицелы специального назначения могут быть стационарно установлены в стойке. Чтобы облегчить измерения, на лицевую сторону экрана накладывается сетка, называемая координатной сеткой . Каждый квадрат сетки известен как (большое) деление .

[править] Размер и портативность

Большие настольные осциллографы иногда устанавливали на тележки, чтобы можно было использовать один дорогой прибор в нескольких рабочих зонах.Миниатюрные осциллографы имели большое значение для ремонта оборудования в полевых условиях. Сегодня даже очень мощный лабораторный прибор может поднять один человек, а портативные цифровые осциллографы производятся несколькими производителями.

[править] Входы

Измеряемый сигнал подается на один из входных разъемов, который обычно представляет собой коаксиальный разъем типа BNC или UHF. Для более низких частот можно использовать соединительные штифты или штекеры типа «банан». Если источник сигнала имеет собственный коаксиальный разъем, то используется простой коаксиальный кабель; в противном случае используется специальный кабель, называемый «щуп осциллографа», поставляемый с осциллографом.В общем, для повседневного использования тестовый провод с открытым проводом для подключения к наблюдаемой точке не является удовлетворительным, и, как правило, необходим пробник. Осциллографы общего назначения имеют стандартное входное сопротивление 1 МОм параллельно с емкостью около 20 пикофарад. Это позволяет использовать стандартные пробники осциллографа. Осциллографы для использования с очень высокими частотами могут иметь входы 50 Ом, которые должны быть либо подключены непосредственно к источнику сигнала 50 Ом, либо использоваться с Z 0 или активными пробниками.

Менее часто используемые входы включают один (или два) для запуска развертки, горизонтального отклонения для отображений в режиме X-Y и осветления/затемнения трассы, иногда называемых входами «ось Z».

[править] Зонды

Измерительные провода с открытым проводом могут улавливать помехи, а их емкость на щуповом конце может воздействовать на проверяемую цепь/устройство. Они подходят только для низких частот и низкоимпедансных устройств. Почти всегда пробники, предназначенные для использования в области, являются обычными средствами подключения к исследуемому устройству.Кабель зонда — специального коаксиального типа (с резистивной центральной жилой для гашения звона) с достаточно эффективным экранированием. Емкость его больше, чем у разомкнутого провода, и в некоторых случаях такой пробник удовлетворяет.

Тем не менее, типичный датчик осциллографа содержит последовательный резистор на 9 МОм, шунтированный маломощным конденсатором; в сочетании с входным сопротивлением и емкостью стандартного входа осциллографа пробник и вход осциллографа образуют довольно точный аттенюатор 10:1, который (до определенной полосы пропускания) не зависит от частоты.Это снижает чувствительность прицела в 10 раз, но емкость на наконечнике пробника составляет всего несколько пФ (пФ), чего недостаточно, чтобы возмущать многие типичные схемы. (Тем не менее, реактивное сопротивление даже в эти несколько пФ значительно меньше на высоких частотах в пределах полосы пропускания пробника и осциллографа.) В подавляющем большинстве случаев потеря чувствительности для уменьшения помех в наблюдаемой цепи очень полезна. пока.

Пробники-аттенюаторы не обязательно соответствуют входу данного осциллографа, и их емкость необходимо отрегулировать, если они подключены к другому осциллографу.Кроме того, их следует периодически проверять, даже если они не перемещаются. Их проверяют и при необходимости корректируют, глядя на прямоугольную волну с достаточно плоским верхом и низом. При правильной настройке горизонтальный след прямоугольной волны не наклоняется ни вверх, ни вниз. Поскольку пробник в сочетании с входом осциллографа образует аттенюатор с частотной компенсацией, эту процедуру часто называют «компенсацией» пробника. Любой приличный осциллограф имеет выходной разъем, который обеспечивает прямоугольную волну известной амплитуды с отличной формой для проверки и настройки пробников.

Пробники

с затуханием 10:1 являются наиболее распространенными; для больших сигналов (и немного меньшей емкостной нагрузки) пробники 100:1 не редкость. Существуют также пробники с переключателями для выбора отношения 10:1 или прямого (1:1), но следует помнить, что настройка 1:1 имеет значительную емкость (десятки пФ) на наконечнике пробника, поскольку емкость всего кабеля теперь подключен напрямую.

Хорошие эндоскопы допускают затухание щупа, легко демонстрируя эффективную чувствительность на кончике щупа.Некоторые из лучших имеют индикаторные лампы за полупрозрачными окнами на панели, чтобы подсказать пользователю, как определить эффективную чувствительность. Разъемы пробника (модифицированные BNC) имеют дополнительный контакт для определения затухания пробника. (Определенное значение резистора, подключенного к земле, «кодирует» затухание.)

Существуют специальные высоковольтные датчики, которые также образуют компенсированные аттенюаторы с «входом осциллографа; корпус зонда физически большой, и для одного из них, изготовленного Tektronix, требуется частично заполнить канистру, окружающую последовательный резистор, летучим жидким фторуглеродом для вытеснения воздуха.В конце осциллографа находится поле с несколькими настройками обрезки формы сигнала. В целях безопасности барьерный диск удерживает пальцы на расстоянии от исследуемой точки. Максимальное напряжение составляет несколько десятков кВ. (Наблюдение за линейным изменением высокого напряжения может создать ступенчатую форму сигнала со ступеньками в разных точках при каждом повторении, пока наконечник зонда не соприкоснется. До этого крошечная дуга заряжает наконечник зонда, а его емкость удерживает напряжение (разомкнутая цепь). По мере того, как напряжение продолжает расти, другая крошечная дуга заряжает наконечник дальше.)

Существуют также токоизмерительные датчики с сердечниками, окружающими исследуемый проводник с током. Один тип имеет отверстие для проводника и требует, чтобы провод проходил через отверстие; это для полупостоянной или постоянной установки. Однако другие типы для тестирования имеют двухкомпонентные сердечники, что позволяет размещать их вокруг провода. Внутри зонда катушка, намотанная на сердечник, подает ток на соответствующую нагрузку, а напряжение на этой нагрузке пропорционально току.Однако датчик этого типа может обнаруживать только переменный ток.

Более сложный датчик (первоначально изготовленный Tektronix) включает в себя датчик магнитного потока (на эффекте Холла) в магнитной цепи. Зонд подключается к усилителю, который подает (низкочастотный) ток в катушку, чтобы нейтрализовать воспринимаемое поле; величина этого тока обеспечивает низкочастотную часть формы волны тока, вплоть до постоянного тока. Катушка по-прежнему улавливает высокие частоты. Существует комбинированная сеть, похожая на кроссоверную сеть громкоговорителей.

[править] След

В самом простом режиме осциллограф неоднократно рисует горизонтальную линию, называемую кривой , через середину экрана слева направо. Один из элементов управления, элемент управления временной разверткой , устанавливает скорость, с которой рисуется линия, и калибруется в секундах или десятичных долях секунды на деление. Если входное напряжение отклоняется от нуля, кривая отклоняется либо вверх (обычно для положительной полярности), либо вниз (отрицательная).Другой элемент управления, вертикальный элемент управления , устанавливает масштаб вертикального отклонения и калибруется в вольтах на деление. Полученная кривая представляет собой график зависимости напряжения от времени, где более отдаленное прошлое слева, а более недавнее прошлое справа.

[править] Элементы управления на передней панели

[править] Управление фокусом

Этот элемент управления настраивает фокус ЭЛТ, чтобы получить наиболее четкую и подробную кривую. На практике фокус нужно немного подстраивать при наблюдении совершенно разных сигналов, а это значит, что он должен быть внешним управлением.Плоские дисплеи не нуждаются в управлении фокусом; их резкость всегда оптимальна. …..

[править] Регулятор интенсивности

Регулирует яркость трассировки. Для медленных трасс на ЭЛТ-скопах нужно меньше, а для быстрых, особенно если они повторяются не очень часто, требуется больше. Однако на плоских панелях яркость трассы практически не зависит от скорости развертки, поскольку внутренняя обработка сигнала эффективно синтезирует изображение на дисплее из оцифрованных данных.

[править] Искатель луча

Современные прицелы имеют усилители отклонения с прямой связью, что означает, что след может отклоняться за пределы экрана.У них также может быть отключен луч ЭЛТ без ведома оператора. В таких случаях экран пуст. Чтобы помочь восстановить изображение быстро и без экспериментов, схема искателя луча отменяет любое гашение и гарантирует, что луч не будет отклонен за пределы экрана; он ограничивает отклонение. С дисплеем обычно очень легко восстановить нормальное отображение. (Во время работы схемы обнаружения луча могут временно сильно искажать трассу, но это нормально.)

[править] Сетка

Масштабная сетка представляет собой сетку квадратов, которые служат опорными метками для измерения отображаемой трассы.Эти метки, расположенные непосредственно на экране или на съемном пластиковом фильтре, обычно состоят из сетки с шагом 1 см с более близкими делениями (часто на 2 мм) по центральной вертикальной и горизонтальной оси. Ожидается увидеть на экране десять основных делений; количество основных вертикальных делений варьируется. Сравнение разметки сетки с формой сигнала позволяет измерить как напряжение (вертикальная ось), так и время (горизонтальная ось). Частоту также можно определить, измерив период сигнала и вычислив его обратную величину.

На старых и недорогих ЭЛТ-прицелах сетка представляет собой лист пластика, часто со светорассеивающей маркировкой и скрытыми лампами на краю сетки. Лампы имели регулировку яркости. На более дорогих инструментах на внутренней стороне ЭЛТ нанесена шкала сетки для устранения ошибок параллакса; лучшие также имели регулируемую краевую подсветку с рассеивающей маркировкой. (Рассеивающие метки кажутся яркими.) Цифровые осциллографы, однако, генерируют метки координатной сетки на дисплее так же, как и кривую.

Внешние сетки также защищают стеклянную поверхность ЭЛТ от случайного удара. Некоторые прицелы ЭЛТ с внутренней сеткой имеют немаркированный тонированный листовой пластиковый светофильтр для повышения контраста трассировки; это также служит для защиты лицевой панели ЭЛТ.

Точность и разрешение измерений с использованием координатной сетки относительно ограничены; лучшие прицелы иногда имеют подвижные яркие маркеры на трассе, которые позволяют внутренним схемам производить более точные измерения.

Как калиброванная вертикальная чувствительность, так и калиброванное горизонтальное время устанавливаются с шагом 1-2-5-10.Это приводит, однако, к некоторым неуклюжим интерпретациям второстепенных делений. В 2 каждое из пяти младших делений равно 0,4, поэтому приходится считать 0,4, 0,8, 1,2 и 1,6, что довольно неудобно. В одном подключаемом модуле Tektronix использовалась последовательность 1–2,5–5–10, что упрощало оценку. «2.5» выглядел не так «опрятно», но очень понравился.

[править] Элементы управления временной разверткой

Они выбирают горизонтальную скорость пятна ЭЛТ при создании трассы; этот процесс обычно называют разверткой.Во всех современных прицелах, кроме самых дешевых, скорость развертки выбирается и калибруется в единицах времени на одно крупное деление сетки. Обычно предоставляется довольно широкий диапазон скоростей развертки, от секунд до пикосекунд (в самых быстрых прицелах) на деление. Обычно бесступенчатое управление (часто ручка перед калиброванной ручкой селектора) предлагает некалиброванные скорости, обычно более низкие, чем калиброванные. Этот регулятор обеспечивает диапазон несколько больший, чем диапазон последовательных калиброванных шагов, делая доступной любую скорость между крайними значениями.

[править] Управление задержкой

Присутствует на некоторых лучших аналоговых осциллографах, изменяет время (удержание), в течение которого схема развертки игнорирует триггеры. Он обеспечивает стабильное отображение некоторых повторяющихся событий, в которых некоторые триггеры могут создавать запутанные изображения. Обычно он устанавливается на минимум, потому что большее время уменьшает количество разверток в секунду, что приводит к более тусклой трассе.

[править] Регуляторы вертикальной чувствительности, соединения и полярности

Чтобы приспособиться к широкому диапазону входных амплитуд, переключатель выбирает калиброванную чувствительность вертикального отклонения.Другой элемент управления, часто расположенный перед ручкой калиброванного селектора, обеспечивает бесступенчатую регулировку чувствительности в ограниченном диапазоне от калиброванных до менее чувствительных настроек.

Часто, но не всегда, наблюдаемый сигнал компенсируется устойчивой составляющей, и интерес представляют только изменения. Переключатель (позиция AC ) последовательно соединяет конденсатор со входом, который пропускает только изменения (при условии, что они не слишком медленные — «медленно» будет означать видимое). Однако, когда сигнал имеет фиксированное интересующее смещение или изменяется довольно медленно, вход подключается напрямую (положение переключателя DC ).Любой приличный прицел отображает DC. Для удобства, чтобы увидеть, где в данный момент на экране отображается вход с нулевым напряжением, многие осциллографы имеют третье положение переключателя ( GND ), которое отключает вход и заземляет его. Часто в этом случае пользователь центрирует кривую с помощью элемента управления «Вертикальное положение».

Прицелы Better имеют переключатель полярности . Обычно положительный вход сдвигает кривую вверх, но это позволяет инвертировать — положительный отклоняет кривую вниз.

[править] Регулятор горизонтальной чувствительности

Этот элемент управления можно найти только в более сложных прицелах; он предлагает регулируемую чувствительность для внешних горизонтальных входов.

[править] Регулятор вертикального положения

Перемещает всю отображаемую трассу вверх и вниз. Часто используется для установки кривой отсутствия ввода точно по центральной линии масштабной сетки, но допускает смещение по вертикали на ограниченную величину. С прямой связью может компенсировать ограниченную постоянную составляющую входа.

[править] Контроль горизонтального положения

Перемещает дисплей вбок. Обычно левый конец трассы устанавливается на левом краю масштабной сетки, но при желании можно сместить всю трассу.Также смещает трассы режима X-Y вбок в некоторых областях и может компенсировать ограниченную постоянную составляющую, как для вертикального положения.

[править] Двойное управление

* (См. раздел Осциллографы с двумя и несколькими трассами ниже.)

Каждый входной канал обычно имеет свой собственный набор элементов управления чувствительностью, связью и положением, хотя некоторые осциллографы с четырьмя трассами имеют лишь минимальные элементы управления для третьего и четвертого каналов.

Прицелы

Dual Trace имеют переключатель режимов для выбора одного канала, обоих каналов или (в некоторых прицелах) X-Y дисплей, который использует второй канал для X отклонения.Когда отображаются оба канала, тип переключения каналов можно выбрать в некоторых ‘областях; на других тип зависит от настройки временной базы. При выборе вручную переключение каналов может быть автономным (асинхронным) или между последовательными развертками. Некоторые аналоговые осциллографы Philips с двойной трассировкой имели быстрый аналоговый множитель и обеспечивали отображение произведения входных каналов.

Осциллографы с несколькими трассами имеют переключатель для каждого канала, чтобы включить или отключить отображение сигнала этой трассы.

[править] Управление отложенной разверткой

* (См. Отложенную развертку ниже.)

К ним относятся элементы управления для временной развертки с задержкой развертки , которая откалибрована и часто также является переменной. Самая медленная скорость на несколько шагов выше, чем самая медленная скорость основной развертки, хотя самая высокая, как правило, такая же. Калиброванный многооборотный регулятор времени задержки предлагает широкий диапазон настроек задержки с высоким разрешением; он охватывает всю продолжительность основной развертки, и его показания соответствуют делениям координатной сетки (но с гораздо большей точностью).Его точность также выше, чем у дисплея.

Переключатель выбирает режимы отображения : Только основная развертка, с яркой областью, показывающей, когда продвигается отложенная развертка, только отложенная развертка или (на некоторых осциллографах) комбинированный режим.

Осциллографы

Good CRT включают регулятор интенсивности с задержкой развертки , чтобы обеспечить более тусклую трассу гораздо более быстрой отложенной развертки, которая, тем не менее, происходит только один раз за основную развертку. Такие осциллографы также, вероятно, будут иметь управление разделением трасс для мультиплексного отображения как основной, так и задержанной развертки вместе.

[править] Элементы управления триггером развертки

* (См. раздел Триггерная развертка ниже.)

Переключатель выбирает источник запуска . Это может быть внешний вход, один из вертикальных каналов двойного или многоканального осциллографа или частота линии переменного тока (сети). Другой переключатель включает или отключает режим запуска Auto или выбирает однократную развертку, если это предусмотрено в ‘scope. Либо положение переключателя с пружинным возвратом, либо однократное движение кнопочных рычагов.

Регулятор уровня изменяет напряжение на сигнале, который генерирует запуск, а переключатель Slope выбирает положительную или отрицательную полярность на выбранном уровне запуска.

[править] Основные типы зачисток

[править] Триггерные развертки
Осциллограф Tektronix типа 465. Это был очень популярный аналоговый осциллограф, портативный и отличный пример.

Для отображения событий с неизменяющимися или медленно (видимо) изменяющимися формами сигналов, но происходящими в моменты времени, которые могут быть или не быть равномерно распределенными, современные осциллографы запускают развертки. По сравнению с более простыми осциллографами с постоянно работающими генераторами развертки, осциллографы с триггерной разверткой заметно более универсальны.

Запущенная развертка начинается в выбранной точке сигнала, обеспечивая стабильное отображение. Таким образом, запуск позволяет отображать периодические сигналы, такие как синусоидальные волны и прямоугольные волны, а также непериодические сигналы, такие как одиночные импульсы или импульсы, которые не повторяются с фиксированной частотой.

При запущенном развертке прицел гасит луч и начинает сбрасывать схему развертки каждый раз, когда луч достигает крайнего правого края экрана. В течение периода времени, называемого задержка (можно продлить с помощью элемента управления на передней панели на некоторых лучших осциллографах), схема развертки полностью сбрасывается и игнорирует триггеры.По истечении времени удержания следующий триггер запускает развертку. Событием запуска обычно является входной сигнал, достигающий некоторого заданного пользователем порогового напряжения (уровня запуска) в указанном направлении (становится положительным или отрицательным — полярность запуска).

В некоторых случаях переменное время задержки может быть очень полезно, чтобы развертка игнорировала мешающие триггеры, которые происходят до событий, которые нужно наблюдать. В случае повторяющихся, но довольно сложных сигналов переменная задержка может создать стабильное отображение, которое практически невозможно получить другими способами.

[править] Автоматический режим развертки

Триггерные развертки могут предлагать пустой экран, если нет триггеров. Чтобы избежать этого, эти развертки включают схему синхронизации (миллисекундный диапазон), которая генерирует автономные триггеры для обеспечения трассировки. Как только триггеры поступают, этот таймер перестает предоставлять псевдотриггеры. Для наблюдения за низкой частотой повторения этот режим можно отменить.

[править] Периодические развертки

Если входной сигнал является периодическим, частоту повторения развертки можно отрегулировать для отображения нескольких циклов сигнала.Ранние (ламповые) прицелы и прицелы с самой низкой стоимостью имели генераторы развертки, которые работали непрерывно и не калибровались. Такие осциллографы очень просты, сравнительно недороги и пригодились при обслуживании радио и некоторых телевизоров. Измерение напряжения или времени возможно, но только с дополнительным оборудованием, и это довольно неудобно. В первую очередь это качественные инструменты.

Они имеют несколько (широко разнесенных) частотных диапазонов и относительно широкий диапазон непрерывного регулирования частоты в заданном диапазоне.При использовании частота развертки устанавливается немного ниже некоторой дольной частоты входного сигнала, чтобы обычно отображалось не менее двух циклов входного сигнала (чтобы были видны все детали). Очень простое управление подает регулируемое количество вертикального сигнала (или, возможно, связанный с ним внешний сигнал) на осциллятор развертки. Сигнал вызывает гашение луча и возврат развертки раньше, чем это произошло бы в обычном режиме, и отображение становится стабильным.

[править] Одиночные развертки

Некоторые прицелы предлагают это — схема развертки активируется вручную (обычно с помощью кнопки или ее эквивалента).Как только сканирование завершено, оно сбрасывается и не будет выполнять сканирование, пока оно не будет повторно поставлено на охрану. Этот режим, в сочетании с камерой, фиксирует одиночные события.

Типы триггеров включают:

  • внешний триггер , импульс от внешнего источника, подключенного к специальному входу на осциллографе.
  • триггер фронта , детектор фронта, который генерирует импульс, когда входной сигнал пересекает заданное пороговое напряжение в заданном направлении. Это наиболее распространенные типы триггеров; регулятор уровня устанавливает пороговое напряжение, а регулятор наклона выбирает направление (отрицательное или положительное).(Первое предложение описания также применимо к входам некоторых цифровых логических схем; эти входы имеют фиксированный порог и полярность.)
  • триггер видео , схема, которая извлекает синхронизирующие импульсы из видеоформатов, таких как PAL и NTSC, и запускает временную развёртку по каждой строке, заданной строке, каждому полю или каждому кадру. Эта схема обычно находится в устройстве контроля формы сигнала, хотя некоторые лучшие осциллографы включают эту функцию.
  • триггер с задержкой , который выжидает определенное время после триггера фронта перед запуском развертки.Как описано в разделе о развертках с задержкой, схема задержки запуска (обычно основная развертка) расширяет эту задержку до известного и регулируемого интервала. Таким образом, оператор может исследовать конкретный импульс в длинной последовательности импульсов.

Некоторые современные конструкции прицелов включают более сложные схемы запуска; они описаны ближе к концу этой статьи.

[править] Отложенные развертки

Их можно найти в более сложных осциллографах, которые содержат второй набор схем временной развертки для отложенной развертки.Отложенная развертка обеспечивает очень подробный просмотр некоторой небольшой выбранной части основной временной развертки. Основная временная развертка служит управляемой задержкой, после которой запускается задержанная временная развертка. Это может начаться по истечении задержки или может быть запущено (только) после истечения задержки. Обычно отсроченная временная развертка устанавливается для более быстрой развертки, иногда намного быстрее, например, 1000:1. При экстремальных соотношениях дрожание в задержках при последовательных основных развертках ухудшает изображение, но триггеры с задержкой развертки могут преодолеть это.

На дисплее отображается вертикальный сигнал в одном из нескольких режимов — основная временная развертка, только задержанная временная развертка или их комбинация. Когда отложенная развертка активна, кривая основной развертки становится ярче, пока продолжается отложенная развертка. В одном комбинированном режиме, доступном только в некоторых осциллографах, трассировка изменяется с основной развертки на отложенную развертку, как только начинается отложенная развертка, хотя при более длительных задержках видно меньше отложенной быстрой развертки. Другой комбинированный режим мультиплексирует (чередует) основную и задержанную развертки, так что они появляются одновременно; контроль разделения следов вытесняет их.

[править] Осциллографы с двумя и несколькими трассами

Осциллографы с двумя вертикальными входами, называемые осциллографами с двойной трассировкой, чрезвычайно полезны и широко распространены. Используя однолучевой ЭЛТ, они мультиплексируют входы по времени, обычно переключаясь между ними достаточно быстро, чтобы отображать две трассы одновременно. Менее распространены «прицелы с большим количеством следов; среди них распространены четыре входа, но некоторые (Kikusui, например) предлагали отображение сигнала запуска развертки при желании. Некоторые осциллографы с несколькими трассами используют вход внешнего триггера в качестве дополнительного вертикального входа, а некоторые имеют третий и четвертый каналы с минимальными элементами управления.Во всех случаях входы при независимом отображении мультиплексируются во времени, но осциллографы с двойной трассировкой часто могут добавлять свои входы для отображения аналоговой суммы в реальном времени. (Инвертирование одного канала обеспечивает разность, при условии, что ни один из каналов не перегружен. Этот разностный режим может обеспечить дифференциальный вход со средними характеристиками.)

Переключение каналов может быть асинхронным, то есть автономным, с гашением трасс при переключении или после завершения каждой горизонтальной развертки. Асинхронное переключение обычно обозначается как «Chopped», а синхронизация с разверткой обозначается как «Alt[ernate]».Данный канал попеременно подключается и отключается, что приводит к термину «обрезанный». Прицелы Multi-trace также переключают каналы либо в режиме Chopped, либо в альтернативном режиме.

В общем, режим Chopped лучше подходит для медленных разверток. Частота внутреннего прерывания может быть кратной частоте повторения развертки, создавая пробелы в дорожках, но на практике это редко бывает проблемой; пропуски в одной трассе перезаписываются трассами следующей развертки. Несколько прицелов имели модулированную частоту прерывания, чтобы избежать этой случайной проблемы.Однако альтернативный режим лучше подходит для более быстрой развертки.

Настоящие двухлучевые ЭЛТ-прицелы существовали, но не были широко распространены. Один тип (Cossor, Великобритания) имел светоделительную пластину в ЭЛТ и одностороннее отклонение после делителя. (Более подробная информация находится ближе к концу этой статьи; см. «Изобретение ЭЛТ». Другие имели две полные электронные пушки, требующие жесткого контроля осевого (вращательного) механического выравнивания при производстве ЭЛТ. Типы светоделителей имели горизонтальное отклонение, общее для обоих вертикальных. каналов, но прицелы с двумя пушками могут иметь отдельные временные базы или использовать одну временную базу для обоих каналов.Многоствольные ЭЛТ (до десяти пушек!) производились в прошлые десятилетия. При десяти пушках оболочка (бульба) была цилиндрической по всей длине.

[править] Вертикальный усилитель

В аналоговом осциллографе вертикальный усилитель получает сигнал[ы] для отображения. В лучших телескопах он задерживает их на долю микросекунды и обеспечивает сигнал, достаточно сильный, чтобы отклонить луч ЭЛТ. Это отклонение, по крайней мере, несколько выходит за края масштабной сетки и, как правило, на некотором расстоянии от экрана.Усилитель должен иметь низкий уровень искажений, чтобы точно отображать входной сигнал (он должен быть линейным), и он должен быстро восстанавливаться после перегрузок. Кроме того, его характеристика во временной области должна точно отображать переходные процессы — минимальный выброс, округление и наклон плоской вершины импульса.

Вертикальный вход подается на ступенчатый аттенюатор с частотной компенсацией для ослабления сильных сигналов и предотвращения перегрузки. Аттенюатор питает каскад низкого уровня (или несколько), которые, в свою очередь, питают каскады усиления (и драйвер линии задержки, если есть задержка).Ниже приведены дополнительные каскады усиления, вплоть до конечного выходного каскада, который развивает большой размах сигнала (десятки вольт, иногда более 100 вольт) для электростатического отклонения ЭЛТ.

В двух- и многоканальных прицелах внутренний электронный переключатель выбирает относительно низкоуровневый выход усилителей одного канала и направляет его на следующие каскады вертикального усилителя, который является, так сказать, только одноканальным из этого указать на.

В автономном («отсеченном») режиме осциллятор (который может быть просто другим режимом работы драйвера переключателя) гасит луч перед переключением и гасит его только после того, как переходные процессы переключения стабилизируются.

Часть пути через усилитель подается на цепи запуска развертки для внутреннего запуска по сигналу. Этот сигнал будет исходить от усилителя отдельного канала в двухканальном или многоканальном осциллографе, причем канал зависит от настройки селектора источника запуска.

Эта подача предшествует задержке (если она есть), что позволяет схеме развертки разблокировать ЭЛТ и запустить прямую развертку, чтобы ЭЛТ могла показать событие запуска. Высококачественные аналоговые задержки увеличивают стоимость прицела и не используются в прицелах, чувствительных к стоимости.

Сама задержка идет от специального кабеля с парой проводников, намотанных на гибкий магнитомягкий сердечник. Намотка обеспечивает распределенную индуктивность, а проводящий слой рядом с проводами обеспечивает распределенную емкость. Комбинация представляет собой широкополосную линию передачи со значительной задержкой на единицу длины. Оба конца кабеля задержки требуют согласованных импедансов, чтобы избежать отражений.

[править] Пропускная способность

Полоса пропускания — это мера диапазона отображаемых частот; в первую очередь это относится к усилителю вертикальной развертки, хотя усилитель горизонтального отклонения должен быть достаточно быстрым, чтобы справляться с самыми быстрыми развертками.Полоса пропускания осциллографа ограничена вертикальными усилителями и ЭЛТ (в аналоговых приборах) или частотой дискретизации аналого-цифрового преобразователя в цифровых приборах. Ширина полосы определяется как частота, на которой чувствительность составляет 0,707 от чувствительности на более низкой частоте (падение на 3 дБ). Время нарастания самого быстрого импульса, который может быть разрешен осциллографом, приблизительно связано с его полосой пропускания:

Полоса пропускания в Гц x время нарастания в секундах = 0,35 [2]

Например, осциллограф, предназначенный для разрешения импульсов с временем нарастания 1 наносекунда, будет иметь полосу пропускания 350 МГц.

Эмпирическое правило для цифрового осциллографа заключается в том, что непрерывная частота дискретизации должна в десять раз превышать максимальную частоту, необходимую для разрешения; например, скорость 20 мегавыборок в секунду будет применима для измерения сигналов частотой примерно до 2 мегагерц.

[править] Режим X-Y

Большинство современных осциллографов имеют несколько входов для напряжения, поэтому их можно использовать для построения графика зависимости одного изменяющегося напряжения от другого. Это особенно полезно для построения графиков ВАХ (характеристики зависимости тока от напряжения) для таких компонентов, как диоды, а также для диаграмм Лиссажу.Фигуры Лиссажу являются примером того, как можно использовать осциллограф для отслеживания разности фаз между несколькими входными сигналами. Это очень часто используется в технике вещания для построения левого и правого стереофонических каналов, чтобы обеспечить правильную калибровку стереогенератора. Исторически сложилось так, что стабильные фигуры Лиссажу использовались, чтобы показать, что две синусоидальные волны имеют относительно простое соотношение частот, численно небольшое отношение. Они также указывали на разность фаз между двумя синусоидами одной и той же частоты.

Полная потеря сигнала на XY-дисплее означает, что луч ЭЛТ попадает в маленькое пятно, что может сжечь люминофор. Старые люминофоры сгорали легче. Некоторые специальные XY-дисплеи значительно уменьшают ток луча или полностью гасят дисплей, если нет входных сигналов.

[править] Прочие функции

Некоторые осциллографы имеют курсоры , представляющие собой линии, которые можно перемещать по экрану для измерения временного интервала между двумя точками или разницы между двумя напряжениями.Несколько старых прицелов просто осветляли след в подвижных местах. Эти курсоры более точны, чем визуальные оценки, относящиеся к линиям масштабной сетки.

Осциллографы общего назначения более высокого качества включают калибровочный сигнал для настройки компенсации тестовых пробников; это (часто) прямоугольный сигнал частотой 1 кГц с определенным размахом напряжения, доступный на тестовом терминале на передней панели. Некоторые лучшие осциллографы также имеют прямоугольную петлю для проверки и регулировки токоизмерительных датчиков.

Иногда событие, которое хочет видеть пользователь, может происходить только время от времени. Чтобы поймать эти события, некоторые осциллографы, известные как «области памяти», сохраняют на экране самые последние развертки. Первоначально это было достигнуто за счет использования специальной ЭЛТ, «трубки-накопителя», которая надолго сохраняла изображение даже очень короткого события.

Некоторые цифровые осциллографы могут выполнять развертку со скоростью до одного раза в час, эмулируя ленточный самописец. То есть сигнал прокручивается по экрану справа налево.Большинство осциллографов с этой возможностью переключаются из режима развертки в режим ленточной диаграммы примерно с одной разверткой в ​​десять секунд. Это потому, что в противном случае прицел выглядит сломанным: он собирает данные, но точку не видно.

В современных прицелах дискретизация цифрового сигнала чаще используется для всех, кроме самых простых моделей. Образцы подаются на быстрые аналого-цифровые преобразователи, после чего вся обработка (и хранение) сигналов осуществляется в цифровом формате.

Многие осциллографы имеют разные сменные модули для разных целей, например.например, высокочувствительные усилители с относительно узкой полосой пропускания, дифференциальные усилители, усилители с четырьмя и более каналами, плагины для дискретизации повторяющихся сигналов очень высокой частоты и специальные плагины, в том числе аудио/ультразвуковые анализаторы спектра и устройства со стабильным смещением. каналы с прямой связью по напряжению с относительно высоким коэффициентом усиления.

[править] Примеры использования

Фигуры Лиссажу на осциллографе с разницей фаз 90 градусов между входами x и y.

Одним из наиболее частых применений прицелов является поиск и устранение неисправностей неисправного электронного оборудования.Одним из преимуществ осциллографа является то, что он может графически отображать сигналы: там, где вольтметр может показать совершенно неожиданное напряжение, осциллограф может показать, что цепь колеблется. В других случаях важна точная форма или синхронизация импульса.

В электронном оборудовании, например, соединения между каскадами (например, электронные микшеры, электронные генераторы, усилители) можно «прощупать» на наличие ожидаемого сигнала, используя осциллограф как простой индикатор сигнала. Если ожидаемый сигнал отсутствует или неверен, это означает, что какая-то предшествующая ступень электроники работает некорректно.Поскольку большинство отказов происходит из-за одного неисправного компонента, каждое измерение может доказать, что половина ступеней сложного оборудования либо работает, либо, вероятно, не вызвала отказ.

После обнаружения неисправной ступени дальнейшие проверки обычно позволяют квалифицированному специалисту определить, какой именно компонент вышел из строя. После замены компонента устройство может быть восстановлено в рабочем состоянии или, по крайней мере, может быть локализована следующая неисправность. Этот вид устранения неполадок типичен для радио- и телевизионных приемников, а также аудиоусилителей, но может применяться к совершенно другим устройствам, таким как электронные приводы двигателей.

Еще одно применение — проверка недавно разработанных схем. Очень часто недавно разработанная схема будет вести себя неправильно из-за ошибок проектирования, плохих уровней напряжения, электрических помех и т. д. Цифровая электроника обычно работает от часов, поэтому осциллограф с двойной трассировкой, который показывает как тактовый сигнал, так и тестовый сигнал, зависящий от часов полезный. Области хранения полезны для «захвата» редких электронных событий, которые вызывают сбои в работе.

Другое применение для инженеров-программистов, которые должны программировать электронику.Часто осциллограф — единственный способ проверить, правильно ли программа работает с электроникой.

Фотографии использования

Сумма низкочастотного и высокочастотного сигналов.

Двойная трассировка, показывающая разные временные базы на каждой трассе.

[править] Выбор

Осциллографы

обычно имеют контрольный список некоторых из перечисленных выше функций.Основной мерой добродетели является пропускная способность его вертикальных усилителей. Типичные осциллографы общего назначения должны иметь полосу пропускания не менее 100 МГц, хотя для аудиочастотных приложений допустима гораздо более низкая полоса пропускания. Полезный диапазон развертки составляет от одной секунды до 100 наносекунд с запуском и задержкой развертки.

Главным преимуществом качественного осциллографа является качество схемы запуска. Если триггер нестабилен, дисплей всегда будет нечетким. Качество улучшается примерно по мере увеличения частотной характеристики и стабильности напряжения триггера.

Аналоговые осциллографы почти полностью вытеснены цифровыми запоминающими устройствами, за исключением сегмента рынка с узкой полосой пропускания (< 60 МГц). Значительно увеличенная частота дискретизации устранила отображение неверных сигналов, известное как «алиасинг», которое иногда присутствовало в цифровых прицелах первого поколения. На рынке подержанного тестового оборудования, особенно на онлайн-аукционах, обычно имеется широкий выбор старых аналоговых прицелов. Однако становится все труднее получить запасные части для этих инструментов, а услуги по ремонту, как правило, недоступны у оригинального производителя.

По состоянию на 2007 г. [обновление] , полоса пропускания 350 МГц (BW), 2,5 гигавыборки в секунду (Гвыб/с), двухканальный цифровой объем памяти стоит около 7000 долларов США в новом состоянии. Текущий рекорд пропускной способности аналогового сигнала в реальном времени по состоянию на февраль 2007 г. [обновление] принадлежит семействам осциллографов Tektronix DPO70000 и DSA70000 с полосой пропускания 20 ГГц (без чередования) и частотой дискретизации 50 ГГц. Текущий рекорд полосы пропускания дискретизации по эквивалентному времени для цифровых запоминающих осциллографов по состоянию на июнь 2006 г. [обновление] принадлежит серии LeCroy WaveExpert с полосой пропускания 100 ГГц.

[править] Программное обеспечение

Многие современные осциллографы оснащены одним или несколькими внешними интерфейсами, позволяющими осуществлять удаленное управление прибором с помощью внешнего программного обеспечения. Эти интерфейсы (или шины) включают GPIB, Ethernet, последовательный порт и USB.

[править] Как это работает

[править] Электронно-лучевой осциллограф (CRO)

Самый ранний и самый простой тип осциллографа состоял из электронно-лучевой трубки, вертикального усилителя, временной развертки, горизонтального усилителя и источника питания. Теперь их называют «аналоговыми» прицелами, чтобы отличить их от «цифровых» прицелов, которые стали обычным явлением в 1990-х и 2000-х годах.

До введения CRO в его нынешнем виде электронно-лучевая трубка уже использовалась в качестве измерительного прибора. Электронно-лучевая трубка представляет собой вакуумированную стеклянную оболочку, похожую на ту, что используется в черно-белом телевизоре, с плоской поверхностью, покрытой флуоресцентным материалом (люминофором). Диаметр экрана обычно составляет менее 20 см, что намного меньше, чем у телевизора. Старые прицелы имели круглые экраны или лицевые панели, в то время как новые ЭЛТ в лучших прицелах имеют прямоугольные лицевые панели.

В горловине трубки находится электронная пушка, представляющая собой небольшой нагретый металлический цилиндр с плоским торцом, покрытым оксидами, излучающими электроны. Рядом с ним находится цилиндр гораздо большего диаметра, несущий на катодном конце диск с круглым отверстием в нем; это называется «сеткой» (G1) по исторической аналогии с ламповыми сетками усилителей. Небольшой отрицательный потенциал сетки (относится к катоду) используется для блокировки прохождения электронов через отверстие, когда электронный пучок необходимо выключить, например, во время обратного хода развертки или когда не происходит событий запуска.

Однако, когда G1 становится менее отрицательным по отношению к катоду, другой цилиндрический электрод, обозначенный G2, положительный на сотни вольт по отношению к катоду, притягивает электроны через отверстие. Их траектории сходятся, когда они проходят через отверстие, создавая «щепотку» довольно малого диаметра, называемую кроссовером. Следующие электроды («сетки»), электростатические линзы, фокусируют этот кроссовер на экране; пятно — изображение кроссовера.

Обычно катод ЭЛТ работает примерно при -2 кВ, и для соответствующего смещения напряжения G1 используются различные методы.Двигаясь вдоль электронной пушки, пучок проходит через формирующие линзы и первый анод, выходя с энергией в электрон-вольтах, равной энергии катода. Луч проходит через один набор отклоняющих пластин, затем через другой, где он отклоняется в соответствии с требованиями к люминофорному экрану.

Среднее напряжение отклоняющих пластин относительно близко к земле, потому что они должны быть напрямую подключены к вертикальному выходному каскаду.

Сам по себе, когда луч покидает область отклонения, он может давать полезный яркий след.Однако для осциллографов с более широкой полосой пропускания, где кривая может двигаться быстрее по люминофорному экрану, часто используется напряжение положительного ускорения после отклонения (PDA) более 10 000 вольт, увеличивающее энергию (скорость) электронов, которые ударяются о экран. люминофор. Кинетическая энергия электронов преобразуется люминофором в видимый свет в точке удара.

При включении ЭЛТ обычно отображает одну яркую точку в центре экрана, но эту точку можно перемещать электростатически или магнитно.ЭЛТ в осциллографе всегда использует электростатическое отклонение. Обычные электростатические отклоняющие пластины обычно могут смещать луч примерно на 15 градусов или около того от оси, а это означает, что ЭЛТ имеют длинные узкие воронки, а для их размера экрана они обычно довольно длинные. Именно длина ЭЛТ делает прицелы ЭЛТ «глубокими» спереди назад. Современные плоскопанельные прицелы не нуждаются в таких довольно экстремальных размерах; их формы, как правило, больше похожи на один из видов прямоугольных коробок для завтрака.

Между электронной пушкой и экраном расположены две противоположные пары металлических пластин, называемых отклоняющими пластинами.Вертикальный усилитель создает разность потенциалов на одной паре пластин, создавая вертикальное электрическое поле, через которое проходит электронный пучок. Когда потенциалы пластин одинаковы, луч не отклоняется.

Когда верхняя пластина положительна по отношению к нижней пластине, луч отклоняется вверх; когда поле реверсировано, луч отклоняется вниз. Горизонтальный усилитель выполняет аналогичную работу с другой парой отклоняющих пластин, заставляя луч перемещаться влево или вправо.Эта система отклонения называется электростатическим отклонением и отличается от системы электромагнитного отклонения, используемой в телевизионных трубках. По сравнению с магнитным отклонением электростатическое отклонение может легче следовать случайным и быстрым изменениям потенциала, но ограничено небольшими углами отклонения.

Распространенные изображения отклоняющих пластин вводят в заблуждение. Во-первых, пластины для одной оси отклонения ближе к экрану, чем пластины для другой. Пластины, расположенные ближе друг к другу, обеспечивают лучшую чувствительность, но они также должны быть выдвинуты достаточно далеко вдоль оси ЭЛТ, чтобы получить достаточную чувствительность.(Чем дольше данный электрон находится в поле, тем дальше он отклоняется.) Однако близко расположенные длинные пластины заставят пучок соприкоснуться с ними до того, как произойдет отклонение на полную амплитуду, поэтому в компромиссной форме они располагаются относительно близко друг к другу по направлению к катода, и разлетелся пологой V-образной траекторией к экрану. Они не плоские ни в каких, кроме довольно старых ЭЛТ!

Временная развертка представляет собой электронную схему, генерирующую пилообразное напряжение. Это напряжение, которое изменяется непрерывно и линейно во времени.Когда он достигает предопределенного значения, рампа сбрасывается и устанавливается на исходное значение. Когда событие триггера распознано, при условии, что процесс сброса (задержка) завершен, линейное изменение начинается снова. Напряжение временной развертки обычно управляет усилителем строчной развертки. Его эффект состоит в том, чтобы провести по экрану конец электронного луча с постоянной скоростью слева направо по экрану, затем гасить луч и возвращать его напряжения отклонения влево, так сказать, вовремя, чтобы начать следующий проход. Для сброса типичных схем развертки может потребоваться значительное время; в некоторых трубчатых прицелах для быстрого развертки требовалось больше времени, чем для развертки.

Между тем, вертикальный усилитель управляется внешним напряжением (вертикальный вход), которое берется из измеряемой схемы или эксперимента. Усилитель имеет очень высокий входной импеданс, обычно один МОм, так что он потребляет лишь небольшой ток от источника сигнала. Пробники-аттенюаторы еще больше снижают потребляемый ток. Усилитель управляет вертикальными отклоняющими пластинами с напряжением, пропорциональным вертикальному входу. Поскольку электроны уже были ускорены примерно на 2 кВ (примерно), этот усилитель также должен выдавать почти сто вольт, и это с очень широкой полосой пропускания.Коэффициент усиления вертикального усилителя можно регулировать в соответствии с амплитудой входного напряжения. Положительное входное напряжение изгибает электронный пучок вверх, а отрицательное напряжение изгибает его вниз, так что вертикальное отклонение в любой части трассы показывает значение входа в этот момент времени.

[3]

Реакция любого осциллографа намного быстрее, чем у механических измерительных устройств, таких как мультиметр, где инерция указателя (и, возможно, затухание) замедляет его реакцию на ввод.

Наблюдение за высокоскоростными сигналами, особенно неповторяющимися, с помощью обычного CRO затруднено из-за нестабильного или изменяющегося порога срабатывания, что затрудняет «заморозку» сигнала на экране. Для этого часто требуется затемнение комнаты или установка специального смотрового колпака на лицевую сторону трубки дисплея. Чтобы облегчить просмотр таких сигналов, специальные осциллографы заимствовали технологию ночного видения, используя электронный умножитель с микроканальной пластиной за лицевой стороной трубки для усиления слабых токов луча.

Хотя CRO позволяет просматривать сигнал, в своей базовой форме он не имеет средств для записи этого сигнала на бумаге с целью документирования. Поэтому были разработаны специальные камеры-осциллографы для непосредственного фотографирования экрана. В ранних камерах использовалась рулонная или пластинчатая пленка, а в 1970-х годах стали популярны камеры моментальной печати Polaroid. Люминофор P11 CRT (визуально синий) был особенно эффективен при экспонировании пленки. Камеры (иногда с однократным сканированием) использовались для фиксации слабых следов.

Блок питания является важным компонентом прицела. Он обеспечивает низкое напряжение для питания нагревателя катода в лампе (изолированного для высокого напряжения!), усилителей вертикальной и горизонтальной развертки, а также цепей запуска и развертки. Для управления электростатическими отклоняющими пластинами требуются более высокие напряжения, а это означает, что выходной каскад усилителя вертикального отклонения должен создавать большие колебания сигнала. Эти напряжения должны быть очень стабильными, и коэффициент усиления усилителя должен быть соответственно стабильным.Любые значительные изменения вызовут ошибки в размере трассы, что сделает «область действия» неточной.

Более поздние аналоговые осциллографы добавили к стандартной конструкции цифровую обработку. Та же базовая архитектура — электронно-лучевая трубка, вертикальный и горизонтальный усилители — была сохранена, но электронный луч управлялся цифровой схемой, которая могла отображать графику и текст, смешанные с аналоговыми сигналами. Время отображения для них было чередующимся — мультиплексным — с отображением формы сигнала в основном таким же образом, как двойной/мультитрассовый осциллограф отображает свои каналы.Дополнительные функции, предоставляемые этой системой, включают:

  • экранное отображение настроек усилителя и временной развертки;
  • курсоры напряжения — регулируемые горизонтальные линии с отображением напряжения;
  • курсоров времени — регулируемые вертикальные линии с отображением времени;
  • экранных меню для настроек запуска и других функций.

[править] Двухлучевой осциллограф

Двухлучевой осциллограф был типом осциллографа, который когда-то использовался для сравнения одного сигнала с другим.Было два луча, изготовленных в ЭЛТ особого типа.

В отличие от обычного осциллографа с «двумя трассами» (который разделяет во времени один электронный луч, теряя, таким образом, около 50% каждого сигнала), двухлучевой осциллограф одновременно создает два отдельных электронных луча, захватывая оба сигнала целиком. Один тип (Cossor, Великобритания) имел светоделительную пластину в ЭЛТ и одностороннее вертикальное отклонение после делителя. (Подробнее об этом типе прицела можно прочитать в конце этой статьи.)

Другие двухлучевые прицелы имели две полноценные электронные пушки, что требовало жесткого контроля осевого (вращательного) механического выравнивания при производстве ЭЛТ. В последнем типе две независимые пары вертикальных пластин отклоняют лучи. Вертикальные пластины для канала А не повлияли на луч канала В. Точно так же для канала B существовали отдельные вертикальные пластины, которые отклоняли только луч B.

В некоторых двухлучевых прицелах временная база, горизонтальные пластины и горизонтальный усилитель были общими для обоих лучей (так работал ЭЛТ-делитель луча).В более сложных прицелах, таких как Tektronix 556, было две независимые базы времени и два набора горизонтальных пластин и горизонтальных усилителей. Таким образом, можно было наблюдать очень быстрый сигнал на одном луче и медленный сигнал на другом луче.

Большинство многоканальных прицелов не имеют нескольких электронных лучей. Вместо этого они отображают только одну трассу за раз, но переключают более поздние каскады вертикального усилителя между одним каналом и другим либо попеременно (режим ALT), либо много раз за развертку (режим CHOP).Было построено очень мало настоящих двухлучевых осциллографов .

С появлением цифрового захвата сигнала настоящие двухлучевые осциллографы устарели, поскольку тогда можно было отображать два действительно одновременных сигнала из памяти, используя технику отображения ALT или CHOP или даже, возможно, растровый режим отображения.

[править] Аналоговый запоминающий осциллограф

Хранение трассировки

— это дополнительная функция, доступная на некоторых аналоговых осциллографах; они использовали ЭЛТ для хранения данных с прямым обзором. Хранение позволяет шаблону трассировки, который обычно затухает за доли секунды, оставаться на экране в течение нескольких минут или дольше.Затем можно преднамеренно активировать электрическую цепь, чтобы сохранить и стереть след на экране.

Хранение осуществляется по принципу вторичной эмиссии. Когда обычный пишущий электронный луч проходит через точку на поверхности люминофора, он не только на мгновение заставляет люминофор освещаться, но и кинетическая энергия электронного луча выбивает другие электроны с поверхности люминофора. Это может оставить чистый положительный заряд. Затем запоминающие осциллографы имеют одну или несколько вторичных электронных пушек (называемых «затопляющими пушками»), которые обеспечивают устойчивый поток низкоэнергетических электронов, движущихся к люминофорному экрану.Заливные пушки покрывают весь экран, в идеале равномерно. Электроны из пистолетов для заливки сильнее притягиваются к областям люминофорного экрана, где пистолет для письма оставил чистый положительный заряд; таким образом, электроны из прожекторов повторно освещают люминофор в этих положительно заряженных областях люминофорного экрана.

Если энергия электронов пушки заливающего света правильно сбалансирована, каждый сталкивающийся электрон пушки заливающего света выбивает один вторичный электрон из люминофорного экрана, тем самым сохраняя положительный заряд в освещенных областях люминофорного экрана.Таким образом, изображение, изначально написанное пишущим пистолетом, может сохраняться в течение длительного времени — от многих секунд до нескольких минут. В конце концов, небольшой дисбаланс коэффициента вторичной эмиссии приводит к тому, что весь экран «затухает в положительном» (загорается) или заставляет исходно записанный след «затухать в отрицательном» (гаснуть). Именно эти дисбалансы ограничивают максимально возможное время хранения.

Осциллографы с памятью (и ЭЛТ-дисплеи с большим экраном) этого типа с памятью на люминофоре были произведены Tektronix.Другие компании, в частности Hughes, ранее производили объемы хранения данных с более сложной и дорогостоящей внутренней структурой хранения.

Некоторые осциллографы использовали строго двоичную (вкл/выкл) форму хранения, известную как «бистабильная память». Другие допускали постоянную серию коротких неполных циклов стирания, что создавало впечатление люминофора с «переменной стойкостью». Некоторые осциллографы также допускали частичное или полное отключение заливных пистолетов, что позволяло сохранять (хотя и невидимо) скрытое сохраненное изображение для последующего просмотра.(Затухание положительного или затухание отрицательного происходит только при «включенных» заливающих пистолетах; при выключенных заливных пистолетах только утечка зарядов на люминофорный экран ухудшает сохраненное изображение.

[править] Аналоговый стробоскопический осциллограф

Принцип выборки был разработан в 1930-х годах в Bell Laboratories Найквистом, в честь которого названа теорема выборки. Однако первый стробоскопический осциллограф был разработан в конце 1950-х годов в Исследовательском центре атомной энергии в Харвелле в Англии Г.Б.Б. Чаплин, А.Р. Оуэнс и А.Дж. Коул. [«Чувствительный транзисторный осциллограф с откликом от постоянного тока до 300 МГц», Proc IEEE. (Лондон) Vol.106, Part B. Suppl., No. 16, 1959].

Первым стробоскопическим осциллографом был аналоговый прибор, первоначально разработанный как интерфейсный блок для обычного осциллографа. Потребность в этом приборе возникла из-за потребности ученых-ядерщиков в Харвелле регистрировать форму очень быстрых повторяющихся импульсов. Современные современные осциллографы с полосой пропускания обычно 20 МГц не могли этого сделать, а эффективная полоса пропускания 300 МГц аналогового стробоскопического осциллографа представляла собой значительный прогресс.

Короткая серия этих «внешних интерфейсов» была сделана в Харвелле и нашла широкое применение, а Чаплин и др. запатентовал изобретение. Коммерческое использование этого патента в конечном итоге было осуществлено компанией Hewlett-Packard (позже Agilent Technologies).

Осциллографы со стробоскопами

достигают своей широкой полосы пропускания за счет того, что не принимают весь сигнал за раз. Вместо этого берется только образец сигнала. Затем образцы собираются для создания формы волны. Этот метод может работать только для повторяющихся сигналов, а не для переходных событий.Идею сэмплирования можно рассматривать как стробоскопический метод. При использовании стробоскопа видны только фрагменты движения, но когда будет сделано достаточно таких изображений, можно зафиксировать движение в целом [4]

[править] Цифровые осциллографы

В то время как аналоговые устройства используют постоянно изменяющиеся напряжения, цифровые устройства используют двоичные числа, которые соответствуют выборкам напряжения. В случае цифровых осциллографов аналого-цифровой преобразователь (АЦП) используется для преобразования измеренных напряжений в цифровую информацию.Сигналы берутся в виде серии отсчетов. Выборки сохраняются, накапливаются до тех пор, пока не будет взято достаточно, чтобы описать форму волны, которые затем снова собираются для отображения. Цифровые технологии позволяют отображать информацию с яркостью, четкостью и стабильностью. Однако существуют ограничения, как и у любого осциллографа. Самая высокая частота, на которой может работать осциллограф, определяется аналоговой полосой пропускания входных компонентов прибора и частотой дискретизации.

Цифровые осциллографы можно разделить на три основные категории: цифровые запоминающие осциллографы, цифровые осциллографы с люминофором и цифровые стробоскопические осциллографы. [5] [6]

[править] Цифровой запоминающий осциллограф

Цифровой запоминающий осциллограф , или сокращенно DSO, в настоящее время является предпочтительным типом для большинства промышленных приложений, хотя простые аналоговые CRO все еще используются любителями. Он заменяет ненадежный метод хранения, используемый в аналоговых осциллографах, цифровой памятью, которая может хранить данные столько времени, сколько требуется, без ухудшения качества.Он также позволяет осуществлять сложную обработку сигнала с помощью высокоскоростных цифровых схем обработки сигналов.

Вертикальный вход вместо управления вертикальным усилителем оцифровывается аналого-цифровым преобразователем для создания набора данных, который сохраняется в памяти микропроцессора. Набор данных обрабатывается, а затем отправляется на дисплей, который в ранних DSO был электронно-лучевой трубкой, но теперь, скорее всего, будет плоской ЖК-панелью. Распространены DSO с цветными ЖК-дисплеями. Набор данных можно отправить по локальной или глобальной сети для обработки или архивирования.Экранное изображение может быть записано непосредственно на бумагу с помощью подключенного принтера или плоттера без использования осциллографической камеры. Собственное программное обеспечение для анализа сигналов осциллографа может извлекать множество полезных характеристик во временной области (например, время нарастания, ширина импульса, амплитуда), частотные спектры, гистограммы и статистику, карты постоянства и большое количество параметров, важных для инженеров в специализированных областях, таких как телекоммуникации. , анализ дисков и силовая электроника.

Цифровые осциллографы в основном ограничиваются характеристиками схемы аналогового ввода и частотой дискретизации.Как правило, частота дискретизации должна быть не ниже частоты Найквиста, что вдвое больше частоты самой высокочастотной составляющей наблюдаемого сигнала, иначе может возникнуть наложение спектров.

Цифровая память также позволяет использовать другой уникальный тип осциллографа — осциллограф эквивалентного времени. Вместо последовательных выборок после триггерного события берется только одна выборка. Однако осциллограф может изменять свою временную развертку, чтобы точно синхронизировать выборку, создавая таким образом картину сигнала на основе последующих повторений сигнала.Это требует, чтобы были предоставлены либо часы, либо повторяющийся шаблон. Этот тип осциллографа часто используется для очень высокоскоростной связи, поскольку он обеспечивает очень высокую «частоту дискретизации» и низкий амплитудный шум по сравнению с традиционными осциллографами в реальном времени.

Подводя итог: Преимущества по сравнению с аналоговым осциллографом:

  • Более яркий и крупный дисплей с цветом для различения нескольких трасс
  • Выборка за эквивалентное время и среднее значение по последовательным выборкам или сканированиям приводят к более высокому разрешению вплоть до мкВ
  • Обнаружение пиков
  • Pre-trigger (могут отображаться события, предшествующие срабатыванию триггера)
  • Легкое панорамирование и масштабирование нескольких сохраненных трасс позволяет новичкам работать без триггера
    • Требуется быстрая реакция дисплея (некоторые осциллографы имеют задержку 1 мс)
    • Ручки должны быть большими и плавно поворачиваться
  • Также могут быть записаны медленные следы, такие как изменение температуры в течение дня
  • Память осциллографа может быть организована не только в виде одномерного списка, но и в виде двумерного массива для имитации люминофорного экрана.Цифровой метод позволяет проводить количественный анализ (например, глазковая диаграмма)
  • Позволяет автоматизировать, хотя большинство моделей блокируют доступ к своему программному обеспечению

Недостатком цифровых осциллографов является ограниченная частота обновления экрана. На аналоговом осциллографе пользователь может получить интуитивное представление о частоте запуска, просто взглянув на стабильность кривой ЭЛТ. Для цифрового осциллографа экран выглядит одинаково для любой скорости сигнала, превышающей частоту обновления экрана.Кроме того, иногда на черно-белых экранах стандартных цифровых осциллографов трудно заметить «глюки» или другие редкие явления; небольшая стойкость люминофоров ЭЛТ на аналоговых прицелах делает сбои видимыми, даже если многие последующие триггеры перезаписывают их. Обе эти трудности были недавно преодолены с помощью «осциллографов с цифровым люминофором», которые хранят данные с очень высокой частотой обновления и отображают их с переменной интенсивностью, чтобы имитировать постоянство трассы ЭЛТ-скопа.

Родственный тип аналоговой выборки «прицел для отображения очень быстрых, повторяющихся сигналов, замеренных очень быстро (доли наносекунды) и удерживающих выборки достаточно долго, чтобы их можно было отобразить с помощью узкополосного вертикального усилителя и ЭЛТ со скромными характеристиками.Сравнительно медленная развертка на ЭЛТ соответствовала прогрессивному крошечному продвижению времени выборки, так что многие выборки создавали форму волны быстрого сигнала.

Более поздние планы, отобранные в случайное время в пределах временного промежутка, представленного одним циклом; выборки отображались в горизонтальных положениях, соответствующих задержке от начала развертки.

В качестве триггерных использованы туннельные диоды и делители частоты.

[править] Цифровые стробоскопические осциллографы

Цифровые стробоскопические осциллографы работают по тому же принципу, что и аналоговые стробоскопические осциллографы, и, как и их аналоговые аналоги, очень полезны при анализе высокочастотных сигналов.То есть сигналы, частоты которых выше, чем частота дискретизации осциллографа. Эти осциллографы могут измерять сигналы на порядок больше, чем любые другие осциллографы. Для измерения повторяющихся сигналов этот тип осциллографа может иметь полосу пропускания и высокоскоростную синхронизацию до десяти раз выше, чем у любого другого осциллографа.

Для достижения этих возможностей архитектура цифрового стробоскопического осциллографа отличается от других осциллографов. В этом случае выборка берется из входного сигнала перед его усилением или ослаблением.Поскольку мост дискретизации преобразует сигнал в более низкую частоту, используется усилитель с узкой полосой пропускания. Эта конфигурация позволяет достичь максимальной пропускной способности. Однако широкая полоса пропускания накладывает ограничения на динамический диапазон осциллографа. Перед мостом выборки нет усилителя или аттенюатора, поэтому сигнал нельзя масштабировать, и мост выборки должен быть в состоянии обрабатывать полный сигнал. Максимальное входное напряжение для цифровых осциллографов составляет всего около 3 В, в то время как другие типы могут выдерживать 500 В и более.[5][6]

[править] Осциллографы с цифровым люминофором

Осциллографы с цифровым люминофором (DPO) — это самый последний тип цифровых осциллографов. Они были представлены Tektronix в июне 1998 г. [7] . Популярность DPO продолжает расти благодаря их непревзойденным возможностям.

DPO

используют уникальную архитектуру обработки для преодоления ограничений DSO и осциллографов с цифровой дискретизацией. Эта уникальная архитектура представляет собой настройку параллельной обработки, а не настройку последовательной обработки двух других типов цифровых осциллографов.Это позволяет захватывать переходные события, сохраняя при этом большую полосу пропускания. Кроме того, в отличие от других цифровых осциллографов, использование параллельной обработки позволяет отображать данные на дисплее, как на аналоговых осциллографах, позволяя просматривать информацию об интенсивности в режиме реального времени.

Первый каскад блока параллельной обработки представляет собой вертикальный усилитель, аналогичный усилителю цифровых запоминающих осциллографов. Второй этап продолжает имитировать DSO в том смысле, что сигнал отправляется на АЦП. Однако после ADC архитектура обработки сильно отличается от DSO.DSO захватывает сигналы последовательно, что дает значительное время задержки, в течение которого осциллограф не может записывать какие-либо действия. В этом случае скорость микропроцессора ограничивает скорость захвата сигналов. DPO работает по-другому, поскольку оцифрованная форма сигнала растрируется в базу данных цифрового люминофора. Затем примерно каждую 1/30 секунды изображение сигнала отправляется на дисплей. При прямом растрировании данных и их копировании в память дисплея из базы данных цифровых люминофоров шаг, определяющий скорость, больше не является скоростью микропроцессора.

Хотя название может навести на мысль, что DPO основан на химическом люминофоре, как и аналоговый осциллограф, люминофор является чисто электронным. Постоянно обновляемая база данных состоит из множества ячеек, соответствующих отдельным пикселям на дисплее. Таким образом, каждый раз, когда к ячейке прикасается волна, информация об интенсивности может накапливаться. Кроме того, DPO может отображать эту информацию контрастными цветами, в отличие от своего аналогового аналога.

DPO позволяет получать ту же информацию, что и аналоговый осциллограф, с преимуществом наличия данных в цифровой форме.Эти прицелы находят множество приложений, в которых они теперь предпочтительны.[5][6]

[править] Осциллографы смешанных сигналов

Осциллограф смешанных сигналов (или MSO) имеет два типа входов: небольшое количество (обычно два или четыре) аналоговых канала и большее количество (обычно шестнадцать) цифровых каналов. Эти измерения собираются с одной временной базой, они просматриваются на одном дисплее, и любая комбинация этих сигналов может использоваться для запуска осциллографа.

MSO сочетает в себе все измерительные возможности и модель использования цифрового запоминающего осциллографа (DSO) с некоторыми измерительными возможностями логического анализатора. В MSO обычно отсутствуют расширенные возможности цифровых измерений и большое количество цифровых каналов сбора данных полноценных логических анализаторов, но они также намного проще в использовании. Типичные области применения для измерения смешанных сигналов включают характеристику и отладку гибридных аналогово-цифровых схем, таких как встроенные системы, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) и системы управления.

[править] Ручные осциллографы

Ручной осциллограф

полезен для многих приложений тестирования и обслуживания в полевых условиях. Сегодня ручной осциллограф обычно представляет собой цифровой стробоскопический осциллограф с жидкокристаллическим дисплеем. Обычно ручной осциллограф имеет два аналоговых входных канала, но также доступны версии с четырьмя входными каналами. Некоторые приборы сочетают в себе функции цифрового мультиметра с осциллографом.

[править] Осциллографы на базе ПК (PCO)

Хотя большинство людей думают об осциллографе как об автономном приборе в коробке, появляется новый тип «осциллографа», который состоит из специализированной платы сбора сигналов (которая может быть внешним USB-устройством или устройством с параллельным портом или внутренним устройством). дополнительную плату PCI или ISA).Само аппаратное обеспечение обычно состоит из электрического интерфейса, обеспечивающего изоляцию и автоматическую регулировку усиления, нескольких высокоскоростных аналого-цифровых преобразователей и некоторой буферной памяти или даже встроенных DSP. В зависимости от точной аппаратной конфигурации аппаратное обеспечение может быть лучше всего описано как дигитайзер, регистратор данных или как часть специализированной системы автоматического управления.

ПК обеспечивает дисплей, интерфейс управления, дисковое хранилище, сеть и часто электропитание для аппаратуры сбора данных.Жизнеспособность осциллографов на базе ПК зависит от широкого использования и низкой стоимости стандартизированных ПК. Поскольку цены могут варьироваться от 100 до 3000 долларов в зависимости от их возможностей, такие инструменты особенно подходят для образовательного рынка, где ПК являются обычным явлением, но бюджеты на оборудование часто невелики. Оборудование для сбора в определенных случаях может состоять только из стандартной звуковой карты или даже игрового порта, если задействованы только аудио и низкочастотные сигналы.

PCO может передавать данные на компьютер двумя основными способами — потоковым и блочным. В потоковом режиме данные передаются на ПК непрерывным потоком без потери данных. Способ подключения PCO к ПК (например, USB) определяет максимально достижимую скорость при использовании этого метода. Блочный режим использует встроенную память PCO для сбора блока данных, который затем передается на ПК после записи блока. Затем аппаратное обеспечение PCO сбрасывает и записывает другой блок данных.Этот процесс происходит очень быстро, но требуемое время зависит от размера блока данных и скорости, с которой он может быть передан. Этот метод обеспечивает гораздо более высокую скорость выборки, но во многих случаях аппаратное обеспечение не будет записывать данные во время передачи существующего блока, что означает некоторую потерю данных.

К преимуществам осциллографов на базе ПК относятся:

  • Более низкая стоимость по сравнению с автономным осциллографом, если у пользователя уже есть ПК.Аппаратное обеспечение PCO профессионального уровня (например, с полосой пропускания в МГц, а не в диапазоне кГц), как правило, дороже, чем, например. типичная звуковая карта PCI, а некоторые могут даже стоить больше, чем новый ПК [1].
  • Простой экспорт данных в стандартное программное обеспечение ПК, такое как электронные таблицы и текстовые процессоры.
  • Возможность управления прибором с помощью запуска пользовательской программы на ПК.
  • Использование сетевых функций ПК и дискового хранилища, которые оплачиваются дополнительно при добавлении к автономному осциллографу.
  • ПК
  • обычно имеют большие цветные дисплеи с высоким разрешением, которые легче читать, чем дисплеи меньшего размера, используемые в обычных осциллографах. Цвет можно использовать для различения сигналов. Он также может отображать больше информации, включая больше осциллограмм или дополнительные функции, такие как автоматические измерения осциллограмм и одновременные альтернативные виды.
  • Портативность при использовании с ноутбуком.
  • Некоторые физически намного меньше, чем даже портативные осциллографы.

Есть и недостатки, к которым относятся:

  • Электропитание и электромагнитные помехи от цепей ПК, которые требуют тщательного и обширного экранирования для получения хорошего разрешения сигнала низкого уровня.
  • Скорость передачи данных на ПК зависит от способа подключения. Это влияет на максимальную скорость выборки, достижимую PCO при потоковой передаче.
  • Владелец должен установить программное обеспечение осциллографа на ПК, которое может быть несовместимо с текущей версией операционной системы ПК.
  • Время загрузки ПК по сравнению с почти мгновенным запуском автономного осциллографа (хотя, поскольку некоторые современные осциллографы на самом деле являются замаскированными ПК или подобными машинами, это различие сужается).

По мере того, как в осциллографы включается больше вычислительной мощности и хранилища данных, различие стирается. Основные поставщики осциллографов производят осциллографы с большим экраном на базе ПК, с очень быстрыми (мультиГГц) входными дигитайзерами и настраиваемым пользовательским интерфейсом.

Программное обеспечение для ПК может использовать звуковую карту или игровой порт для сбора аналоговых сигналов вместо специального оборудования для сбора сигналов. Однако эти устройства имеют очень ограниченные диапазоны входного напряжения, ограниченную точность и очень ограниченный диапазон частот.Заземление для этих входов такое же, как заземление для логики ПК и источника питания; это может привести к неприемлемому количеству шума в тестируемой цепи. Однако эти устройства могут быть полезны для демонстрации или использования в качестве хобби.

Если используется звуковая карта, частотная характеристика обычно ограничивается звуковым диапазоном, и сигналы постоянного тока не могут быть измерены. Количество входов ограничено количеством каналов записи, и входы могут работать только с линейным аудио напряжением без риска повреждения.

Если в качестве оборудования для сбора данных используется игровой порт, частота дискретизации очень низкая, обычно ниже 1 кГц, а входное напряжение может варьироваться только в диапазоне нескольких вольт. Кроме того, игровой порт не может быть легко запрограммирован на определенную частоту дискретизации, а также не может быть легко назначен точный шаг квантования. Эти ограничения делают его пригодным только для низкоточной визуализации низкочастотных сигналов.

[править] История

[править] Нарисованные от руки осциллограммы

Иллюстрация пошагового метода Жубера для ручного построения измерений сигналов. [8]

Самый ранний метод создания изображения формы волны заключался в трудоемком и кропотливом процессе измерения напряжения или тока вращающегося ротора в определенных точках вокруг оси ротора и записи измерений, сделанных с помощью гальванометра. Медленно продвигаясь вокруг ротора, можно нарисовать на графической бумаге общую стоячую волну, записав градусы вращения и силу измерителя в каждом положении.

Этот процесс был впервые частично автоматизирован Жюлем Франсуа Жубером с его пошаговым методом измерения формы волны.Он состоял из специального одноконтактного коммутатора, прикрепленного к валу вращающегося ротора. Точка контакта могла перемещаться вокруг ротора в соответствии с точной шкалой индикатора градусов, а выходной сигнал появлялся на гальванометре, который техник рисовал вручную. [9] Этот процесс мог дать только очень грубую аппроксимацию формы сигнала, поскольку он формировался в течение нескольких тысяч волновых циклов, но это был первый шаг в науке о изображении формы волны.

[править] Крошечное поворотное зеркало

В 1920-х годах крошечное наклонное зеркало, прикрепленное к диафрагме на вершине рупора, обеспечивало хороший отклик до нескольких кГц, возможно, даже до 10 кГц.База времени, не синхронизированная, обеспечивалась многоугольником вращающегося зеркала, а коллимированный луч света от дуговой лампы проецировал форму волны на стену лаборатории или экран.

Еще раньше звук, подаваемый на диафрагму при подаче газа в пламя, заставлял высоту пламени изменяться, а многоугольник с вращающимся зеркалом давал первые проблески волновых форм.

[править] Автоматический бумажный осциллограф

Схематический и перспективный вид ондографа Госпитальера, в котором использовалась ручка на бумажном барабане для записи изображения формы волны, построенного с течением времени, с использованием механизма привода синхронного двигателя и гальванометра с постоянными магнитами. [10] [11]

Первые автоматические осциллографы использовали гальванометр для перемещения пера по свитку или барабану с бумагой, фиксируя волновые узоры на непрерывно движущемся свитке. Из-за относительно высокой скорости сигналов по сравнению с медленным временем реакции механических компонентов изображение сигнала не рисовалось напрямую, а вместо этого создавалось в течение определенного периода времени путем объединения небольших фрагментов множества различных сигналов для создания изображения. усредненная форма.

Устройство, известное как Ондограф Госпитальера, было основано на этом методе измерения формы волны. Он автоматически заряжал конденсатор от каждой сотой волны и разряжал накопленную энергию через записывающий гальванометр, при этом каждый последующий заряд конденсатора брался из точки, расположенной немного дальше по длине волны. [12] (Такие измерения формы волны по-прежнему усреднялись по многим сотням волновых циклов, но были более точными, чем осциллограммы, нарисованные от руки.)

Осциллографы с движущейся бумагой, использующие бумагу, чувствительную к УФ-излучению, и современные зеркальные гальванометры обеспечивали многоканальные записи в середине 20 века.Частотная характеристика была как минимум на низком уровне звука.

[править] Фотоосциллограф

Вверху слева: осциллограф Дадделла с подвижной катушкой с зеркалом и двумя поддерживающими подвижными катушками с каждой стороны, подвешенный в масляной ванне. Большие катушки с обеих сторон закреплены на месте и обеспечивают магнитное поле для движущейся катушки. (В то время постоянные магниты были довольно слабыми.) Top-Middle: вращающийся затвор и узел подвижного зеркала для размещения меток индекса времени рядом с образцом сигнала. Вверху справа: камера с движущейся пленкой для записи сигнала. Внизу: кинозапись искрения на контактах выключателя при отключении высоковольтной цепи. [13] [14] [15] [16]

Для обеспечения возможности прямого измерения сигналов необходимо, чтобы записывающее устройство использовало измерительную систему с очень малой массой, которая могла двигаться с достаточной скоростью, чтобы соответствовать движению реальных измеряемых волн.Это было сделано с разработкой Уильямом Дадделлом осциллографа с подвижной катушкой , который в наше время также называют зеркальным гальванометром. Это уменьшило измерительное устройство до небольшого зеркала, которое могло двигаться с высокой скоростью, чтобы соответствовать форме волны.

Чтобы выполнить измерение формы волны, фотографический предметный столик должен быть пропущен через окно, из которого выходит световой луч, или непрерывный рулон кинопленки должен быть прокручен через апертуру для записи формы волны с течением времени.Хотя измерения были намного более точными, чем встроенные бумажные регистраторы, все еще оставалось место для улучшений из-за необходимости проявлять экспонированные изображения, прежде чем их можно было изучить.

Лаборатория Аллена Б. Дю Монта. сделали камеры с движущейся пленкой, в которых непрерывное движение пленки обеспечивало временную основу. Горизонтальное отклонение, вероятно, было отключено, хотя очень медленное перемещение привело бы к распространению износа люминофора. ЭЛТ с люминофором P11 были либо стандартными, либо доступными.

Компания DuMont также производила проекционные осциллографы с многокаскадным КПК на 25 кВ или около того.

[править] ЭЛТ Изобретение

Электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) были разработаны в конце 19 века. В то время трубки предназначались в первую очередь для демонстрации и изучения физики электронов (тогда известных как катодные лучи). Карл Фердинанд Браун изобрел ЭЛТ-осциллограф в качестве физической диковинки в 1897 году, подав колебательный сигнал на электрически заряженные дефлекторные пластины в ЭЛТ с люминофорным покрытием. При подаче опорного колебательного сигнала на горизонтальные пластины дефлектора и тестового сигнала на вертикальные пластины дефлектора на маленьком люминофорном экране получались переходные графики электрических сигналов.

Первый двухлучевой осциллограф был разработан в конце 1930-х годов британской компанией ACCossor (позже приобретенной Raytheon). ЭЛТ не была настоящим двухлучевым типом, но использовала разделенную балку, созданную путем размещения третьей пластины между вертикальными отклоняющими пластинами. Он широко использовался во время Второй мировой войны для разработки и обслуживания радиолокационного оборудования. Хотя он был чрезвычайно полезен для проверки характеристик импульсных цепей, он не был откалиброван, поэтому его нельзя было использовать в качестве измерительного устройства.Однако это было полезно для получения кривых отклика цепей ПЧ и, следовательно, очень помогло в их точной настройке.

[править] Осциллограф

с запуском развертки Осциллографы

стали гораздо более полезным инструментом в 1946 году, когда Говард Воллум и Джек Мердок изобрели осциллограф с запускаемой разверткой , Tektronix Model 511. Говард Воллум впервые увидел такие «прицелы» в Германии. До того, как начали использовать триггерную развертку, горизонтальное отклонение луча осциллографа контролировалось автономным генератором пилообразной формы .Если бы период горизонтальной развертки не совпадал с периодом наблюдаемой формы волны, каждая последующая кривая начиналась бы в другом месте формы волны, что приводило бы к беспорядочному отображению или к движущемуся изображению на экране. Развертку можно было синхронизировать с периодом сигнала, но тогда скорость развертки не калибровалась. Многие осциллографы имели функцию синхронизации, которая подавала сигнал от вертикального отклонения в схему генератора развертки, но эквивалент уровня запуска имел в лучшем случае узкий диапазон, и полярность запуска не выбиралась.

Запуск позволяет стационарно отображать повторяющийся сигнал, так как несколько повторов сигнала рисуются по одной и той же трассе на люминофорном экране. Запущенная развертка поддерживает калибровку скорости развертки, позволяя измерять такие свойства сигнала, как частота, фаза, время нарастания и другие, которые в противном случае были бы невозможны. [17]

Что еще более важно, триггеры могут срабатывать с разными интервалами, и, если они не расположены слишком близко друг к другу, каждый триггер создает идентичный свип.Для получения стабильных трасс не требуется вход с постоянной частотой.

Во время Второй мировой войны несколько осциллографов, использовавшихся для разработки радаров (и несколько лабораторных осциллографов), имели так называемые управляемые развертки. Эти схемы развертки оставались бездействующими с отключенным лучом ЭЛТ до тех пор, пока управляющий импульс от внешнего устройства не отключил ЭЛТ и не запустил одну горизонтальную трассу с постоянной скоростью, которая могла иметь откалиброванную скорость, позволяющую измерять временные интервалы. Как только развертка была завершена, схема развертки отключила ЭЛТ (выключила луч), и схема перезагрузилась, готовая к следующему управляющему импульсу.Dumont 248, коммерчески доступный осциллограф, выпущенный в 1945 году, имел эту функцию.

ЭЛТ с длительным послесвечением, иногда используемые в прицелах для отображения довольно медленно меняющихся напряжений, использовали люминофор, такой как P7, который состоял из двойного слоя. Внутренний слой флуоресцировал ярко-синим светом от электронного луча, и его свет возбуждал фосфоресцирующий «внешний» слой, непосредственно видимый внутри оболочки (колбы). Последний хранил свет, а выпускал его желтоватым свечением с затухающей яркостью в течение десятков секунд.Этот тип люминофора также использовался в радиолокационных аналоговых ЭЛТ-дисплеях PPI, которые являются графическим украшением (вращающаяся радиальная световая полоса) в некоторых сценах телевизионных прогнозов погоды.

Осциллографы с запускаемой разверткой сравнивают сигнал вертикального отклонения (или скорость изменения сигнала) с регулируемым порогом, называемым уровнем запуска. Кроме того, схемы запуска также распознают направление наклона вертикального сигнала, когда он пересекает пороговое значение, независимо от того, является ли вертикальный сигнал положительным или отрицательным при пересечении.Это называется триггерной полярностью. Когда вертикальный сигнал пересекает установленный уровень запуска и движется в нужном направлении, схема запуска разблокирует ЭЛТ и начинает точную линейную развертку. Каждый запуск может произойти в любое время после предыдущего (но не слишком рано) — при условии, что предыдущий цикл завершен и схема цикла полностью вернулась в исходное состояние. (Это мертвое время может быть значительным.) Во время развертки сама схема развертки игнорирует сигналы начала развертки от схем обработки запуска.

Наличие выбираемой полярности запуска и уровня запуска, наряду с управляемой разверткой, сделало осциллографы исключительно ценными и чрезвычайно полезными контрольно-измерительными приборами. Ранние осциллографы с запускаемой разверткой имели откалиброванную базу времени, а также вертикальные (отклоняющие) усилители с откалиброванной чувствительностью. Скорость следа на экране дана в единицах времени на деление сетки.

Поскольку осциллографы со временем становятся все более мощными, расширенные возможности запуска позволяют захватывать и отображать сигналы более сложной формы.Например, задержка запуска — это функция большинства современных осциллографов, которую можно использовать для определения определенного периода после запуска, в течение которого осциллограф не будет запускаться снова. Это упрощает создание стабильного представления сигнала с несколькими фронтами, которые в противном случае вызвали бы другой запуск.

[править] Тектроникс

Воллум и Мердок основали компанию Tektronix, первого производителя калиброванных осциллографов (которые включали масштабную сетку на экране и производили графики с калиброванными шкалами по осям экрана).Более поздние разработки Tektronix включали разработку осциллографов с несколькими трассами для сравнения сигналов либо путем временного мультиплексирования (через прерывание или чередование трасс), либо за счет наличия в трубке нескольких электронных пушек. В 1963 году Tektronix представила бистабильную накопительную трубку прямого обзора (DVBST), которая позволяла наблюдать формы одиночных импульсов, а не (как раньше) только повторяющиеся формы волн. Используя микроканальные пластины, различные умножители электронов с вторичной эмиссией внутри ЭЛТ и за лицевой панелью, самые современные аналоговые осциллографы (например, мейнфрейм Tek 7104) могут отображать видимую трассу (или позволять фотографировать) однократное событие даже при работе на очень высоких скоростях развертки.Этот диапазон дошел до 1 ГГц.

В ламповых прицелах фирмы Tektronix вертикальная линия задержки усилителя представляла собой длинную раму, Г-образную из соображений экономии места, на которой находились несколько десятков дискретных катушек индуктивности и соответствующее количество регулируемых («подстроечных») цилиндрических конденсаторов малой емкости. . Эти прицелы имели подключаемые вертикальные входные каналы. Для регулировки конденсаторов линии задержки геркон высокого давления, наполненный ртутью, создавал чрезвычайно быстро нарастающие импульсы, которые поступали непосредственно на более поздние каскады вертикального усилителя.При быстрой развертке любая неправильная регулировка создавала провал или выпуклость, а прикосновение к конденсатору приводило к изменению его локальной части формы сигнала. Регулировка конденсатора заставила его выпуклость исчезнуть. В итоге получилась плоская вершина.

Выходные каскады на вакуумных лампах в ранних широкополосных прицелах использовали радиопередающие лампы, но они потребляли много энергии. Пикофарад емкости для заземления с ограниченной полосой пропускания. В лучшей конструкции, называемой распределенным усилителем, использовалось несколько ламп, но их входы (управляющие сетки) были соединены вдоль линии задержки LC с ответвлениями, поэтому входные емкости ламп стали частью линии задержки.Кроме того, их выходы (пластины / аноды) также были подключены к другой линии задержки с ответвлениями, выход которой питал отклоняющие пластины. (Этот усилитель был двухтактным, поэтому было четыре линии задержки, две для входа и две для выхода.)

[править] Цифровые осциллографы

Первый цифровой запоминающий осциллограф (DSO) был изобретен Уолтером Лекроем (который основал корпорацию LeCroy Corporation в Нью-Йорке, США) после производства высокоскоростных дигитайзеров для исследовательского центра CERN в Швейцарии.LeCroy остается одним из трех крупнейших производителей осциллографов в мире.

Начиная с 1980-х годов широкое распространение получили цифровые осциллографы. Цифровые запоминающие осциллографы используют быстродействующий аналого-цифровой преобразователь и микросхемы памяти для записи и отображения цифрового представления сигнала, что обеспечивает гораздо большую гибкость запуска, анализа и отображения, чем это возможно в классическом аналоговом осциллографе. В отличие от своего аналогового предшественника, цифровой запоминающий осциллограф может отображать события, предшествующие запуску, открывая новое измерение для регистрации редких или прерывистых событий и устранения неполадок электронных сбоев.По состоянию на 2006 год большинство новых осциллографов (кроме образовательных и некоторых нишевых рынков) являются цифровыми.

Цифровые осциллографы полагаются на эффективное использование встроенной памяти и функций триггера: памяти недостаточно, и пользователь пропустит события, которые он хочет изучить; если область имеет большой объем памяти, но не срабатывает должным образом, у пользователя возникнут трудности с поиском события.

[править] Стирка

В те годы, когда осциллографы строились с использованием вакуумных ламп (клапанов) и, следовательно, большого количества высоковольтной электроники, рекомендовалась процедура обслуживания для промывки внутренних цепей осциллографа.Это было рекомендовано для предотвращения скопления пыли, которая могла вызвать низкое сопротивление и пути слежения от высоковольтных клемм. Компания Tektronix опубликовала рекомендуемую процедуру в журнале своей компании TekScope . Он включал бережное нанесение воды и моющего средства под низким давлением с последующим тщательным ополаскиванием и сушкой инструмента. Таким образом, специалист по обслуживанию может удалить пыль и другие токопроводящие загрязнения, которые в противном случае могли бы нарушить правильную калибровку прибора.Предсервисная мойка салона продолжалась еще долгое время после того, как полупроводниковые схемы заменили лампы. (Не весь прицел можно было мыть; двигатель вентилятора, вероятно, нельзя, хотя силовой трансформатор можно было(!) )

[править] Использовать как реквизит

В 1950-х и 1960-х годах осциллографы часто использовались в фильмах и телевизионных программах для представления типового научного и технического оборудования. В американском телешоу 1963–1965 годов «: Внешние пределы» , как известно, изображение колеблющихся фигур Лиссажу на осциллографе использовалось в качестве фона для вступительных титров («. С вашим телевизором все в порядке. Осциллографы специального назначения, называемые мониторами модуляции, могут напрямую подавать радиочастотный сигнал относительно высокого напряжения на отклоняющие пластины без промежуточного усилительного каскада. В таких случаях форма волны приложенного РЧ обычно не могла быть показана, потому что частота была слишком высокой. В таких мониторах полоса пропускания ЭЛТ, которая обычно составляет несколько сотен МГц, позволяет отображать огибающую высокочастотного радиочастотного диапазона. На дисплее не след, а сплошной треугольник света. Фрэнк Спитцер и Барри Ховарт, Принципы современной аппаратуры , Холт, Райнхарт и Уинстон, Нью-Йорк, 1972, ISBN 0-03-080208-3 стр. 122

[править] Внешние ссылки

Teledyne LeCroy — Осциллограф

Пропускная способность: Все от 1 до 2 ГГц 2.от 5 до 8 ГГц от 13 до 30 ГГц >30 ГГц

Разрешение: Все 8 бит 12 бит

Объем памяти: Все от 10 до 50 Мбит/с от 50 до 250 Мбит/с от 250 Мбит/с до 1 Гбит/с от 1 до 5 Гвыб.

Частота дискретизации: Все ≤2.5 Гвыб/с ≥5 Гвыб/с ≥10 Гвыб/с ≥20 Гвыб/с ≥40 Гвыб/с ≥80 Гвыб/с ≥100 Гвыб/с

Набор инструментов для анализа: Все Базовый Передовой

Работа электронно-лучевого осциллографа

и его применение

CRO означает электронно-лучевой осциллограф.Обычно он делится на четыре раздела: дисплей, вертикальные контроллеры, горизонтальные контроллеры и триггеры. Большинство осциллографов используются в качестве пробников, и они используются для ввода любого инструмента. Мы можем проанализировать форму сигнала, отложив амплитуду вдоль оси x и оси y. Приложения CRO в основном связаны с радиоприемниками, телевизионными приемниками, а также с лабораторными работами, связанными с исследованиями и проектированием. В современной электронике CRO играет важную роль в электронных схемах.


Что такое CRO?

Электронно-лучевой осциллограф представляет собой электронный измерительный прибор , он используется для получения сигналов при подаче различных входных сигналов. Раньше его называли осциллографом. Осциллограф наблюдает за изменениями электрических сигналов во времени, таким образом, напряжение и время описывают форму, и она постоянно отображается рядом со шкалой. Увидев форму волны, мы можем проанализировать некоторые свойства, такие как амплитуда, частота, время нарастания, искажение, временной интервал и т. д.

Катодно-лучевой осциллограф

Блок-схема CRO

На следующей блок-диаграмме показано сокращение CRO общего назначения . CRO набирает электронно-лучевую трубку и действует как нагреватель осциллографа. В осциллографе ЭЛТ создает электронный пучок, который ускоряется до высокой скорости и направляется в фокус на флуоресцентном экране.

Таким образом, экран дает видимое пятно, куда попадает электронный луч. Обнаружив луч над экраном в ответ на электрический сигнал, электроны могут действовать как электрический луч света, излучающий свет там, где он падает.

Блок-схема CRO

Для выполнения этой задачи нам нужны различные электрические сигналы и напряжения. Это обеспечивает цепь питания осциллографа. Здесь мы будем использовать высокое напряжение и низкое напряжение. Низкое напряжение используется для нагревателя электронной пушки для генерации электронного луча. Для ускорения луча электронно-лучевой трубке требуется высокое напряжение. Нормальное питание необходимо для других блоков управления осциллографа.

Горизонтальная и вертикальная пластины расположены между электронной пушкой и экраном, таким образом, он может обнаруживать луч по входному сигналу.Непосредственно перед обнаружением электронного луча на экране в горизонтальном направлении, которое находится по оси X с постоянной скоростью, зависящей от времени, осциллятор задает генератор временной развертки. Сигналы проходят от вертикальной отклоняющей пластины через вертикальный усилитель. Таким образом, можно усилить сигнал до уровня, который будет обеспечивать отклонение электронного луча.

Если электронный луч обнаружен по оси X и по оси Y, дается триггерная схема для синхронизации этих двух типов обнаружения.Следовательно, горизонтальное отклонение начинается в той же точке, что и входной сигнал.

Принцип работы

Принцип работы CRO зависит от движения электронного луча из-за электростатической силы. Как только электронный луч попадает на поверхность люминофора, он оставляет на ней яркое пятно. Катодно-лучевой осциллограф применяет электростатическую энергию к электронному лучу двумя вертикальными путями. Пятно на люминофорном мониторе поворачивается за счет действия этих двух взаимно перпендикулярных электростатических сил.Он перемещается, чтобы сделать необходимую форму входного сигнала.

Конструкция электронно-лучевого осциллографа

Конструкция CRO включает в себя следующее.

  • Электронно-лучевая трубка
  • Электронный пистолет в сборе
  • Отклоняющая пластина
  • Флуоресцентный экран для ЭЛТ
  • Стеклянная оболочка
Электронно-лучевая трубка

CRO — это вакуумная трубка, и основная функция этого устройства — изменить сигнал с электрического на визуальный.Эта трубка включает в себя электронную пушку, а также электростатические отклоняющие пластины. Основная функция этой электронной пушки используется для генерации сфокусированного электронного луча, который ускоряется до высокой частоты.

Вертикальная отклоняющая пластина будет поворачивать луч вверх и вниз, тогда как горизонтальный луч перемещает электронные пучки с левой стороны на правую. Эти действия автономны друг от друга, поэтому луч может располагаться в любом месте монитора.

Электронный пистолет в сборе

Основная функция электронной пушки — испускать электроны, превращая их в лучи.Этот пистолет в основном включает в себя нагреватель, сетку, катод и аноды, такие как ускоряющие, предварительно ускоряющие и фокусирующие. На конце катода слои стронция и бария осаждаются для получения высокой электронной эмиссии электронов при умеренной температуре, слои бария осаждаются на конце катода.

После того, как электроны генерируются катодной сеткой, они проходят через управляющую сетку, которая обычно представляет собой никелевый цилиндр, через центрально расположенную коаксиальную ось ЭЛТ.Таким образом, он контролирует силу генерируемых электронов с катода.

Когда электроны текут по всей управляющей сетке, то она ускоряется с помощью высокого положительного потенциала, который подается на предускорительные или ускоряющие узлы. Электронный луч концентрируется на электродах, проходит через отклоняющие пластины, как горизонтальные, так и вертикальные, и подается на люминесцентную лампу.

Ускоряющий и предускорительный аноды подключаются к напряжению 1500 В, а фокусирующий электрод может быть подключен к напряжению 500 В.Электронный луч можно сфокусировать с помощью двух методов, таких как электростатическая и электромагнитная фокусировка. Здесь в электронно-лучевом осциллографе используется электростатическая фокусирующая трубка.

Отклоняющая пластина

Как только электронный луч выйдет из электронной пушки, этот луч пройдет через два набора отклоняющих пластин. Этот набор будет генерировать вертикальное отклонение, известное как вертикальная отклоняющая пластина Y-образной пластины. Набор пластин используется для горизонтального отклонения, известного как горизонтальное отклонение пластины X.

Флуоресцентный экран ЭЛТ

В ЭЛТ передняя панель называется лицевой панелью. Для ЭЛТ-экрана она плоская и имеет размер около 100 мм × 100 мм. Экран ЭЛТ несколько изогнут для больших дисплеев, а формирование лицевой панели может быть выполнено путем прессования расплавленного стекла в форму и последующего нагревания.

Внутренняя поверхность лицевой панели покрыта люминофорным кристаллом для преобразования энергии из электрической в ​​световую. Как только луч электроники достигает кристалла люминофора, уровень энергии может быть повышен, и, таким образом, свет генерируется во время кристаллизации фосфора, поэтому это явление известно как флуоресценция.

Стеклянный конверт

Это чрезвычайно вакуумированная коническая форма конструкции. Внутренние грани ЭЛТ в районе шеи, а также дисплей прикрыты аквадагом. Это проводящий материал, который действует как высоковольтный электрод. Поверхность покрытия электрически соединена с ускоряющим анодом, чтобы помочь электрону оказаться в центре.

Работа CRO

На следующей принципиальной схеме показана основная схема электронно-лучевого осциллографа .В этом мы обсудим важные части осциллографа.

Работа системы вертикального отклонения CRO

Основная функция этого усилителя заключается в усилении слабого сигнала, чтобы усиленный сигнал мог давать желаемый сигнал. Для исследования входные сигналы проникают на вертикальные отклоняющие пластины через входной аттенюатор и ряд каскадов усилителя.

Система горизонтального отклонения

Вертикально-горизонтальная система состоит из горизонтальных усилителей для усиления слабых входных сигналов, но отличается от системы вертикального отклонения.Горизонтальные отклоняющие пластины пронизаны напряжением развертки, которое дает временную основу. Судя по схеме, генератор пилообразной развертки запускается синхронизирующим усилителем, а переключатель развертки переключается во внутреннее положение. Таким образом, триггерный пилообразный генератор подает входной сигнал на усилитель строчной развертки, следуя за механизмом. Здесь мы обсудим четыре типа развертки.

Периодическая проверка

Само название говорит о том, что пилообразный сигнал соответствует тому, что новая развертка начинается нескромно в конце предыдущей развертки.

Триггерная развертка

Иногда необходимо следить за формой волны, чтобы ее нельзя было предсказать таким образом, желательно, чтобы схема развертки оставалась неработоспособной, а развертка инициировалась исследуемой формой волны. В этих случаях мы будем использовать триггерную развертку.

Приводная уборка

Как правило, развертка привода используется, когда развертка работает в автономном режиме, но запускается тестируемым сигналом.

Лапка без пилообразного зуба

Эта развертка используется для нахождения разницы между двумя напряжениями.Используя непилообразную развертку, мы можем сравнить частоту входных напряжений.

Синхронизация

Синхронизация выполняется для получения стационарного шаблона. Синхронизация осуществляется между разверткой и измеряемым сигналом. Есть несколько источников синхронизации, которые можно выбрать с помощью селектора синхронизации. Которые обсуждаются ниже.

Внутренний

При этом сигнал измеряется вертикальным усилителем, а триггер воздерживается от сигнала.

Внешний

Во внешнем триггере должен присутствовать внешний триггер.

Строка

Линейный триггер производится блоком питания.

Модуляция интенсивности

Эта модуляция производится путем вставки сигнала между землей и катодом. Эта модуляция вызывается повышением яркости дисплея.

Управление позиционированием

Применяя небольшой независимый внутренний источник постоянного напряжения к детекторным пластинам через потенциометр, можно контролировать положение, а также положение сигнала.

Регулятор интенсивности

Интенсивность отличается изменением потенциала сетки по отношению к катоду.

Измерение электрических величин

Измерения электрических величин с помощью CRO могут выполняться, например, по амплитуде, периоду времени и частоте.

  • Измерение амплитуды
  • Измерение периода времени
  • Измерение частоты

Измерение амплитуды

Дисплеи, такие как CRO, используются для отображения сигнала напряжения в виде временной функции на его дисплее.Амплитуда этого сигнала стабильна; тем не менее, мы можем изменить количество разделов, которые закрывают сигнал напряжения в вертикальном направлении, изменив кнопку вольт/деления в верхней части платы CRO. Итак, мы получим амплитуду сигнала, которая есть на экране CRO, с помощью приведенной ниже формулы.

А = j * nv

Где,

«А» — амплитуда

‘j’ – значение вольт/дел

«nv» — это номер. перегородок, перекрывающих сигнал по вертикали.

Измерение периода времени

CRO отображает сигнал напряжения как функцию времени на своем экране. Период времени этого периодического сигнала напряжения является постоянным, но мы можем изменять количество делений, которые охватывают один полный цикл сигнала напряжения в горизонтальном направлении, изменяя ручку времени/деления на панели CRO.

Таким образом, мы получим Период времени сигнала, который присутствует на экране CRO, используя следующую формулу.

Т = к * пх

Где,

‘T’ – период времени

‘j’ – значение времени/деления

‘nv’ – это количество разделов, покрывающих один полный цикл периодического сигнала в горизонтальном направлении.

Измерение частоты

На экране CRO измерение плитки и частоты можно очень просто выполнить с помощью горизонтальной шкалы. Если вы хотите быть уверенным в точности при измерении частоты, это помогает увеличить область сигнала на вашем дисплее CRO, чтобы мы могли более просто преобразовать форму волны.

Первоначально время может быть измерено с помощью горизонтальной шкалы на CRO и подсчетом количества плоских разделов от одного конца сигнала до другого везде, где он пересекает плоскую линию.После этого мы можем развить количество плоских разделов через время или деление, чтобы определить период времени сигнала. Математически измерение частоты можно представить как частота = 1/период.

f = 1/T

Основные элементы управления CRO

Основные элементы управления CRO в основном включают положение, яркость, фокус, астигматизм, гашение и калибровку.

Позиция

В осциллографе ручка управления положением в основном используется для управления положением интенсивного пятна с левой стороны на правую.Регулируя ручку, можно просто управлять пятном с левой стороны на правую.

Яркость

Яркость луча в основном зависит от интенсивности электрона. Сетки управления отвечают за интенсивность электронов в электронном луче. Таким образом, напряжением сетки можно управлять, регулируя яркость электронного луча.

Фокус

Управление фокусировкой может быть достигнуто за счет регулирования приложенного напряжения к центральному аноду CRO.Средний и другие аноды в его области могут образовывать электростатическую линзу. Следовательно, основную длину линзы можно изменять, регулируя напряжение на центральном аноде.

Астигматизм

В CRO это дополнительный элемент управления фокусировкой, аналогичный астигматизму в оптических линзах. Луч, сфокусированный в середине монитора, будет расфокусирован на краях экрана, поскольку длины путей электронов неодинаковы для центра и краев.

Цепь гашения

Генератор временной развертки, присутствующий в осциллографе, генерирует напряжение гашения.

Цепь калибровки

Генератор необходим для калибровки осциллографа. Однако используемый генератор должен генерировать прямоугольную форму волны для заданного напряжения.

Приложения

  • CRO используются в крупных приложениях, таких как радиостанции, для наблюдения за передачей и приемом свойств сигнала.
  • CRO используется для измерения напряжения, тока, частоты, индуктивности, полной проводимости, сопротивления и коэффициента мощности.
  • Это устройство также используется для проверки характеристик цепей AM и FM
  • Это устройство используется для контроля свойств и характеристик сигналов, а также для управления аналоговыми сигналами.
  • CRO используется через резонансный контур для просмотра формы сигнала, полосы пропускания и т. д.
  • Форма кривой напряжения и тока может наблюдаться CRO, что помогает принять необходимое решение на радиостанции или станции связи.
  • Используется в лабораториях для проведения исследований.Как только исследователи разрабатывают новую схему, они используют CRO для проверки формы сигналов напряжения и тока каждого элемента схемы.
  • Используется для сравнения фазы и частоты
  • Используется в ТВ, РЛС и анализе давления в двигателе
  • Для проверки нервных реакций и сердцебиения.
  • В петле гистерезиса используется для нахождения кривых BH
  • Кривые транзистора можно отследить.

Преимущества

К преимуществам CRO относятся следующие.

  • Стоимость и сроки
  • Требования к обучению
  • Постоянство и качество
  • Эффективность времени
  • Экспертиза и опыт
  • Способность решать проблемы
  • Без проблем
  • Гарантия соответствия нормативным требованиям
  • Измерение напряжения
  • Измерение тока
  • Исследование формы волны
  • Измерение фазы и частоты

Недостатки

К недостаткам CRO относятся следующие.

  • Эти осциллографы дороги по сравнению с другими измерительными приборами, такими как мультиметры.
  • Их сложно ремонтировать после повреждения.
  • Эти устройства нуждаются в полной изоляции
  • Они огромные, тяжелые и потребляют больше энергии
  • Много клемм управления
Использование CRO

В лаборатории CRO можно использовать как

  • Может отображать различные типы сигналов
  • Может измерять короткий интервал времени
  • В вольтметре может измерять разность потенциалов

В этой статье мы обсудили работу CRO и ее применение.Прочитав эту статью, вы получили некоторые базовые знания о работе и применении CRO. Если у вас есть какие-либо вопросы относительно этой статьи или реализации проектов ECE и EEE, прокомментируйте их в разделе ниже. Вот вопрос к вам, какие функции у ЦРО?

Фото:

BITSCOPE = ПК ОСЦИЛЛОСКОПЫ И АНАЛИЗАТОРЫ

BitScope Mixed Signal Systems — это программируемые осциллографы, логические анализаторы, анализаторы спектра, генераторы сигналов и системы сбора данных на базе ПК для Windows, Mac OS X, Linux и Raspberry Pi.Они предлагают комплексные решения в области испытаний, измерений, мониторинга и контроля для инженеров в промышленности, образовании, исследованиях и разработках и обслуживании.

BitScope являются очень экономичными и варьируются от крошечного BitScope Micro с питанием от USB до полноразмерных промышленных и сетевых осциллографов смешанных сигналов. Все они основаны на уникальной и мощной виртуальной машине BitScope, что означает, что их всегда можно обновить и динамически настроить в программном обеспечении.

BitScope построены на .Будь то подключенная к сети система сбора данных для монтажа в стойку, настольный измерительный прибор с USB-подключением или портативная многоцелевая система захвата смешанных сигналов, большинство BitScope размещены в прочном алюминиевом корпусе для надежной физической защиты и надежной защиты от электромагнитных помех.

BitScope, развернутые много лет назад, все еще находятся в активной эксплуатации, и все 23 поддерживаемые модели совместимы с новейшим программным обеспечением , поэтому вы можете рассчитывать на них круглосуточно и без выходных в течение многих лет.

Все BitScopes захват цифровой + аналоговый сигналы одновременно .Будь то подключенный к сети осциллограф смешанных сигналов или крошечный BitScope Micro, каждый из них предлагает комбинированное представление аналоговых сигналов и цифровых сигналов .

Большинство моделей имеют полосу пропускания 100 МГц и скорость цифрового захвата до 40 выб/с. Некоторые из них включают в себя генераторы сигналов и тактовых импульсов, декодеры протоколов, цифровой ввод-вывод, и все они могут управлять внешними схемами малой мощности.

BitScope идеально подходят для прототипирования, тестирования и отладки всех видов реальных смешанных сигнальных систем, от аналоговых схем, цифровой логики и встроенных вычислений до систем связи, датчиков и сервоприводов в робототехнике или промышленных систем мониторинга и управления процессами.

BitScope доступны с широким спектром программного обеспечения для Windows, Mac OS X, Linux и встроенных x86 и ARM. Все модели включают BitScope DSO для работы с аналоговыми и смешанными сигналами и BitScope Logic для цифровых.

Растет число других программных приложений, доступных для конкретных целей, включая BitScope Meter для быстрого и автоматизированного измерения сигналов и BitScope Chart для многоканального сбора данных и записи графиков.

BitScope полностью программируются пользователем , поэтому их можно использовать в специализированных приложениях или даже интегрировать в сторонние продукты и программные системы OEM.

Они могут быть запрограммированы непосредственно на уровне виртуальной машины с помощью опубликованных руководств пользователя или через библиотеку BitScope, которая делает доступными все функции сбора и генерации данных смешанных сигналов BitScope с помощью простого в использовании API вызова функций.

Посетите страницы «Программное обеспечение, продукты и дизайн», чтобы узнать больше о BitScope. Обязательно проверяйте новости BitScope, чтобы быть в курсе последних выпусков. Вы можете купить BitScope и бесплатно загрузить его из Интернета. Не стесняйтесь обращаться к нам в любое время с вопросами или для получения предложений и местонахождения дилеров.Мы также рекомендуем вам просматривать наши обширные страницы онлайн-поддержки для получения последней информации об использовании BitScope, обновлениях и решении проблем.

Raspberry Pi и BitScope хорошо работают вместе, создавая надежные промышленные платформы физических вычислений для тестирования, измерения и сбора данных.

Наше программное обеспечение очень хорошо работает на Raspberry Pi, но Raspberry Pi предлагает гораздо больше возможностей для тестирования и измерений на основе BitScope.

Комплексные масштабируемые решения промышленного качества можно создавать на Raspberry Pi с использованием BitScope Blade .

Сюда входят гибкие многоканальные системы тестирования и измерения с использованием BitScope Micro и Uno Pi, а также кластерные вычислительные решения для серьезной обработки данных, созданные с помощью Duo Pi или Quattro Pi, установленных в стойках для блейд-серверов .

Блейд-серверы

работают и с другими решениями, такими как Sense HAT, а новый Raspberry Pi 3 предлагает встроенный WiFi и Bluetooth , а также четырехъядерный процессор с 64-битной обработкой в стандартной комплектации.

Это не заканчивается испытаниями и измерениями.BitScope Blade также хорошо подходит для автономных серверов и рабочих станций, кластерных вычислений и инфраструктуры облачного хостинга, дистанционного зондирования, общих физических вычислений и в сфере образования.

Конечно, как и сам BitScope, Raspberry Pi программируется пользователем , и для него доступен огромный спектр программных решений через несколько различных операционных систем, опубликованных на веб-сайте Raspberry Pi, или индивидуальные решения, которые доступны на BitScope. Подключенные BitScope могут быть запрограммированы непосредственно через Raspberry Pi, поэтому все функции сбора и генерации данных смешанных сигналов BitScope доступны непосредственно для Raspberry Pi.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.