Осциллографом. Как пользоваться осциллографом: Измерение основных характеристик сигналов — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как измерить амплитуду сигнала с помощью осциллографа. Как определить частоту и период сигнала на осциллографе. Как выполнить измерение фазового сдвига между сигналами осциллографом. Какие еще параметры позволяет измерить осциллограф.

Содержание

Измерение амплитуды сигнала осциллографом

Одной из основных характеристик сигнала, которую позволяет измерить осциллограф, является амплитуда. Амплитуда — это максимальное отклонение сигнала от среднего значения.

Для измерения амплитуды сигнала с помощью осциллографа необходимо выполнить следующие шаги:

Подключить щупы осциллографа к исследуемой цепи.
Настроить развертку по вертикали так, чтобы сигнал занимал большую часть экрана по высоте.
Определить цену деления по вертикали (вольт/деление).
Посчитать, сколько делений занимает размах сигнала по вертикали от минимума до максимума.
Умножить количество делений на цену деления — это и будет амплитуда сигнала.

Например, если размах сигнала занимает 4 деления по вертикали, а цена деления установлена 0.5 В/дел, то амплитуда составит:

4 дел * 0.5 В/дел = 2 В

Измерение частоты и периода сигнала на осциллографе

Осциллограф также позволяет легко измерить частоту и период периодических сигналов. Для этого используется развертка по горизонтали.

Алгоритм измерения частоты сигнала:

Настроить развертку по горизонтали так, чтобы на экране умещалось 1-2 периода сигнала.
Определить цену деления по горизонтали (секунд/деление).
Измерить длительность одного периода сигнала в делениях.
Умножить количество делений на цену деления — это будет период сигнала T.
Рассчитать частоту по формуле f = 1/T.

Например, если период сигнала занимает 5 делений, а цена деления 100 мкс/дел, то период составит:

T = 5 дел * 100 мкс/дел = 500 мкс

Частота сигнала при этом будет равна:

f = 1/T = 1/500 мкс = 2 кГц

Измерение фазового сдвига между сигналами

Осциллограф позволяет измерить фазовый сдвиг между двумя сигналами одинаковой частоты. Для этого используются два канала осциллографа.

Порядок измерения фазового сдвига:

Подать исследуемые сигналы на два канала осциллографа.
Настроить развертку так, чтобы на экране умещался один период сигналов.
Измерить временной сдвиг между сигналами Δt.
Измерить период сигнала T.
Рассчитать фазовый сдвиг по формуле: φ = 360° * Δt / T

Например, если временной сдвиг составляет 100 мкс, а период сигнала 500 мкс, то фазовый сдвиг будет равен:

φ = 360° * 100 мкс / 500 мкс = 72°

Другие возможности осциллографа по измерениям

Современные цифровые осциллографы предоставляют широкие возможности по измерениям различных параметров сигналов:

Измерение длительности фронтов и срезов импульсов

Измерение скважности импульсных сигналов
Анализ спектра сигналов с помощью быстрого преобразования Фурье
Измерение джиттера
Построение глазковых диаграмм
Декодирование цифровых протоколов

Это делает осциллограф универсальным инструментом для исследования и отладки электронных устройств.

Преимущества цифровых осциллографов

Современные цифровые осциллографы имеют ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми:

Возможность сохранения и обработки осциллограмм
Автоматические измерения параметров сигналов
Математические операции над сигналами
Цифровая фильтрация
Расширенные возможности синхронизации
Большой объем памяти для захвата длинных сигналов

Это значительно расширяет функциональность и удобство работы с осциллографом при исследовании сложных сигналов.

Выбор осциллографа для конкретных задач

При выборе осциллографа для решения конкретных измерительных задач следует обратить внимание на следующие ключевые параметры:

Полоса пропускания — определяет максимальную частоту исследуемых сигналов
Частота дискретизации — влияет на точность воспроизведения формы сигналов
Объем памяти — позволяет захватывать длинные последовательности
Количество каналов — для одновременного анализа нескольких сигналов
Возможности синхронизации — для выделения нужных участков сложных сигналов
Функции анализа — математика, БПФ, декодирование протоколов и т.д.

Правильный выбор осциллографа с учетом специфики решаемых задач позволит получить оптимальное соотношение возможностей и стоимости прибора.

Заключение

Осциллограф является универсальным и мощным инструментом для исследования электрических сигналов. Он позволяет измерять ключевые параметры сигналов — амплитуду, частоту, фазовые соотношения. Современные цифровые осциллографы предоставляют широкие возможности по анализу и обработке сигналов. Умение грамотно пользоваться осциллографом — важный навык для специалистов, работающих с электронной аппаратурой.

Как пользоваться осциллографом и для чего он вообще нужен. Часть II

Это вторая часть ликбеза по осциллографам, а первая часть здесь.

Вступление
Амплитуда, частота, период
Как измерить частоту
Как измерить, оценить сдвиг фаз

Эта заметка будет постепенно пополняться простыми, но полезными приёмами работы с осциллографом.

Вступление

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

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

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

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

(подсказка: инструкции есть в сети).

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

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

Виды сигналов

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

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

Амплитуда, частота, период

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

Это значит, что если ты выберешь измерение переменного сигнала и подключишь щуп к батарейке, то на экране прибора ничего не изменится. А если выберешь второй режим и проделаешь тоже самое, то линия на экране прибора сместится приблизительно на 1.6В вверх (величина ЭДС пальчиковой батарейки). Зачем это нужно? Для разделения постоянной и переменной составляющей сигнала!

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

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

Если посмотреть на экран осциллографа на картинке выше и предположить, что В/дел = 1В, тогда амплитуда синусоиды будет 1.3В.

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

-3) и равняется 250 Гц.

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

Измерение частоты

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

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

Сдвиг фаз

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

Что еще почитать про осциллографы?

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

Портативные осциллографы | Fluke

Портативные осциллографы ScopeMeter® можно использовать в условиях, где стандартные стендовые осциллографы с трудом выдерживают воздействие суровых, опасных и загрязненных промышленных сред. Эти портативные приборы сочетают в себе производительность стендового осциллографа, функции мультиметра и безбумажного регистратора, что обеспечивает установку, ввод в эксплуатацию и обслуживание промышленного и электронного оборудования в полевых условиях. В измерительных приборах ScopeMeter компании Fluke используется уникальный режим Connect-and-View ™ для автоматической и непрерывной настройки осциллографа, что упрощает их использование даже при сложных сигналах.

Измерительные приборы Fluke 190 ScopeMeter серии II
Измерительные приборы ScopeMeter 190 серии II — это высокопроизводительные портативные осциллографы, предназначенные для поиска и устранения неисправностей промышленных электрических или электронных систем. Серия работает в полосах пропускания 60, 100, 200 или 500 МГц.

Осциллограф Fluke серии 120B
Прибор ScopeMeter серии 120B с осциллографом с двойным входом и цифровым мультиметром идеально подходит для использования на промышленном электрическом или электромеханическом оборудовании, когда требуется прочный портативный осциллограф. В серию входят модели с полосой пропускания 20 или 40 МГц, приборы поддерживают систему Fluke Connect^™, для них существует специальное мобильное приложение, а также ПО FlukeView^™ и ScopeMeter, которое позволяет осуществлять расширенное сотрудничество, анализ данных и архивирование важной информации о проверках.

Анализаторы работы электроприводов Fluke серии MDA-500
Анализаторы работы электроприводов серии MDA-500 представляют собой идеальные портативные измерительные приборы для анализа работы электроприводов, выполняющие измерения с пошаговыми инструкциями, которые позволяют увидеть, где выполнять соединения, а также содержат предварительно заданные профили измерений, которые помогают получать необходимые важные данные: от входа к выходу, от шины постоянного тока и от самого электродвигателя. Приборы серии MDA-500 также оснащены всеми функциями осциллографа 500 МГц для выполнения измерений и регистрации данных, что позволяет выполнять полный спектр электрических и электронных измерений в промышленных системах.

Виды и типы осциллографов, их назначение и применение — Inkotel System

Осциллограф – один из наиболее распространенных контрольно-измерительных приборов, который необходим практически в любой радиотехнической лаборатории и мастерской. Основное назначение осциллографа – это исследование (наблюдение, сохранение и анализ) частотных и амплитудных характеристик электрического сигнала. Благодаря огромному количеству задач, которые необходимо решать в мире современной радиотехники, и возрастающему функционалу приборов, применение осциллографов расширяется благодаря возможностям аппаратной и цифровой обработки сигналов. Ниже мы рассмотрим ключевые типы современных осциллографов.

1) В зависимости от наличия или отсутствия цифровой обработки можно выделить 3 основных вида осциллографов:

a) Аналоговые осциллографы

b) Цифровые осциллографы

c) Анализаторы смешанных сигналов

Каждый из этих видов осциллографов имеет свои преимущества и недостатки. Так аналоговые осциллографы позволяют увидеть реальный сигнал без искажений, которые могут возникнуть в результате цифровой обработки данных. Цифровые же осциллографы имеют 2 недостатка:

Некоторые особенности сигнала могут быть усреднены или попросту пропущены при семплировании цифровым осциллографом, который в среднем измеряет всего лишь 0,5% времени работы, а остальные 99,5% времени обрабатывает полученные данные – «думает и не видит сигнал». Стоит отметить, что осциллографы серий RTM и RTO компании Rohde&Schwarz благодаря улучшенной архитектуре могут регистрировать сигнал на протяжении 10% времени, увеличивая количество собранной информации в 20 раз и позволяя заметить невидимые прежде особенности или «выбросы» сигнала.
В связи с операцией дискретизации при преобразовании аналогового сигнала в цифровой возникает минимальная величина «квантования» — значение амплитуды, ниже которого изменения амплитуды не будут отображаться прибором. Это приводит к ограниченности детектирования слабых ВЧ сигналов, наложенных на сигналы более низкой частоты и значительно большей амплитуды. Чтобы минимизировать этот негативный эффект в осциллографах R&SRTE и R&SRTO реализована функция «высокого разрешения», которая включает 16-битный АЦП вместо 8-битного, уменьшая таким образом «шаг квантования» по амплитуде в 256 раз.

Несмотря на указанные недостатки, из 2-х типов осциллографов именно цифровые осциллографы сейчас наиболее распространены благодаря огромным возможностям, которые открываются для обработки и анализа сигналов, включая демодуляцию, БПФ, запуск по выбранному условию, выявление редких особенностей сигнала с использованием наложения масок или метода послесвечения и многие другие. Более детально с характеристиками цифровых осциллографов Rohde&Schwarz Вы можете ознакомиться в разделе Осциллографы, перейдя по ссылке.

2) Используя в качестве критерия возможность питания от батареи выделяют такие типы осциллографов как стационарные осциллографы и портативные осциллографы. Портативные осциллографы, как правило, имеют меньше возможностей и менее широкий диапазон частот. Этот тип осциллографов используются для работы в полевых условиях, когда очень важна мобильность прибора.

3) Отдельно необходимо выделить такой тип осциллографов как USB-осциллографы – портативные устройства, которые используются для рутинных работ, не требующих сверхвысокой точности и чувствительности. Одним из лидеров этого сегмента являются осциллографы PicoScope (Великобритания), более детально ознакомиться с которыми Вы можете, перейдя по ссылке.

Так же можно разделять осциллографы по полосе пропускания или наличию тех или иных функций. Однако указанные параметры важны для всех типов осциллографов и должны подбираться индивидуально под задачу, для решения которой будет применятся осциллограф. Более детально о том, как подобрать осциллограф, читайте в статье «Сравнение и выбор цифрового осциллографа».

Если у Вас возникли дополнительные вопросы – сотрудники ИНКОТЕЛ СИСТЕМ всегда с радостью помогут Вам с подбором контрольно-измерительного оборудования для решения Ваших задач.

Измерения осциллографом

Измерения осциллографом, как пользоваться осциллографом

Осциллограф — это эффективный современный прибор, предназначенный для измерения частотных параметров электрического тока во времени и позволяющий отображать их в графическом виде на мониторе, либо фиксировать их с помощью самопишущих устройств. Он позволяет измерять такие характеристики электрического тока внутри цепи, как его сила, напряжение, частота и угол фазового сдвига.

Зачем нужен

осциллограф?

Нет лаборатории, которая смогла бы функционировать долго без

измерительных приборов или источников сигналов, токов и напряжения. Если же в планах заняться проектированием или созданием высокочастотных устройств (особенно серьёзной вычислительной техники, скажем, инверторных блоков питания), тогда осциллограф — это отнюдь не роскошь, а необходимость.

Особенно же хорош он тем, что помогает визуально определить форму у сигнала. Чаще всего именно такая форма хорошо показывает, что именно происходит в измеряемой цепи.

Центром всяких осциллографов выступает электронно-лучевая трубка. Можно сказать, что она вроде радиолампы, внутри, соответственно, вакуум.

Катод осуществляет выброс электронов. Установленная фокусирующая система создаёт тоненький луч из излучаемых заряженных частиц. Специальный слой люминофора покрывает весь экран внутри. Под воздействием заряженного пучка электронов возникает свечение. Наблюдая снаружи, можно заметить по центру светящуюся точку. Лучевая трубка укомплектована двумя парами пластин, которые управляют созданным таким образом лучом. Работа электронного луча осуществляется в направлениях, находящихся перпендикулярно. В итоге получаются две управляющие системы, которые создают на экране синусоиду, в которой вертикаль обозначает величину напряжения, а горизонталь — период времени. Таким образом, можно наблюдать параметры поданного на прибор напряжения в определённых временных промежутках. В зависимости от типа подаваемого на осциллограф сигнала с его помощью возможно измерение не только параметров напряжения, но и других величин того или иного тестируемого агрегата.

Какими они бывают

В настоящее время распространены осциллографы двух типов — аналоговый и

цифровой (последний отличается большим удобством, расширенными функциями и зачастую более точен). Оба они работают по одинаковому принципу, и указанные ниже способы измерения физических величин могут применяться на любых моделях этого прибора.

Правильное подключение

При проведении измерений важно правильное подключение прибора к измеряемому участку цепи. Осциллограф имеет два выхода с подключаемыми к ним клеммами или щупами. Одна клемма — фазовая, она соединена с усилителем вертикального отклонения луча. Другая — земля, соединенная с корпусом прибора. На большинстве современных приборов фазовый провод заканчивается щупом либо миниатюрным зажимом, а земля — небольшим зажимом типа «крокодил» (см. фото)

На осциллографах советского производства и некоторых российских моделях оба щупа одинаковы, различить их можно либо по значку «земля» на соответствующем проводе, либо по длине — фазовый провод короче. Подключаются они к входам осциллографа, как правило, стандартным штекером (см. рисунок)

Если маркировка отсутствует, а по внешним признакам выяснить, где какой щуп, не удалось, то проводят простой тест. Одной рукой дотрагиваются до одного щупа, при этом другую руку держат в воздухе, не прикасаясь ни к чему. Если этот щуп идет на фазовый вход, то на мониторе появятся заметные помехи (см. рисунок). Они представляют собой значительно искаженную синусоиду с частотой 50 Герц. Если щуп идет к «земле», то монитор останется без изменений.

При подключении осциллографа на измеряемый участок цепи, не имеющий общего провода, щуп «земля» может быть подключен к каждой из измеряемых точек. Если общий провод имеется (это точка, соединенная с корпусом прибора либо заземленная и условно имеющая «нулевой» потенциал), то «землю» предпочтительнее подключать к ней. Если этого не сделать, то точность измерений сильно упадет (в некоторых случаях такие измерения окажутся очень далеки от истинных значений и доверять им будет нельзя).

Измерение напряжения осциллографом

За основу измерения напряжения берется известное значение вертикального масштаба. Перед началом измерений надлежит закоротить оба щупа прибора либо переключить регулятор входа в положение. Нагляднее см. следующую картинку.

После чего рукояткой вертикальной регулировки надлежит выставить линию развертки на горизонтальную ось экрана, чтобы можно было корректно определять высоту.
После этого прибор подключается на измеряемый участок цепи и на мониторе появляется график. Теперь остается только посчитать высоту графика от горизонтальной линии и умножить на масштаб. Например, если на ниже приведенном графике одну клетку считать за 1 вольт (соответственно, она разбита на штриховые деления в 0,2, 0,4, 0,6, и 0,8 вольт), то получаем общее напряжение в 1,4 вольта. Если бы цена деления была 2 вольта, то напряжение бы равнялось 2,8 вольт и так далее…

Выставление нужного масштаба осуществляется вращением специальных ручек настройки.

Определение силы тока

Для узнавания силы тока в цепи с помощью осциллографа в нее последовательно включают резистор, имеющий значительно меньшее сопротивление, чем сама цепь (такое, чтобы он практически не влиял на ее исправную работу).

После этого производят измерение напряжения по принципу, указанному выше. Зная номинальное сопротивление резистора и общее напряжение в цепи несложно, пользуясь законом Ома, рассчитать силу тока.

Измерение частоты с помощью осциллографа

Прибор позволяет успешно измерять частоту сигнала, исходя из его периода. Частота находится в прямо пропорциональной зависимости от периода и рассчитывается по формуле f=1/T, там f — частота, Т — период.

Перед измерением линию развертки совмещают с центральной горизонтальной осью прибора. При проведении измерений осциллограф подключают в исследуемую сеть и наблюдают на экране график.

Для большего удобства, используя ручки горизонтальной настройки, совмещают точку начала периода с одной из вертикальных линий на экране осциллографа. Успешно посчитав количество делений, которое составляет период, следует умножить его на величину скорости развертки.

Рассмотрим на конкретном примере подробнее. Например, период составляет 2,6 делений, развертка — 100 микросекунд/деление. Умножая их, получаем величину периода равную 260 микросекунд (260*10-6 секунд).

Зная период, рассчитываем частоту по формуле f=1/T, в нашем случае частота примерно равна 3,8 кГц.

Измерение сдвига фаз

Сдвиг фаз — это величина, указывающая взаимное положение двух колебательных процессов в течение времени.

Измерение его производят не в секундах, а в долях периода (Т) сигнала. Достичь максимальной точности измерений этого показателя возможно в том случае, если период растянут масштабированием на весь экран.
В современном цифровом осциллографе абсолютно каждый из сигналов имеет свой цвет, что очень удобно при измерениях. В старых же аналоговых вариантах их яркость и цвет, к сожалению, одинаковы, поэтому для большего удобства следует сделать их амплитуду различной. Подготовка измерения сдвига фаз требует точных подготовительных операций.
Первое, что нужно сделать — не подключая прибор к измеряемой цепи, установить ручками вертикальной настройки линии развертки обоих каналов на центральную ось экрана. Затем ручками настройки усиления каналов вертикального отклонения (плавно и ступенчато) 1-й сигнал устанавливается с большей амплитудой, а второй — с меньшей. Ручками регулирования скорости развертки ее величина устанавливается такой, чтобы оба сигнала на экране имели примерно одинаковый период. После этого, регулируя уровень синхронизации, совмещают начало графика напряжения с осью времени. Ручкой горизонтальной настройки устанавливают начало графика напряжения в крайней налево вертикальной линии. Затем ручками регулировки скорости развертки добиваются того, чтобы конец период графика напряжения совпадал с крайней направо вертикальной линией сетки монитора.
Все эти подготовительные операции производят по порядку до тех пор, пока график периода напряжения не растянется на экран полностью. При этом он должен начинаться и заканчиваться в линиях развертки (см. рисунок).

После завершения подготовительного этапа следует выяснить, какой из параметров опережает другой — сила тока или напряжение. Величина, начальная точка периода которой начинается раньше во времени, является опережающей, и наоборот. Если опережающим является напряжение, то параметр угла сдвига фаз будет положительным, если сила тока — отрицательным. Углом сдвига фаз (по модулю) является дистанция между началами и концами периодов сигналов в величине сетки делений монитора. Он рассчитывается по такой формуле:

В ней величина N — это количество клеток сетки, которые занимает один период, а α — количество делений между началами периодов.
Если графики периодов силы тока и напряжения имеют общие начальную и конечную точки, то угол сдвига фаз равняется нолю.
При ремонте радиоаппаратуры поиск неисправностей ведут, измеряя осциллографом обозначенные выше параметры на отдельных участках электронной цепи или у конкретных электронных компонентов (например, микросхем). Затем их сравнивают с указанными в технологических каталогах величинах, стандартных для этих компонентов, после чего и делают выводы о безошибочной работе или неисправности того или иного элемента цепи.

Если статья была вам полезна, поделитесь ею, пожалуйста, в соц.сетях, воспользовавшись кнопками внизу страницы!

Заходите на мой

канал в YouTube и в группы «Телемастерская» в Одноклассниках и «Самоделкин» ВКонтакте!

Всем успехов!

Основы радиолокации — Измерения с помощью осциллографа

Измерения с помощью осциллографа

Как следует из названия, осциллограф используется для того, чтобы сделать видимыми (электрические) колебания (осцилляции).

В приборах старшего поколения для этой цели использовалась катодно-лучевая трубка. В этой пробирке пучок электронов отклонялся и попадал на люминесцентный экран (люминесценция: поглощение энергии в веществе с последующим повторным излучением в видимом спектральном диапазоне). В катодно-лучевом осциллографе кинетическая энергия электронов преобразуется в преимущественно зеленоватый свет. Это отклонение может быть сделано как с электрическим, так и с магнитным полем. В катодно-лучевом осциллографе пучок электронов отклоняется как функция измерительного сигнала, его интенсивность остается постоянной.

Рисунок 2: Современный осциллограф R&S^®RTC1000 с плоским дисплеем
(любезно предоставлено Rohde & Schwarz)

Более современные осциллографы используют плоский экран, похожий на компьютер. В устройстве также работает процессор, который генерирует яркое изображение из измерительного сигнала. Его функции определяются используемым в устройстве программным обеспечением. Это также делает эти современные осциллографы более универсальными.

Почти каждый осциллограф предлагает следующие два режима работы: нормальный и X-Y.

Нормальная работа

Рисунок 3: Осциллограф в нормальном режиме работы

В этом режиме работы электронный луч проходит равномерно слева направо. Длительность одного прохода может быть установлена от нескольких микросекунд до секунд. Вертикальное положение луча контролируется сигналом, который необходимо исследовать: положение на экране прямо пропорционально мгновенному значению входного напряжения. Коэффициент пропорциональности, т.е. диапазон напряжения, отображаемый на экране, можно регулировать в диапазоне от милливольт до вольт. Полученное изображение на экране представляет собой временное представление входного напряжения (временная диаграмма напряжения).

Если измерительный сигнал является периодическим (например, синусоидальный или последовательность импульсов), он может быть синхронизирован с горизонтальным движением электронного пучка.

Для этого лучу разрешается ждать в левой части экрана, пока не будет сформирован импульс запуска («триггер» на английском языке означает «запуск»). При внутреннем триггеровании импульс запуска генерируется путем сравнения измерительного напряжения с уровнем запуска, постоянного, регулируемого напряжения: если признак их разности изменяется от — до + (или наоборот, в зависимости от настройки), то запускается триггер. Здесь минус и плюс соответствуют определенному напряжению (например, 0 и 5 вольт). Это не имеет значения, если триггерный сигнал возникает несколько раз за один проход. С другой стороны, если триггерный сигнал срабатывает несколько раз в течение периода, происходит наложение фазового сдвига. В качестве альтернативы внутреннему триггеру, сигнал триггера может также подаваться извне, это называется внешная синхронизация.

X-Y операция

Рисунок 4: Фигура Лиссажа

В режиме X-Y управление лучом осуществляется как по X-образному (горизонтальному), так и по Y-образному направлению по одному измерительному сигналу. Это позволяет рассматривать сигнал как функцию другого сигнала (например, диаграмма ток — напряжение). Опять же, диапазон индикации можно настроить независимо в обоих направлениях. В этом режиме нет никакого срабатывания. В дополнение к уже упомянутым настройкам можно регулировать абсолютное положение изображения на экране (смещение по X и Y), а также фокусировать луч или изменять его интенсивность.

Если на вход X и Y подать два синусоидальных напряжения, то создается так называемая фигура Лиссажа. Если оба синусоидальных напряжения имеют одинаковую частоту, на экране отображается только прямая диагональная линия. При наличии различий в частоте создается рисунок, аналогичный показанному на рисунке 4.

Многоканальный осциллограф ZETLAB, функции программы

Кнопки и элементы управления располагаются в правой части окна программы.

Поле «Интервал, с» предназначено для ввода временного интервала отображения сигнала (горизонтальная шкала). Макссимальное и минимальное значения зависят от выбранного частотного диапазона отображаемых сигналов. Чем больше частотный диапазон, тем больше объем обрабатываемых данных и меньше временной интервал для отображения сигнала, соответственно, чем меньше частотный диапазон, тем меньше объем обрабатываемых данных и больше интервал для отображения сигнала. Значения интервала вводятся с клавиатуры, предварительно установив курсор в поле ввода интервала. Для установки введенного временного интервала необходимо нажать кнопку Применить, расположенную под полем ввода интервала, или клавишу клавиатуры.

Выпадающий список Частота позволяет программе работать с разными потоками данных, реализуемыми в ПО ZETLAB. Основной поток данных — это его исходные данные, т.е. мгновенные значения сигнала, которые следуют с частотой дискретизации канала. Основному потоку данных соответствует верхняя строка списка, в которой отображается частота дискретизации канала (выставленная в программе Диспетчер устройств ZET). Данные также могут быть передискретизированы в соотношении 1:10; 1:100; 1:1000 и 1:1000 от исходной частоты дискретизации. При передискретизациииспользуется соответствующий фильтр нижних частот.

Выпадающий список Кол-во каналов позволяет пользователю настраивать отображение необходимого количества осциллограмм в окне программы. Максимальное количество осциллограмм в одной запущенной программе — 8.

Кнопка Автомас. служит для автоматического масштабирования (приведение масштаба графика к уровню сигнала) всех одновременно осциллограмм по оси уровня. Автоматическое масштабирование можно произвести для каждой отдельно взятой осциллограммы.

При запуске программы Многоканальный осциллограф отображение сигналов начинается сразу же. Для остановки (паузы) процесса отображения сигнала необходимо активировать кнопку Стоп, при этом название кнопки меняется на Старт. Для запуска остановленного процесса отображения сигнала необходимо активировать кнопку Старт, при этом обнуляются записанные данные, а название кнопки меняется на Стоп.

Кнопки Запись и Чтение предназначены для записи осциллограмм в файл и отображения записанных данных.

При установке флага Совмещ сигналы всех включенных осциллограмм отобразятся в одной координатной сетке на одной осциллограмме. Эта опция удобна при сравнении однотипных сигналов. Для выхода из режима совмещения необходимо снять флаг Совмещ. При этом, сигналы отображенные на совмещенной осциллограмме, распределятся по отдельным осциллограммам. Осциллограмм будет отображено столько, сколько в списке Кол-во кнл будет выбрано каналов для отображения.

Примечание: при установленном флажке Совмещ. нельзя выбирать отображаемые каналы.

Поле Отн. время отображает время в секундах, отсчитываемое от момента последнего запуска АЦП или с момента начала воспроизведения сигналов из файла. В полях под надписью Абс. время отображается текущее время и дата.

Выпадающий список Обновление позволяет пользователю задавать интервал обновления графиков программы в секундах. При выборе значения 0,1 с граффики изменяются плавнее, что больше напоминает аналоговые осциллографы, однако, в этом режиме нагрузка на процессор используемого компьютера больше.

7 типичных ошибок при использовании осциллографических пробников

17 Июня 2019

Введение

Для повышения качества измерений очень важно понимать, на что следует обращать внимание при использовании осциллографических пробников.

Если бы мы жили в идеальном мире, все пробники представляли бы собой не влияющие на сигнал проводники, подключаемые к схеме и имеющие бесконечное входное сопротивление с нулевой емкостью и нулевой индуктивностью. Они в точности воспроизводили бы измеряемый сигнал. Однако на практике все пробники создают нагрузку на измеряемую цепь. Резистивные, емкостные и индуктивные компоненты пробника могут изменять оклик испытуемой цепи.

Цепи бывают разные, и наборы их электрических характеристик различаются. Поэтому при любых испытаниях устройств с помощью пробников требуется учитывать параметры самих пробников и выбирать тот, который окажет минимальное влияние на результаты измерения. Сюда входят все компоненты — от входного разъема осциллографа и кабеля до точки подключения пробника к испытуемому устройству, включая все принадлежности, дополнительные кабели и паяные соединения для обеспечения контакта с точкой измерения.

В этой публикации мы предлагаем ознакомиться с типичными ошибками при проведении испытаний и практическими рекомендациями, позволяющими повысить точность результатов измерений.

Электрические характеристики пробника влияют как на результаты измерений, так и на работу разрабатываемой схемы. Чтобы получить достоверные результаты измерений, необходимо свести это влияние к допустимому минимуму.

Ошибка 1. Невыполнение калибровки пробника

Перед отправкой пробников заказчикам выполняется их общая калибровка, однако такие пробники не откалиброваны для использования в качестве входных устройств конкретного осциллографа. Если не откалибровать их для работы на входе конкретного осциллографа, результаты измерений будут неточными.

Активные пробники

Если не откалибровать активные пробники для конкретного осциллографа, то возникнут расхождения в результатах измерения напряжения по вертикали и временных параметров нарастающих фронтов (а также, возможно, определенные искажения). Большинство осциллографов оснащается выходом опорного сигнала или вспомогательными выходами, для которых прилагаются инструкции по их использованию при калибровке пробников.

На рис. 1 представлен сигнал с частотой 50 МГц, подаваемый на первый входной канал (желтая осциллограмма) осциллографа через кабель SMA и переход. Зеленая осциллограмма — это тот же сигнал, подаваемый через активный пробник на второй входной канал. Заметьте, что пиковое значение сигнала на первом входном канале составляет 1,04 В_{пик-пик}, тогда как это же значение для сигнала на втором канале — 965 мВ. Кроме того, сдвиг по фазе между первым и вторым каналами составляет такую значительную величину, как 3 мс. Соответственно, значения времени нарастания совершенно не совпадают.

Рис. 1. Сигнал на выходе генератора и сигнал, полученный с помощью пробника

После калибровки этого пробника результаты значительно улучшатся. На рис. 2 представлены результаты после правильной калибровки по амплитуде и времени. Теперь отображается правильное значение амплитуды — 972 мВ_{пик-пик}, а сдвиг по фазе скорректирован таким образом, что значения времени нарастания совпадают.

Рис. 2. Результаты после калибровки по амплитуде и времени

Чтобы получить наиболее точное представление об исследуемом сигнале, откалибруйте измерительные пробники для работы совместно с осциллографом.

Пассивные пробники

Можно отрегулировать подстроечный конденсатор пробника для компенсации в точном соответствии с входными параметрами используемого осциллографа. Большинство осциллографов оснащается выходом прямоугольного сигнала для калибровки и использования в качестве опорного сигнала. Подключите пассивный пробник к этому выходу и убедитесь, что сигнал имеет прямоугольную форму. При необходимости отрегулируйте подстроечный конденсатор пробника, чтобы устранить любые отрицательные и положительные выбросы перед фронтом сигнала.

Совет. У осциллографа может иметься функция регулировки компенсации пробника. В противном случае это можно выполнить вручную.

Ошибка 2. Увеличение нагрузки пробника

При подключении пробника к осциллографу и испытуемому устройству пробник становится неотъемлемой частью цепи. Создаваемая пробником резистивная, емкостная и индуктивная нагрузка влияет на сигнал, отображаемый на экране вашего измерительного прибора. В результате такой нагрузки могут измениться рабочие характеристики испытуемой цепи. Понимание вопросов влияния этой нагрузки поможет избежать ошибок, связанных с неправильным выбором пробников для определенных цепей и систем. У пробников имеется резистивная, емкостная и индуктивная составляющие нагрузки, как показано на рис. 3.

Рис 3. Стандартная электрическая схема пробника

Для подключения к труднодоступной точке могут потребоваться дополнительные длинные провода и кабели. Однако добавление принадлежностей или наконечников пробников может сузить полосу пропускания, повысить нагрузку и вызвать нелинейность амплитудно-частотной характеристики.

Как правило, увеличение длины входных кабелей и проводов до наконечника пробника приводит к пропорциональному сужению полосы пропускания. Это может не оказывать заметного влияния на результаты измерений при узкой полосе пропускания, однако при выборе наконечников пробников и принадлежностей для измерений с широкой полосой пропускания, особенно на частотах выше 1 ГГц, следует быть внимательным. При сужении полосы пропускания пробника теряется возможность измерения параметров сигналов с малым временем нарастания. На рис. 4 показано, как с увеличением длины принадлежностей ухудшаются показатели времени нарастания сигнала, отображаемого на экране осциллографа. Для достижения максимальной точности результатов измерений предпочтительно использовать кабели минимальной длины.

Рис. 4. Влияние соединительных проводников пробника различной длины

Используйте кабели минимально возможной длины для сохранения полосы пропускания и точности результатов измерений.

Также обязательно следует использовать провода заземления минимальной длины, поскольку с увеличением их протяженности возрастает добавляемая ими индуктивность. Использование проводов заземления минимальной длины и выбор точки их подключения максимально близко к точке заземления системы позволит обеспечить точность и повторяемость результатов измерений.

Совет. Если вам абсолютно необходимо использовать дополнительный проводник от наконечника пробника для подключения к труднодоступным точкам, подключите к наконечнику дополнительный резистор для демпфирования резонансных явлений, вызванных данным проводником. Хотя это и не поможет избежать сужения полосы пропускания, вызванного дополнительными длинными соединительными кабелями, амплитудночастотная характеристика будет более плоской. Для определения нужного номинала резистора проанализируйте с помощью осциллографа заранее известный сигнал прямоугольной формы, например опорный сигнал на выходе устройства. При правильном выборе номинала резистора будет отображаться неискаженный прямоугольный сигнал (за исключением возможного сужения полосы пропускания). При наличии в сигнале переходного процесса в виде затухающих колебаний увеличьте номинал резистора. Для несимметричных пробников требуется только один резистор на наконечнике пробника. Для дифференциальных пробников требуется два резистора — по одному на каждый провод.

Используйте резистор для демпфирования импульсных искажений, вызванных протяженными кабелями пробника.

Рис. 5. Добавление резистора к наконечнику пробника может сократить резонансные явления, вызванные длинными кабелями, переходные процессы в виде затухающих колебаний и выбросы на фронте импульса. Однако это не может предотвратить сужение полосы пропускания из-за дополнительной длины кабелей.

Ошибка 3. Неполное использование возможностей дифференциальных пробников

Многие считают, что дифференциальные пробники предназначены исключительно для анализа дифференциальных сигналов. На самом деле дифференциальные пробники также позволяют анализировать несимметричные сигналы. Это позволяет ускорить проведение испытаний, сократить затраты и повысить точность результатов измерений. Максимально используйте преимущества дифференциального пробника и добейтесь наивысшей достоверности результатов измерений.

Дифференциальные пробники позволяют выполнять те же измерения, что и несимметричные пробники. Однако подавление синфазных сигналов на обоих входах дифференциального пробника способствует значительному снижению уровня шума при измерениях. Это дает более точное представление сигналов испытуемого устройства (ИУ) и не введет вас в заблуждение случайным шумом, добавляемым аксессуаром.

На рис. 6 (на следующей странице) представлен сигнал, полученный с помощью несимметричного пробника (синяя осциллограмма), а на рис. 7 — сигнал, полученный с помощью дифференциального пробника. На синей осциллограмме, полученной с помощью несимметричного пробника, заметен гораздо более высокий уровень шумов по сравнению с красной осциллограммой, соответствующей результату анализа сигнала с помощью дифференциального пробника. Это вызвано слабым подавлением синфазных помех при использовании несимметричного пробника.

Дифференциальные пробники позволяют выполнять те же измерения, что и несимметричные пробники, но с гораздо меньшим уровнем шума благодаря подавлению синфазных помех.

Рис. 6. Измерение с помощью несимметричного пробника

Рис. 7. Измерение с помощью дифференциального пробника

Ошибка 4. Неправильный выбор токового пробника

При измерениях больших и малых токов требуется проанализировать различные особенности сигнала. Для этого необходимо определить, какой именно токовый пробник требуется для конкретного случая, и учитывать возможные последствия выбора неправильного пробника.

Сильноточные измерения

Для сильноточных измерений (от 10 до 3000 А) использовать токовый пробник, обхватывающий проводник, следует только в тех случаях, когда испытуемое устройство имеет достаточно малые размеры для оригинального зажима пробника. Инженерам, применяющим пробники такого типа, приходится проявлять изобретательность и использовать дополнительные кабели к пробнику, чтобы измерить параметры сигналов устройств, не умещающихся в наконечнике. Однако это может привести к изменениям результатов измерений параметров ИУ. Гораздо предпочтительнее будет выбрать подходящие инструменты для работы.

Рис. 8. Наконечник пробника типа пояса Роговского, установленный на компонент устройства

Наилучшее решение — использование пробника для сильноточных измерений с гибкой петлей головки. Эту гибкую петлю можно изогнуть вокруг любого устройства. Такой тип пробников называется поясом Роговского. Он позволяет анализировать устройства без добавления компонентов с не известными заранее характеристиками, поддерживая высокий уровень целостности сигналов при измерениях. Кроме того, он позволяет измерять большие токи в диапазоне от единиц миллиампер до сотен тысяч ампер. Но необходимо убедиться в том, что измеряется только переменный ток, постоянные составляющие которого отсечены. Такие пробники также обладают более низкой чувствительностью по сравнению с некоторыми другими токовыми пробниками. Обычно это не представляет проблему при сильноточных измерениях. При слаботочных измерениях более важными аспектами становятся чувствительность и анализ постоянных составляющих. Учтите, что способы, используемые при измерениях одного типа, могут не действовать при измерениях другого типа.

Используйте высокоточные пробники, подходящие для измерений параметров ИУ.

Слаботочные измерения

При измерениях тока в устройствах с питанием от батареи динамический диапазон может значительно различаться. Когда устройство с питанием от батарей работает в режиме ожидания или выполнения фоновых задач, пиковые значения тока могут быть незначительными. Если устройство переключается в более активный режим работы, пиковые значения тока могут значительно возрастать. При использовании вертикальной шкалы осциллографа с большим шагом можно измерять сигналы большой амплитуды. Однако при этом на фоне шумов будут утеряны сигналы с небольшим уровнем тока. С другой стороны, при использовании мелкой вертикальной шкалы сильные сигналы будут ограничиваться, и результаты измерения будут искажены и недостоверны.

Выберите токовый пробник, который не только способен измерять сигналы в диапазоне от единиц микроампер до нескольких ампер, но и с несколькими усилителями с регулируемым коэффициентом усиления для анализа как мощных, так и слабых отклонений тока. Два встроенных в пробник усилителя с регулируемым коэффициентом усиления позволяют увеличивать масштаб для анализа малых отклонений тока и уменьшать его для анализа мощных выбросов тока (см. рис. 9).

Рис. 9. Токовые пробники с двумя усилителями с настраиваемым коэффициентом усиления позволяют одновременно анализировать как большие, так и малые токи. В этом примере представлены высокочувствительные токовые пробники Keysight N2820A/21A.

Используйте слаботочный токовый пробник с достаточной чувствительностью и динамическим диапазоном для всестороннего детального анализа сигнала.

Ошибка 5. Ошибки со смещением по постоянному току при измерениях пульсаций и уровня шума

Пульсации и помехи источников питания постоянного тока состоят из слабых составляющих переменного тока на фоне относительно мощного сигнала постоянного тока. При высоком уровне смещения по постоянному току может потребоваться использование настройки масштаба осциллографа с большим шагом по напряжению, чтобы анализируемый сигнал уместился в видимой области экрана. При этом уменьшается чувствительность измерений и возрастают шумы относительно амплитуды переменных составляющих сигнала. Это означает, что вы не сможете получить точное представление обо всех переменных составляющих сигнала.

Если для решения этой проблемы воспользоваться конденсатором, блокирующим постоянную составляющую сигнала, то неминуемо окажутся отсеченными определенные низкочастотные составляющие, что воспрепятствует анализу реального сигнала устройства со всеми его составляющими.

Для центрирования изображения сигнала на экране прибора без применения конденсатора, блокирующего постоянную составляющую сигнала, воспользуйтесь пробником шин питания с достаточным запасом по смещению для постоянной составляющей. Это позволит уместить на экране всю осциллограмму сигнала при сохранении небольших вертикальных настроек и увеличенного масштаба. Такие настройки позволяют детально анализировать переходные процессы, пульсации и помехи.

Использование пробника шин питания с большим запасом по смещению для постоянной составляющей позволяет детально анализировать переходные процессы, пульсации и помехи без отсечения постоянной составляющей сигналов.

Ошибка 6. Неизвестные ограничения по полосе пропускания

Выбор пробника с соответствующей полосой пропускания критически важен для выполнения измерений. При неправильно подобранной полосе пропускания возникают искажения сигнала, затрудняющие проведение испытаний и отладку устройств.

Согласно широко принятой формуле для определения полосы пропускания, произведение ее значения и значения времени нарастания фронта от уровня 10 % до уровня 90 % должно составлять 0,35.

Полоса пропускания x Время нарастания_фронта = 0,35

Важно заметить, что также необходимо учитывать полосу пропускания всей используемой системы. Для определения общей полосы пропускания всей системы следует принимать во внимание как полосу пропускания пробника, так и полосу пропускания осциллографа. Ниже представлена формула для расчета полосы пропускания системы.

Допустим, полоса пропускания и осциллографа, и пробника составляет 500 МГц. Значение полосы пропускания системы, полученное с помощью приведенной выше формулы, составит лишь 353 МГц. Можно заметить, что полоса пропускания системы значительно уже по сравнению с двумя отдельными значениями полосы пропускания пробника и осциллографа.

Теперь представим, что полоса пропускания пробника составляет всего 300 МГц, а осциллографа — по-прежнему 500 МГц. В этом случае, согласно приведенной выше формуле, полоса пропускания системы будет еще более узкой и составит 257 МГц.

Пробник и осциллограф образуют единую систему и совместно оказывают более заметное совместное влияние на полосу пропускания, чем по отдельности.

Ошибка 7. Влияние скрытых шумов

Шумы испытуемого устройства могут усиливаться собственными шумами пробника и осциллографа. При выборе соответствующего пробника с правильным коэффициентом ослабления для конкретного применения можно снизить шумы, добавляемые пробником и осциллографом. В результате представление сигнала от испытуемого устройства будет более четким.

Простой способ оценить шумы пробника — проверить значения коэффициента ослабления и уровня шумов пробника, указанные в его техническом описании или руководстве по эксплуатации.

Многие производители пробников при указании значения их шумов используют показатель эквивалентного входного шума (equivalent input noise, EIN), который измеряется в единицах среднеквадратического напряжения. Более высокие значения коэффициента ослабления позволяют измерять сигналы большей амплитуды, однако при этом цифровой осциллограф усиливает слабые сигналы вместе с шумами. Для иллюстрации этого эффекта на рис. 10 представлен завышенный уровень шумов при использовании пробника с коэффициентом ослабления 10:1 (зеленая осциллограмма).

Рис 10. Синусоидальный сигнал с уровнем 50 мВ_{пик-пик}, измеренный с помощью пробников с коэффициентом ослабления 1:1 и 10:1

Заключение

Все электрические цепи и условия измерений отличаются друг от друга. Один пробник для осциллографа в определенных условиях может работать, а другой — нет. При определенных обстоятельствах могут потребоваться дополнительные принадлежности. В других случаях необходимо обеспечить непосредственное соединение минимальной длины с испытуемым устройством. Некоторые подходы оказывают меньшее влияние на результаты испытаний, чем другие. Важно понимать, какие именно средства и методы позволят обеспечить максимально точные результаты в каждом конкретном случае.

Надеемся, что описание приведенных выше типичных ошибок, совершаемых инженерами при работе с пробниками, поможет выбрать оптимальные средства измерений для решения ваших задач.

Осциллограф

| Tektronix

Часто задаваемые вопросы об осциллографах

Что такое осциллограф?

Осциллограф графически отображает электрические сигналы и показывает, как они меняются с течением времени. Узнайте больше о том, как работает осциллограф, для чего он используется и о типах осциллографов.

Как работает осциллограф?

Осциллограф восстанавливает электрические сигналы с помощью трех систем — вертикальной, горизонтальной и триггерной, — которые работают вместе для сбора информации об электрическом сигнале, поэтому осциллограф может отображать эти сигналы графически.

Что измеряет осциллограф?

Осциллограф измеряет волны напряжения, но его также можно использовать для измерения тока, сопротивления, звука, емкости, частоты и т. Д.

Как осциллограф измеряет частоту?

Большинство осциллографов измеряют частоту автоматически, но вы также можете использовать простое уравнение (частота = 1 / период) и горизонтальную шкалу осциллографа для измерения частоты вручную.

Как осциллограф может измерять ток?

Вы можете использовать осциллограф для измерения тока, измеряя падение напряжения на шунтирующем резисторе или используя токовый пробник.

Что такое осциллограф смешанных сигналов?

Осциллограф смешанных сигналов — это тип цифрового запоминающего осциллографа, предназначенный для захвата, отображения и сравнения аналоговых и цифровых сигналов.

Что такое осциллограф смешанной области?

Подобно осциллографу смешанных сигналов, осциллограф смешанной области измеряет аналоговые и цифровые сигналы, но имеет встроенный анализатор спектра, что позволяет инженерам также выполнять измерения радиочастот (RF).

Как пользоваться осциллографом

Изучите основы настройки и использования осциллографа, а также основные методы измерения в нашем практическом руководстве по осциллографу.

Как выбрать осциллограф

При покупке осциллографа следует учитывать множество факторов. Узнайте больше в нашем руководстве о том, как выбрать лучший осциллограф для вашего приложения.

«Мы не смогли найти оборудование, способное производить измерения, такие как напряжение затвор-исток высокого напряжения. Фактически, большинство дифференциальных сигналов в присутствии современного высокочастотного синфазного напряжения
невозможно точно измерить. Именно тогда Tektronix вмешался .”

Джованни Франческини, профессор Университета Модены и Реджо-Эмилии (UniMoRe)

Что такое осциллограф? — Определение с сайта WhatIs.com

Осциллограф — это лабораторный прибор, обычно используемый для отображения и анализа формы электронных сигналов. Фактически, устройство рисует график мгновенного напряжения сигнала как функции времени.

Типичный осциллограф может отображать сигналы переменного тока (AC) или пульсирующего постоянного тока (DC) с частотой примерно от 1 герц (Гц) или до нескольких мегагерц (МГц).Осциллографы высокого класса могут отображать сигналы с частотами до нескольких сотен гигагерц (ГГц). Дисплей разбит на так называемые горизонтальные (горизонтальные) и вертикальные (вертикальные) деления. Время отображается слева направо по горизонтальной шкале. Мгновенное напряжение отображается на вертикальной шкале, при этом положительные значения идут вверх, а отрицательные значения — вниз.

Самая старая форма осциллографа, которая до сих пор используется в некоторых лабораториях, известна как электронно-лучевой осциллограф .Он создает изображение, заставляя сфокусированный электронный луч перемещаться или перемещаться по поверхности электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Более современные осциллографы в электронном виде воспроизводят действие ЭЛТ, используя жидкокристаллический дисплей (жидкокристаллический дисплей), аналогичный тем, что есть на портативных компьютерах. В самых сложных осциллографах используются компьютеры для обработки и отображения сигналов. Эти компьютеры могут использовать любой тип дисплея, включая ЭЛТ, ЖК-дисплей и газовую плазму.

В любом осциллографе горизонтальная развертка измеряется в секундах на деление (с / дел), миллисекундах на деление (мс / дел), микросекундах на деление (с / дел) или наносекундах на деление (нс / дел).Вертикальное отклонение измеряется в вольтах на деление (В / дел), милливольтах на деление (мВ / дел) или микровольтах на деление (мкВ / дел). Практически все осциллографы имеют регулируемые настройки горизонтальной развертки и вертикального отклонения.

На рисунке показаны две распространенные формы сигналов, которые могут отображаться на экране осциллографа. Сигнал вверху представляет собой синусоидальную волну; сигнал внизу — это наклонная волна. Из этого дисплея видно, что оба сигнала имеют одинаковую или почти одинаковую частоту.Они также имеют примерно одинаковую размах амплитуды. Предположим, что скорость горизонтальной развертки в этом случае составляет 1 мкс / дел. Затем обе эти волны завершают полный цикл каждые 2 мкс, поэтому их частоты составляют примерно 0,5 МГц или 500 килогерц (кГц). Если вертикальное отклонение установлено, например, на 0,5 мВ / дел, то обе эти волны имеют размах амплитуды примерно 2 мВ.

В наши дни типичными осциллографами высокого класса являются цифровые устройства. Они подключаются к персональным компьютерам и используют свои дисплеи.Хотя в этих машинах больше не используются сканирующие электронные лучи для генерации изображений волновых форм, как в старых электронно-лучевых «прицелах», основной принцип остается тем же. Программное обеспечение контролирует скорость развертки, вертикальное отклонение и множество других функций, в том числе:

Сохранение форм сигналов для дальнейшего использования и сравнения
Отображение нескольких сигналов одновременно
Спектральный анализ
Мобильность
Опция питания от батареи
Удобство использования со всеми популярными операционными платформами
Увеличение и уменьшение масштаба
Многоцветные дисплеи

Определение осциллографа Merriam-Webster

os · cil · lo · область | \ ä-ˈsi-lə-ˌskōp , ə- \

: прибор, в котором изменения колеблющейся величины электричества временно появляются в виде видимой формы волны на экране дисплея.

Что должен знать каждый инженер-электронщик: Осциллографы

Из всего набора испытательного оборудования, имеющегося в нашем распоряжении как инженеров-электронщиков, так и техников, наиболее полезным, несомненно, является осциллограф.Это одно очень мощное устройство может помочь нам очень быстро и точно регистрировать измерения напряжения с течением времени — то, что нелегко сделать с любым другим устройством, найденным в лаборатории. Осциллограф — важный инструмент, используемый при производстве, проектировании, поиске и устранении неисправностей, обеспечении целостности сигналов и, при желании, простом понимании того, как работают электронные схемы.

Несмотря на то, что современный осциллограф выглядит сложным и устрашающим со всем набором кнопок, ручек, пробников и связанных с ними точек крепления и цветным дисплеем, на самом деле это очень простое устройство.Не позволяйте сложному виду осциллографа запугать вас! Ключом к тому, чтобы стать экспертом по осциллографам, является сначала понимание основ, а затем их дальнейшее развитие. В связи с этим в следующей краткой статье будут рассмотрены некоторые ключевые моменты и распространенные ошибки, с которыми сталкиваются новые пользователи при базовом использовании осциллографов. Это поможет указать вам правильное направление. По мере того, как со временем вы будете тратить больше времени на использование осциллографа, вы со временем станете более опытным и комфортным при выполнении практически любых измерений.

Для простоты в данной статье рассматриваются только обычные цифровые осциллографы, известные как цифровые запоминающие осциллографы (DSO), с дисплеем растрового типа. В этой статье не рассматриваются старые аналоговые осциллографы, в которых использовался люминофор для отображения информации, и новые специализированные осциллографы, такие как осциллографы с цифровым люминофором (DPO), осциллографы со смешанной областью (MDO) или осциллографы со смешанными сигналами (MSO).

Заземление и безопасность

Прежде чем углубляться в основы осциллографов, понимание правильного заземления и безопасности поможет не взорвать ваш DSO или его щупы.Неправильное подключение заземления зонда к шасси / защитному заземлению может создать путь для прохождения тока, что приведет к повреждению зонда. Короче говоря, проблема заключается в том, что металлическая часть разъема, к которому подключается пробник на осциллографе, напрямую связана с защитным заземлением через шнур питания осциллографа. Вы можете сами изменить это соединение с помощью омметра. Это соединение с низким импедансом, и когда цепь, которую вы исследуете, также подключена к защитному заземлению, образуется петля, а очень низкий импеданс позволяет току из цепи становиться чрезмерным.Максимально допустимая токовая нагрузка заземляющего провода зонда быстро превышается, и подводящий провод резко размыкается, и вы, вероятно, услышите громкий POP! Лучшее решение этой проблемы — разорвать контур заземления путем изоляции тестируемой цепи или изоляции заземления осциллографа. Поскольку нарушение заземления осциллографа является проблемой безопасности, лучше всего убедиться, что цепь, которую вы тестируете, является плавающей (т. Е. Не привязанной к заземлению). Выберите питание тестовой схемы от изолированного источника питания или от батареи.Будьте осторожны с подачей питания на тестируемую цепь с помощью чего-то вроде USB-разъема, поскольку эти типы устройств обычно не изолированы от земли, и у вас все равно будет проблема с контуром заземления.

Что такое осциллограф?

Осциллограф измеряет формы волны напряжения от датчиков напряжения, таких как пробники напряжения осциллографа, которые поставляются с устройством, или некоторых других датчиков, таких как тензодатчики, токовые пробники, измеритель уровня звука или другой датчик.График осциллографа измеряет напряжение по вертикальной оси и время по горизонтали. Из захваченной формы сигнала мы можем получить такую информацию, как частота, амплитуда, период, фаза, искажение, шум, постоянный и переменный ток, рабочий цикл (время включения по сравнению со временем выключения), время нарастания / спада и т. Д.

Основные элементы управления

Помимо дисплея, есть еще три важных функциональных блока, составляющих общий осциллограф. Эти функциональные блоки представляют собой блок запуска, блок вольт на деление и блок секунд на деление.

Триггер

Функция триггера — это то, что используется для синхронизации горизонтальной развертки в точном положении сигнала, что важно для однозначного представления сигнала. Триггер заставляет повторяющиеся осциллограммы выглядеть на дисплее неподвижными за счет многократного отображения совпадающей части входного сигнала. Самая элементарная и обычная форма запуска называется запуском по фронту. Это то, что вы, скорее всего, будете использовать, когда впервые начнете пользоваться осциллографом.Есть много других специализированных и сложных типов триггеров, которые реагируют на определенные условия и действительно могут сделать DSO мощным инструментом. Эти триггеры включают в себя запуск по скорости нарастания, сбой, ширину импульса, тайм-аут, кратковременный импульс, логику, установку и удержание и запуск связи, и это лишь некоторые из них.

Вольт / дел

Регулятор напряжения на деление (вольт / деление) позволяет перемещать сигнал вверх или вниз на дисплее в зависимости от коэффициента масштабирования.Например, если ручка установлена на 1 вольт, а дисплей состоит из 10 вертикальных делений, то 10 вольт может отображаться сверху вниз. Обратите внимание, что показания могут измениться в зависимости от коэффициента ослабления датчика, снимающего показания. Если используется пробник с 10-кратным (то есть 10-кратным) увеличением, и осциллограф не корректирует его автоматически, то вы должны умножить полученное значение сигнала на 10, чтобы получить правильную амплитуду этого показания. Я не думаю, что вам придется беспокоиться об этой проблеме, если вы используете относительно современный осциллограф.

Входная муфта

Входная связь — еще одна простая, но часто неверно интерпретируемая функция, обнаруживаемая в секции осциллографа вольт / деление. Это относится к методу, используемому для подключения электрического сигнала от одной цепи к другой, то есть к подключению вашей испытательной схемы к осциллографу. Вы можете настроить входную связь как постоянный, переменный или заземленный. Связь по переменному току просто блокирует часть сигнала постоянного тока, и вы видите на дисплее форму волны с центром около нуля вольт.Настройка заземления отключает входной сигнал от вертикального регулятора, позволяя вам видеть, где находится ноль вольт на дисплее. Настройка постоянного тока позволяет отображать весь входной сигнал (постоянный и переменный ток).

сек / дел

Функция секунд на деление (сек / дел) — это то, что устанавливает скорость, с которой сигнал перемещается по дисплею. Как и в случае управления вольт / дел, описанном выше, настройка управления в секундах / делах также является масштабным коэффициентом.Если на ручке установлено значение 10 мс, то каждое горизонтальное деление на дисплее соответствует 10 мс, а общая ширина экрана (также предполагая, что на дисплее всего 10 делений) равна 100 мс. Наблюдение за более длинными и короткими временными интервалами входного сигнала легко достигается путем изменения ручки управления настройкой секунд / дел.

Производительность

Время нарастания переключающих механизмов в компонентах, которые мы используем, становится все быстрее и быстрее, и возможность эффективного измерения этого времени нарастания ставится под сомнение.Вас часто спрашивают, достаточно ли у осциллографа полосы пропускания. Типичная формула, используемая для определения адекватной полосы пропускания осциллографа: 0,35, деленное на время нарастания. Например, необходимость измерения импульса с временем нарастания 1 нс означает, что минимальная полоса пропускания осциллографа должна быть около 350 МГц. Конечно, чем больше пропускная способность, тем лучше.

Частота дискретизации — указываемая в отсчетах в секунду (S / s), также является еще одним важным аспектом осциллографа. Samples-per-second относится к тому, как часто DSO делает снимок или выборку входного сигнала.Чем выше частота дискретизации, тем выше разрешение и детализация отображаемого сигнала и тем меньше вероятность потери важной информации. Хорошее практическое правило, если вы измеряете синусоидальную форму волны, заключается в том, что ваш осциллограф должен иметь частоту дискретизации, по крайней мере, в 2,5 раза превышающую самую высокую частотную составляющую сигнала, который вы собираетесь измерять, и в 10 раз превышающую самую высокую частотную составляющую сигнала, который вы собираетесь Измерьте, если вы измеряете прямоугольные волны, импульсы и другие типы сигналов.

Зонды

О пробниках осциллографов можно написать отдельную статью. Самый простой универсальный тип, с которым вы столкнетесь, — это пассивные пробники 1X или 10X. Остерегайтесь чрезмерной емкостной нагрузки тестируемой цепи этими пробниками. Для высокоскоростного измерения сигнала необходимы активные и дифференциальные пробники. Логические зонды доступны, когда требуется захват нескольких каналов данных.

Затраты

Возможности осциллографов по сравнению с затратами становятся все лучше и лучше.Быстрый поиск в Интернете показывает, что вы можете получить сотни мегагерц полосы пропускания и функциональность профессионального уровня менее чем за 500 долларов. Этого может быть достаточно для выполнения большей части ваших исследований. По мере увеличения времени нарастания и усложнения измерений вам придется платить за производительность. При составлении бюджета для нового прицела обязательно включите в него расходы на приобретение необходимых вам зондов, калибровку осциллографа и зондов, а также доставку осциллографа и зондов туда и обратно поставщику калибровки.

Заключение

Осциллографы

— это рабочие лошадки при разработке и тестировании продукции. Сначала они выглядят сложными, но на самом деле ими довольно легко пользоваться. Просто запомните основы, и вскоре вы будете считаться постоянным экспертом по осциллографам в вашей фирме. Я надеюсь, что вам нравится работать с осциллографами, и вы сможете расширить свои возможности по их использованию по мере развития своей инженерной карьеры! Удачи.

Список литературы

Tektronix, XYZ осциллографов — Primer

Выбор осциллографа | Журнал Nuts & Volts

Посмотрите на эти 15 вещей, на которые стоит обратить внимание!

При выборе нового цифрового осциллографа (DSO) возникают самые разные вопросы — это может быть непросто! Где вы будете использовать прицел (на стенде, у заказчика, под капотом автомобиля)? Сколько сигналов нужно измерять одновременно? Какие максимальные и минимальные амплитуды сигналов вам необходимо измерить? Какую самую высокую частоту сигнала вам нужно измерить? Ваши сигналы повторяющиеся или одиночные? Вам нужно просматривать сигналы в частотной области (анализ спектра), а также во временной области? Стоимость тоже всегда имеет значение.

Рассмотрите возможность захвата старых данных USB1.1: кадр данных длится 1 мс и содержит последовательные данные, передаваемые со скоростью 12 Мбит / с (или прямоугольный сигнал 12 МГц в течение 1 мс). Полоса пропускания: Для измерения сигнала 12 МГц осциллографу требуется полоса пропускания не менее 50 МГц. Частота дискретизации: Для восстановления сигнала 12 МГц требуется минимальная частота дискретизации 60 Мвыб / с для пяти точек на сигнал. Глубина памяти: Для сбора данных со скоростью 60 Мвыб / с в течение 1 мс требуется минимум 60 000 выборок в памяти.

Вам нужно будет посмотреть на следующие критерии:

1 — Форм-фактор

Следует ли использовать традиционные настольные, портативные или ПК-осциллографы? Настольный прицел обычно имеет самую высокую производительность и стоимость, но он готов к использованию, как только вы его включите. Такие функции, как возможности смешанного сигнала и варианты декодирования, часто доступны за дополнительную плату. Портативные осциллографы имеют очевидные преимущества для мобильного инженера, но остерегайтесь плохих дисплеев (трудно читаемых при солнечном свете) и короткого времени автономной работы.

Ручной прицел

Для заданного уровня производительности они также, как правило, являются наиболее дорогим вариантом.

Осциллографы

на базе ПК часто предлагают экономию по сравнению со своими настольными аналогами и обладают такими преимуществами, как большой цветной дисплей, более быстрый процессор, возможности хранения и обмена данными, а также клавиатура для аннотаций.

Объем ПК

Прицелы на базе ПК

бывают двух видов: внутренняя и внешняя. Внутренние осциллографы на базе ПК обычно представляют собой сменные карты формата PCI или PCIe и предназначены для использования с одним настольным ПК.Осциллографы на базе внешних ПК, такие как PicoScopes, поставляются в очень портативных небольших коробках, которые подключаются к ПК через порт USB. Их можно использовать с настольными или портативными ПК, что делает их идеальными для использования в полевых условиях, а также для настольного проектирования и задач отладки. Существуют специальные автомобильные пикоскопы с изолированными входами и адаптерами, специально разработанные для исследования транспортных средств.

Автомобильный осциллограф

2 — Пропускная способность

Полоса пропускания — это максимальная частота сигнала, которая может проходить через входные усилители.Большинство производителей осциллографов определяют полосу пропускания как частоту, на которой входной синусоидальный сигнал будет ослаблен до 71% от его истинной амплитуды (точка -3 дБ), то есть отображаемая кривая будет иметь ошибку амплитуды 29%. Если входной сигнал не является чистой синусоидой, он будет содержать гармоники более высокой частоты.

Например, чистый прямоугольный сигнал с полосой пропускания 20 МГц, просматриваемый на осциллографе с полосой пропускания 20 МГц, будет отображаться как ослабленный и очень искаженный сигнал. Как правило, покупайте осциллограф с полосой пропускания, в 5 раз превышающей максимальную частоту сигнала, которую вы хотите измерить.Имейте в виду, что на некоторых осциллографах указанная полоса пропускания доступна не для всех диапазонов напряжения!

3 — частота дискретизации

Для цифровых осциллографов одинаково важны частота дискретизации и объем памяти. Критерий Найквиста гласит, что частота дискретизации должна как минимум вдвое превышать максимальную частоту, которую вы хотите измерить. Для анализатора спектра это может быть правдой, но для осциллографа вам потребуется как минимум пять образцов, чтобы точно восстановить форму волны. Большинство осциллографов имеют два разных режима / частоты дискретизации в зависимости от измеряемого сигнала: дискретизация в реальном времени и эквивалентная временная дискретизация (ETS) — часто называемая повторяющейся дискретизацией.ETS работает только в том случае, если сигнал, который вы измеряете, является стабильным и повторяющимся, поскольку он работает путем построения формы волны из последовательных выборок. Многие осциллографы имеют разную частоту дискретизации в зависимости от количества используемых каналов. Обычно частота дискретизации в одноканальном режиме вдвое больше, чем в двухканальном.

4 — Количество каналов

Большинство осциллографов имеют два канала, поэтому вы можете сравнивать относительные временные характеристики двух сигналов. Четыре канала могут быть более полезными для вас, например, если вы работаете с шаговыми двигателями или автомобилями.На некоторых осциллографах на базе ПК доступно восемь каналов, и они даже могут быть синхронизированы по нескольку в случае необходимости.

5 — Скорость захвата формы сигнала

Скорость захвата формы сигнала указывает на то, как быстро осциллограф получает сигналы. Если для вас важны поиск и устранение случайных и нечастых проблем, то частота обновления осциллограмм является важным фактором при выборе осциллографа для ваших измерений. Частота обновления напрямую определяет вероятность захвата и отображения осциллографом случайных и нечастых событий.

6 — Глубина памяти

Глубина памяти, пожалуй, наименее понятный аспект DSO, но один из самых важных. DSO хранят захваченные выборки в буферной памяти. Таким образом, для данной частоты дискретизации размер буферной памяти определяет, как долго она может захватывать сигнал, прежде чем память будет заполнена.

Глубина памяти

Осциллограф с высокой частотой дискретизации, но небольшим объемом памяти сможет использовать свою полную частоту дискретизации только на нескольких верхних временных базах.8 = 256). Если выбран диапазон / -1 В, это равно примерно 8 мВ на шаг. Это может быть хорошо для просмотра цифровых сигналов, но не лучший вариант для аналоговых сигналов, особенно при использовании функции анализатора спектра FFT (быстрое преобразование Фурье) осциллографа.

БПФ

В цифровой электронике изменение сигнала на 1% обычно не проблема, но в аудио и другой аналоговой электронике 0,1% искажение или шум могут иметь катастрофические последствия. С восьмибитным разрешением вы можете обнаружить в лучшем случае 0.Изменение сигнала на 4%. Для таких приложений, как датчики звука, шума, вибрации и контроля (температуры, тока, давления), восьмиразрядный осциллограф часто не подходит, поэтому вам следует рассмотреть 12- или 16-битные альтернативы.

Точность DSO обычно не считается слишком важной. Вы можете производить измерения с точностью до нескольких процентов (большинство восьмибитных DSO указывают точность измерения постоянного тока от 3% до 5%), но мультиметр лучше подходит для более точных измерений постоянного и чистого переменного тока. С осциллографом с более высоким разрешением возможны более точные измерения (1% или лучше).Осциллографы с высоким разрешением (12 бит и более) и высокой точностью постоянного тока часто называют прецизионными осциллографами.

8 — Возможности запуска

Функция триггера осциллографа синхронизирует горизонтальную развертку в правильной точке его сигнала. Это важно для четкой характеристики сигнала и стабильного отображения. Элементы управления запуском позволяют стабилизировать повторяющиеся сигналы и захватывать одиночные сигналы. Все цифровые осциллографы предлагают одни и те же базовые параметры запуска (источник, уровень, наклон, запуск до / после), но отличаются более продвинутыми функциями запуска.Импульсные триггеры полезны для цифровых сигналов, а опция автоматического сохранения в памяти может быть большим подспорьем при отслеживании периодических неисправностей. Осциллографы теперь часто предлагают возможности «годен / не годен» и маскировать.

9 — Входные диапазоны (и датчики)

Типовые осциллографы

предлагают выбираемые диапазоны входного сигнала полной шкалы от ± 50 мВ до ± 50 В. Более высокие напряжения можно измерить с помощью ослабляющих или изолирующих пробников 10: 1 и 100: 1. Важным фактором является проверка того, что осциллограф имеет достаточно малый диапазон напряжений для ожидаемых сигналов.

Зонды

Если часто встречаются слабые сигналы (менее 50 мВ), подумайте о покупке осциллографа с разрешением 12 или 16 бит. 16-битный осциллограф имеет разрешение по вертикали в 256 раз больше, чем восьмибитный осциллограф, что позволяет «увеличивать» сигналы уровня милливольт и микровольт.

10 — Возможности подключения

Цифровые осциллографы

обычно предлагают различные возможности подключения. Они могут включать интерфейсы RS-232, LAN и USB 2.0 для управления или загрузки данных.USB-разъемы для карт памяти также полезны для передачи данных на ПК для отчетов и т. Д. Некоторые осциллографы позволяют экспортировать данные формы сигнала в виде файлов Excel, в то время как другие позволяют сохранять снимки экрана только в виде изображений jpg.

Оба полезны для распечатки результатов или ввода в файлы Word. Возможность выполнять автоматическое управление прицелом через ПК может быть жизненно важным для ваших нужд или неуместным, но заслуживает рассмотрения.

11 —

Встроенные возможности

Автоматические измерения, встроенный анализ «годен / негоден» с релейным выходом и математические функции могут сэкономить время и облегчить вашу жизнь.Статистика измерений, хранение эталонных сигналов и возможности БПФ доступны на многих осциллографах, что позволяет отображать измененные сигналы или частотные спектры. Усреднение помогает устранить проблемы с шумом; цифровая стойкость позволяет легче обнаруживать сбои; математические возможности означают, что вы можете инвертировать, складывать, вычитать, умножать, делить или масштабировать каналы; или даже создать свои собственные функции.

12 — Простота использования

Некоторые прицелы предлагают автоматическую настройку «одним касанием» или несколько сохраненных в памяти конфигураций настройки, что упрощает использование прицела.Другие включают встроенную справочную систему, чтобы вы не постоянно обращались к руководству. Некоторые осциллографы обходятся без специальных удобных поворотных регуляторов и заменяют их более дешевыми кнопками для часто используемых регулировок, таких как вертикальная чувствительность, скорость временной развертки, положение кривой и уровень запуска.

Загрузив руководство по осциллографу с веб-сайта поставщика, вы поймете, насколько интуитивно понятно управление осциллографом, концентрируясь на тестируемой цепи. Поиск осциллографа, который прост в использовании, может впоследствии избавить вас от многих разочарований.Вам нужно дистанционное управление через LAN или USB?

Также проверьте, можно ли обновить программное обеспечение прицела бесплатно и легко ли оно доступно через Интернет. Наконец, проверьте срок гарантии. Если ваше устройство выйдет из строя, сможет ли поставщик упростить ремонт?

13 — Готовность к MSO

Если вам также нужно выполнить цифровую отладку, осциллограф для смешанных сигналов может оказаться очень полезным. Некоторые прицелы теперь оснащены разъемом MSO на передней панели с восемью или 16 цифровыми каналами, чтобы вы могли обновить их позже.

Объем MSO

14 — Встроенный AWG

Это полезно, если вам нужен источник сигнала для тестирования или для проверки частотной характеристики. Большинство генераторов AWG выдают обычные сигналы, такие как синусоидальная волна, прямоугольные волны, пилообразные и импульсные сигналы, но они также поставляются с программным обеспечением для ПК, позволяющим создавать собственные формы сигналов. Изящной особенностью некоторых AWG является возможность принимать захваченный входной сигнал осциллографа и непрерывно воспроизводить его.

15 — Возможность модернизации

Если вы обнаружите, что вам понадобятся другие функции позже, когда вы сможете их себе позволить или когда они вам понадобятся, узнайте о возможностях обновления.Многие функции имеют программные клавиши разблокировки, так что вы можете расширить функциональность своего прицела в будущем, но некоторые характеристики зависят от оборудования, и вам нужно сделать правильный выбор с первого раза!

Заключение

Сейчас доступны экономичные прицелы с возможностями, которые конкурируют с известными производителями, по цене значительно ниже 1000 долларов. После выбора форм-фактора необходимо учитывать следующие приоритеты: соотношение цены и качества, пропускная способность, частота дискретизации (в реальном времени и / или эквивалентное время) и объем памяти.

Обратите внимание, что пропускная способность и частота дискретизации не являются вариантами обновления для большинства DSO, поэтому, купив предпочтительный продукт, вы застряли в своем решении. Не рекомендуется «взламывать» обновления, так как они аннулируют гарантию производителя.

Всем нравятся личные рекомендации надежных друзей, но если вы не знаете, к кому обратиться, спросите своего дружелюбного дистрибьютора или посмотрите на YouTube множество полезных отзывов и инструкций.

Надеюсь, это поможет в следующий раз, когда вы захотите приобрести испытательное оборудование. NV

Алан Лоун (Alan Lowne) — генеральный директор компании Saelig, где вы можете найти широкий спектр доступных решений для осциллографов, от вводных USB-адаптеров для осциллографов стоимостью менее 120 долларов США до сложных, но экономичных автономных осциллографов и высокопроизводительных 12-битных осциллографов 2/4. осциллографы для смешанных сигналов, охватывающие сигналы 1 ГГц, а также предлагающие 8/16 каналов для одновременного логического анализа — даже до самого быстрого в мире адаптера для осциллографа 12 ГГц. Подробности на www.saelig.com/category/PS.htm .

Практическое руководство по использованию осциллографа

Узнайте, как использовать осциллограф, который в торговле часто называют осциллографом, который является важным диагностическим инструментом, используемым при проектировании любых серьезных электронных схем.

Опубликовано 29 января 2020 г. Джон Тил

Осциллограф обеспечивает непрерывную отсечку сигнала с отметкой времени в точке измерения. Сигнал в этом случае — это просто входное напряжение.

Полезность осциллографа заключается в знании того, какую точку в цепи нужно исследовать, когда начинать собственно зондирование, как правильно настроить осциллограф и как интерпретировать то, что показывает осциллограф.Все это полностью зависит от навыков и знаний оператора прицела.

В частности, знание того, какой сигнал ожидать в данной точке цепи, интерпретация того, что на самом деле происходит в той же точке, интерпретация любых отклонений и соответствующие выводы, полностью зависит от оператора.

В этой статье мы рассмотрим, как правильно настроить и использовать осциллограф.

Как работает осциллограф?

В современных прицелах дисплей представляет собой просто прямоугольную область с сеткой X-Y.Этот узор сетки может быть фактическим наложением или наложенным изображением.

Ось X — это время, она перемещается слева направо. Ось Y отображает дискретизированное значение напряжения входа во всех точках временной развертки. Тогда дисплей представляет собой просто график зависимости ввода от времени.

Обычно масштаб времени указывается как: мс / дел, или нас / дел, или нс / дел, где мс — миллисекунды, а нас — микросекунды и так далее на деление. Точно так же вертикальная ось указывается как В / дел или мВ / дел.

Чтобы лучше понять это, на рисунке 1 показано, что показывает осциллограф, когда входной сигнал представляет собой синусоидальную волну 1 кГц с пиковым напряжением 1 В. Легко видеть, что амплитуда сигнала составляет 1 В, а поскольку вертикальная установка осциллографа составляет 1 В / дел, пик сигнала составляет ровно 1 деление.

По горизонтали есть десять делений, каждое с настройкой 100 мкс / дел, всего 1000 мкс или 1 мс. Это точно период синусоидальной волны 1 кГц.

Рисунок 1. Захват осциллографа синусоидальной волны 1 кГц, 1 В пик при 1 В / дел по вертикали и 100 мкс / дел по горизонтали

На рисунке 2 показан тот же вход с горизонтальной шкалой осциллографа, установленной на 200 мкс / дел.Теперь отображаются два полных цикла.

Рисунок 2 — Захват осциллографа синусоидальной волны 1 кГц, 1 В пик при 1 В / дел по вертикали и 200 мкс / дел по горизонтали

Рисунок 3 — это снова тот же сигнал, но отображаемый при 500 мВ / дел и 500 мкс / дел. Из этих изображений видно, что, управляя разрешением по горизонтали и вертикали, отображается большая или меньшая часть входного сигнала.

Например, поскольку размер экрана просмотра не изменился, то при просмотре только одного цикла будет отображаться больше деталей, в то время как увеличение временной развертки по горизонтали покажет большую общую картину, которая в данном конкретном случае больше та же синусоидальная волна.

Рисунок 3 — Захват осциллографа синусоидальной волны 1 кГц, 1 В пик при 500 мВ / дел по вертикали и 500 мкс / дел по горизонтали

Возвращаясь к рисунку 1, на дисплее осциллографа был зафиксирован клип ввода длительностью 1 мс. Этот ввод существовал до начала захвата и продолжался после этого. Итак, как осциллограф смог уловить ровно один цикл этого синусоидального входа, начиная с 0 В?

Другими словами, поскольку зондирование могло начаться в какое-то случайное время, как осциллограф мог начать захват в точное время начала цикла, одного из многих?

Ответ заключается в том, что все осциллографы имеют настройку уровня запуска.Горизонтальная развертка начинается при выполнении условия запуска. В этом случае осциллограф был настроен на запуск по самому входному сигналу с уровнем запуска, установленным на 0 В. Он также был настроен на срабатывание по нарастающему фронту.

Это элементы управления, которые доступны на всех осциллографах и позволяют пользователю точно определить, когда начинать захват, который, опять же, находится в большей части левой части экрана. Для триггера можно было установить любое значение с захватом нарастающего или спадающего фронта.

Этот сигнал запуска также мог быть выбран из какого-либо другого источника помимо самого входного сигнала.

Это позволяет пользователю точно определить, какой интересующий участок сигнала отображать.

На рис. 4 показано, как выглядит дисплей с уровнем запуска 0,5 В по нарастающему фронту. На рисунке 6 показано, как это выглядит с уровнем запуска -0,5 В, нарастающий фронт.

Рисунок 4 — Захват осциллографа синусоидальной волны 1 кГц, 1 В пик с уровнем запуска, установленным на 500 мВ, нарастающий фронт

Рисунок 5 — Захват осциллографа синусоидальной волны 1 кГц, 1 В пик с уровнем запуска -500 мВ, нарастающий фронт

На рисунке 6 показан другой сценарий.Это выход 5 В постоянного тока адаптера переменного тока, что ясно показывает, что выход адаптера не чистый. Однако по этому снимку очень трудно сказать, сколько пульсаций присутствует на этой линии 5V.

Вам нужно удалить 5 В постоянного тока и просто показать только пульсацию. Это то, что показано на рисунке 7 после того, как режим связи, другой доступный параметр осциллографа, был изменен с постоянного на переменный ток.

Теперь вы можете ясно видеть, что пульсация составляет около 200 мВ.

Рисунок 6 — Пульсации на выходе постоянного тока адаптера переменного тока

Рисунок 7 — Фактическая пульсация после снятия части постоянного тока через муфту переменного тока осциллографа

На рисунке 8 показаны основные блоки базового осциллографа.Он включает в себя все, что было описано до сих пор.

Имеется развертка по времени для горизонтальной развертки с триггером для ее запуска. Источник запуска может быть получен из самого входного сигнала или из других источников.

ПРИМЕЧАНИЕ: Обязательно загрузите бесплатное руководство в формате PDF 15 шагов для разработки нового электронного оборудования .

Для вертикального сигнала есть вертикальный усилитель с прямой связью или связью по постоянному току, либо через конденсатор для связи по переменному току.

Рисунок 8 — Основные блоки простого осциллографа

Характеристики реальных осциллографов

Существует два основных типа прицелов — аналоговые и цифровые. Общее описание, представленное в предыдущем разделе, применимо к обоим видам. Однако аналоговые прицелы более старых технологий были заменены цифровыми, и остальная часть этой статьи будет посвящена в основном цифровым прицелам.

У них есть возможности, которых просто нет в аналоговых осциллографах.Например, аналоговые осциллографы — это в основном инструменты реального времени. Они отображают сигнал в том виде, в каком он был получен, и не имеют возможностей памяти или математических вычислений. Некоторые специализированные аналоговые осциллографы обладали функциями сохранения изображения на экране, но далеко не такими, как цифровые.

Несмотря на то, что все основные функции, представленные в предыдущем разделе, присутствуют во всех объемах, в этом разделе представлено еще больше функций, некоторые из которых присутствуют даже в относительно недорогих объемах.

Первая особенность, как уже упоминалось, — это память.Все изображения осциллографа в предыдущем разделе сначала были заморожены во внутренней памяти осциллографа, а затем сохранены на USB-накопителе.

Вот некоторые наиболее распространенные функции, доступные в цифровых прицелах:

Несколько каналов

Большинство осциллографов имеют как минимум два входных канала, а некоторые — четыре. Очень важной особенностью является возможность просмотра нескольких сигналов, которые имеют какие-то отношения друг с другом.

Здесь следует отметить одну важную вещь: одновременно может быть только один источник запуска.Однако этот источник триггера может быть на любом входном канале или это может быть внешний триггер, не основанный ни на одном из входных сигналов.

В качестве примера того, как это можно использовать, рассмотрим канал связи I ² C. Поскольку данные передаются по заднему фронту линии SCL, этот фронт можно использовать в качестве источника запуска, и тогда можно увидеть, какие фактические данные считываются, если линия SDA отслеживается на втором канале.

Типичный пример показан на рисунке 9.Он показывает самый первый байт инициализации I2C OLED. Между прочим, поскольку эта схема была фактически построена на макете для этой статьи, она также показывает некоторую перекрестную связь между линиями SDA и SCL. Однако, как видно из захвата прицела, этого было недостаточно, чтобы повлиять на нормальную работу.

Рисунок 9 — I ² C SCL и SDA, захваченные из последовательности инициализации OLED

Предварительный запуск и запуск с задержкой

Поскольку цифровой осциллограф всегда преобразует входной сигнал в цифровые данные, также можно просмотреть, что произошло до срабатывания триггера, и отложить начало фактического захвата сигнала до некоторого времени после срабатывания триггера.

Например, условием запуска может быть установленный флаг ошибки, а функция предварительного запуска может показать, что произошло с некоторыми другими сигналами непосредственно перед тем, как этот флаг был установлен. С другой стороны, с отложенным триггером можно просмотреть, что произошло через некоторое заранее определенное время после фактического триггерного события.

Математические функции

Поскольку собираемые данные являются цифровыми и находятся во внутренней памяти осциллографа, можно выполнять математические вычисления с данными.Распространенным является вычисление среднеквадратичных и средних значений захваченного входного сигнала. Некоторые осциллографы также позволяют выполнять БПФ и другие сложные вычисления входного сигнала.

Очень простое, но весьма полезное математическое вычисление — это отображение разницы между двумя входными каналами осциллографа. Если два входа являются фактическими входами для дифференциального усилителя, эта функция может показать, как должен выглядеть выход усилителя.

Еще одно использование этого — отображение формы волны тока в реальном времени в конкретном участке цепи.Для этого просто вставьте резистор низкого номинала в линию питания данной цепи и подключите два пробника осциллографа, например, канал 1 и канал 2, как показано на рисунке 10.

Затем настройте осциллограф, чтобы с помощью математической функции ch2 — ch3 показать разницу между этими двумя сигналами. К этому разностному сигналу также могут применяться среднеквадратичные или математические функции усреднения.

Зная номинал резистора, легко рассчитать фактическое среднеквадратичное значение или среднее потребление тока и фактически увидеть форму кривой потребления тока.В качестве примечания, это значение может сильно отличаться от того, что показывает типичное показание измерения тока мультиметром, в зависимости от того, насколько «скачкообразно» потребление тока.

Большинство мультиметров, хотя и являются точными, очень медленно реагируют. Если потребление тока происходит короткими всплесками, мультиметр может их полностью пропустить. В этих случаях мультиметр покажет меньшее потребление тока, чем фактическое значение.

Рисунок 10 — Схема измерения тока на стороне высокого напряжения с использованием двух каналов осциллографа и математических функций.

Бесконечная настойчивость

Представьте себе сценарий, в котором возникают случайные, случайные сбои, которые, как вы подозреваете, вызывают неисправность. Без удачи или терпения, чтобы постоянно наблюдать за дисплеем осциллографа, невозможно фактически определить, так ли это на самом деле или нет.

Однако в режиме бесконечного сохранения вы можете диагностировать неисправности. При нормальной работе осциллографа ранее отображаемая форма волны стирается каждый раз при получении нового сигнала запуска.

В режиме бесконечного сохранения это не так. Все предыдущие следы сохраняются на экране. Это позволяет увидеть, произошел ли сбой в течение длительного периода наблюдения.

Знай свой инструмент

Все изображения, использованные в этой статье, за исключением блок-схем, были сняты на реальном осциллографе. Процесс захвата этих изображений включал в себя возиться с различными настройками, чтобы получить нужный сигнал для правильного отображения.

Однако здесь это не обсуждалось, потому что прицелы различаются расположением циферблатов, переключателей и других пунктов меню.Они также различаются по своим математическим способностям.

Даже опытный инженер будет немного возиться, пытаясь получить стабильное изображение на незнакомом прицеле. Однако основные шаги, такие как выбор правильной временной развертки, вертикальной шкалы, фронта и уровня запуска, одинаковы для всех осциллографов. \

Чтобы узнать больше об осциллографе, вот хороший ресурс.

Наконец, не забудьте загрузить бесплатный PDF-файл : Окончательное руководство по разработке и продаже нового электронного оборудования .Вы также будете получать мой еженедельный информационный бюллетень, в котором я делюсь премиальным контентом, недоступным в моем блоге.

Другой контент, который может вам понравиться:

Узнайте, что такое осциллограф, как выбрать правильный и как правильно ухаживать за ним

Блог

Осциллографы проверяют, измеряют и отображают сигналы напряжения. Сигналы нанесены на график, чтобы продемонстрировать, как сигнал изменяется с течением времени. Осциллографы обеспечивают надежные результаты в течение длительного периода времени и используются в различных отраслях промышленности, от здравоохранения до автомобилестроения.

Медицинские работники используют осциллографы для отслеживания сердцебиения пациента и наблюдения за мозговыми волнами. Физики и другие ученые-исследователи используют осциллографы для отслеживания крошечных частиц и анализа воздействия различных сигналов, таких как мобильные или телевизионные. Инженеры и техники-электронщики используют их максимально эффективно в любой профессии. Инженеры-электронщики и электрики полагаются на них при проектировании электрического оборудования. Звукорежиссеры используют осциллографы для наблюдения за вибрациями в двигателях, а инженеры-компьютерщики используют их для определения скорости и частоты процессора.Даже в автомобилях с каждым годом появляется все больше электронного оборудования, и им требуются осциллографы для поиска и устранения неисправностей в автомобилях.

Есть много осциллографов на выбор. Чтобы выбрать лучший вариант для приложения, учитывайте полосу пропускания, входные каналы, частоту дискретизации, длину записи, разрешение по вертикали и другие различные функции. Полоса пропускания должна охватывать все частотные компоненты сигнала. Хорошее практическое правило — полоса пропускания должна быть более чем в 5 раз превышать максимальную частоту сигнала.Больше входных каналов повышает осведомленность о том, что происходит в дизайне. Осциллографы смешанных сигналов предлагают как цифровые, так и аналоговые каналы для повышения наглядности. Чем выше частота дискретизации, тем выше разрешение по длине волны. Это помогает гарантировать, что важная информация не будет потеряна. Рекомендуется, чтобы частота дискретизации превышала 5-кратную наивысшую частотную составляющую для захвата всех деталей сигнала. Длина записи — это количество отсчетов, сохраненных за одно получение. Из-за хранения ограниченного количества выборок длительность сигнала обратно пропорциональна частоте дискретизации.Более длинная запись позволяет снимать более длительную запись с высоким разрешением. Вертикальное разрешение очень важно при преобразовании сигнала из аналогового в цифровой. Преобразователи с более высоким битом захватывают и измеряют больше деталей. Принятие во внимание различных характеристик осциллографа по сравнению с тем, что необходимо измерить, должно привести к правильному выбору.

Из-за высокой чувствительности осциллографа и важности надежных результатов профессиональные услуги калибровки необходимы для обеспечения качества оборудования.При покупке осциллографа в большинстве случаев он поставляется откалиброванным и готовым к использованию. Примерно через год пришло время его профессионально откалибровать. Это гарантирует пользователю, что записанные измерения точны и находятся в пределах спецификации. Может потребоваться регулярная проверка оборудования на соответствие определенным стандартам. Осциллограф, выходящий за пределы допуска, приведет к получению ложной информации при измерении продукта.