Осциллографа: принцип работы, устройство, назначение, особенности настройки

Содержание

20 самых важных характеристик осциллографов!

20 самых важных характеристик осциллографов!

Попробуем разобраться в том, какую роль играет полоса пропускания, чувствительность и память осциллографа при измерениях, в каких случаях лучше использовать аналоговые и цифровые, двухканальные и двухлучевые осциллографы, а когда вместо современного стационарного цифрового или портативного осциллографа достаточно иметь под рукой старый советский прибор? Ответы на эти и другие вопросы, а также все типовые заблуждения, связанные с этими приборами, вы найдете в нашей подборке - 20 самых важных характеристик осциллографов!

Когда мы говорим «осциллограф», то представляем себе прибор, на лицевой панели которого расположен экран, отображающий графики входных электрических сигналов (амплитудные и временных характеристики). Однако поскольку видов этих сигналов «великое множество», очевидно, что не может быть одного универсального прибора, способного адекватно показать все. Поэтому, выбирая осциллограф, нужно ориентироваться во всех разновидностях этого «многоликого» по областям применения прибора, чтобы выбрать именно тот, который подходит для решения стоящих перед вами задач. И здесь немудрено запутаться или упустить какие-то моменты, что может привести к покупке «ненужного чуда» электронной техники. А чтобы не попасть впросак, стоит прислушаться к отзывам опытных практиков, помогающим системно подойти к своим запросам и сделать действительно безошибочный выбор. Далее разбираются основные параметры и технические характеристики осциллографов.

1. Чем хорош двухлучевой осциллограф?

важные характеристики двухлучевого осциллографа

Двухлучевой осциллограф позволяет двумя лучами одновременно наблюдать на общей временной развертке два независимых процесса. Двухканальный осциллограф содержит электронный коммутатор, коммутирующий либо намного чаще, чем частота процесса, либо намного реже, чем частота процесса два процесса на один луч. При этом получается, как бы два луча, но график отображается «кусками, хотя, если частота коммутации выбрана верно, то визуально это не заметно. Все это верно до тех пор, пока исследуются строго периодические процессы. Если же процессы импульсные или не строго периодические (форма сигнала отличается в разных периодах или период меняется), качественно наблюдать два таких процесса на двухканальном однолучевом осциллографе невозможно, потому что в каждый момент времени мы видим только кусочек одного процесса. В принципе двухлучевой осциллограф, конечно, намного лучше однолучевого двухканального. У двухлучевого есть и недостаток: вертикальная развертка каждого луча линейна в своей половине экрана, верхнего – в верхней, нижнего – в нижней. При попытке использовать весь экран одним лучом нас ждет разочарование – отклонение луча у двухлучевой ЭЛТ в «чужой» половине экрана существенно нелинейно.

2. Ограничения двухканального (многоканального) осциллографа

Двухканальный (многоканальный) осциллограф отличается от двухлучевого (многолучевого) тем, что у него одновременное наблюдение разных сигналов обеспечивается быстрым переключением с одного канала на другой, т. к. применяется однолучевая трубка. Из-за чего на высоких скоростях развертки он «рвет» сигналы на экране. Двухлучевой (многолучевой) – имеет трубку с несколькими лучами, поэтому он сигналы не «рвет», но стоит обычно дороже.

3. Любой осциллограф – это не измерительный, а наблюдательный прибор

Хотя в цифровых осциллографах используются также измерительные функции (можно, например, проводить измерения амплитуды сигнала и т. д.). У аналоговых осциллографов погрешность по экрану 5-10%. Цифровые, к которым относятся также USB-осциллографы, вроде более точные, но есть такое понятие, как «Вертикальное разрешение». Например, у типового USB-осциллографа – указано 9 бит вертикального разрешения (реально часто – 8 бит). Это значит, что входной сигнал, надо поделить на 2 в 8-й степени, то есть на 256, что при входном сигнале 10 В даст ступеньку в 0,4 В.

4. Цифровой или аналоговый осциллограф?

Выбор «цифровой или аналоговый осциллограф» зависит от характера исследуемых процессов. Цифровой имеет память, широчайшие возможности рассматривать уже зарегистрированные кратковременные сигналы (есть возможность делать их скриншоты), цветной дисплей (что очень способствует восприятию информации), множество способов синхронизации, некоторые возможности обработки сигнала. У аналогового – наименьшие искажения наблюдаемого сигнала, что обычно приводится как основной довод в их пользу. Других, более серьезных доводов обычно не приводят.

Цифровой или аналоговый осциллограф:отзывы, характеристики

5. Цифровой осциллограф не покажет ВЧ импульсы

Еще одна особенность цифровых осциллографов: для наблюдения непрерывного сигнала, и для того, чтобы сильно не увеличивать частоту дискретизации (квантования) по времени (а это необходимо из-за того, что точных быстродействующих АЦП пока еще мало, а то и вовсе нет для решения каких-то задач), часто используются для обработки численные методы (аппроксимация, интерполяция, экстраполяция). Современные микроконтроллеры довольно просто с этой задачей справляются. Но в результате мы видим не настоящий сигнал, а эрзац-сигнал, полученный в результате обработки точечных отсчетов численными методами. То есть мы можем не увидеть на сигнале «иглы» высокочастотных импульсных помех, которые будут прекрасно видны на аналоговом осциллографе.

6. Цифровой осциллограф умеет запоминать сигналы

У цифрового осциллографа дополнительное удобство – он может запоминать сигнал и выводить его на экран в увеличенном масштабе (функция экранной лупы). А также достаточно просто реализуются функции автонастройки на сигнал и измерение параметров сигнала (но это уже в дорогих моделях). Еще одно важное достоинство – просмотр или предварительное (возможно и полное) декодирование промышленных протоколов.

7. Ограничения АЦП цифровых осциллографов

Цифровой осциллограф работает на принципе преобразования аналогового (т. е. непрерывного) сигнала в цифровой (т. е. дискретный) со всеми вытекающими отсюда последствиями: 

  • Для того чтобы передать сигнал как можно точнее, частота дискретизации должна быть намного выше частоты измеряемого сигнала. Т. е. чем больше дискретных отсчетов в единицу времени, тем более непрерывным будет отображение сигнала и более точным его воспроизведение на экране.
  • Дискретизация по уровню измеряемого сигнала (как правило, это напряжение). Чтобы его как можно точнее измерить, надо иметь хорошую дискретизацию по уровню. Допустим, мы имеем АЦП 8-бит. Теоретически он дает 256 уровней сигнала. Т. е. сигнал с амплитудой 10 В он может перевести в цифровой код с точностью 0,04 В, а если у АЦП 10 разрядов (1024 уровня), то мы сможем наблюдать этот же сигнал с точностью 0,01 В (правда, на самом деле точность будет ниже, из-за погрешности самого АЦП).
  • Многолучевым цифровой осциллограф в принципе быть не может.
  • Интерфейс для связи с компьютером имеют не только цифровые, но и многие аналоговые осциллографы.

характеристики портативного осциллографа

8. Объем памяти цифрового осциллографа

Объем памяти выборок (в английской технической документации используются термины Record Length – длина записи или Memory Depth – глубина памяти) – третья ключевая характеристика цифровых осциллографов, наряду с полосой пропускания и частотой оцифровки. Суть в том, что это память, работающая на частоте оцифровки. Ее нехватка приводит к тому, что на медленных развертках осциллограф вынужден снижать частоту оцифровки во избежание переполнения памяти. Хотя есть «кривые» попытки обойти эту проблему, например, использованием пик-детектора. Если памяти выборок много (от 1 Мегасемплов), то это производителем специально подчеркивается, а если мало, то всячески замалчивается. Или приводится большой объем памяти, но оказывается, что это просто ОЗУ встроенного процессора, а не быстрая память выборок. Допустим, частота выборок – 500 мегавыборок в секунду (полоса пропускания – 50 МГц, 10 выборок на период). Смотрим сигнал 50 Гц (период 20 мс). За это время осциллограф сделает 10 000 000 выборок. С 8-битным АЦП ему надо запомнить 1 байт на выборку. Итого, чтобы зарисовать этот период, ему нужно либо 10 Мб памяти, либо снижать частоту выборок.

9. «Короткая и длинная» память в цифровом осциллографе

Короткая и длинная память - это «закон сохранения энергии в осциллографе». Если вы используете максимальную частоту дискретизации то у вас «короткая память» будет (извините за выражение), если же частота дискретизации будет в два раза меньше - то у вас память будет «ого-го». Если нужно посмотреть пачку импульсов - используете большую память, если периодический, но высокочастотный сигнал (тем более меандр), то тогда более важна частота дискретизации.

10. Время нарастания входного сигнала

Показатель «Время нарастания входного сигнала» – чем меньше, тем лучше. Это значит, что меньше будет «отгрызаться» начало первого сигнала на экране при внутренней синхронизации, и тем лучше частотные свойства осциллографа.

11. Полоса пропускания цифрового осциллографа

Считается, что для наблюдения цифровых сигналов полоса пропускания осциллографа должна быть в несколько раз выше частоты сигнала (хотя бы втрое), иначе прямоугольный сигнал превращается в «квазисинусоиду» (то есть «заваливаются» фронты). И частота дискретизации должна быть выше хотя бы раз в десять (некоторые даже считают, что это соотношение должно быть не менее 1:20).

Ограничения АЦП цифровых осциллографов

12. Как связаны шумы и погрешность Разрешение экрана

Чем выше разрешение экрана, тем больше детализация. Выбирайте разрешение не менее 640 точек по горизонтали и не менее 480 точек по вертикали, многие современные относительно недорогие осциллографы уже имеют такие экраны. Экран должен быть цветным и с малой инерционностью. Черно-белые экраны с большой инерционностью - прошлый век.

13. Как связаны шумы и погрешность Когда нужен осциллограф с логическим анализатором?

характеристики осциллографа

Современная прикладная электроника – это в большинстве случаев «смесь цифры с аналогом». Расшифровка протоколов здесь не главное (хотя и не без нее). Но вот, допустим, имеем сигнал ШИМ, который в свою очередь может перейти во что угодно – ток, напряжение, температуру, магнитное поле, обороты и т. д. и т. п. Регулирование этих величин, допустим, выполняется с помощью микроконтроллера посредством какого-либо ПИД-регулятора. Как отрабатывать все тонкости этих процессов? Вот тут и придет на помощь встроенный в осциллограф логический анализатор. Конечно, все то же самое можно делать и отдельным анализатором, и синхронизировать его с аналоговыми сигналами. Но все это вы будете видеть на разных мониторах и засечь, что и после чего изменяется «от цифры в аналоге» уже будет очень неудобно и непродуктивно.

Таким образом, если вы собираетесь рассматривать цифровой и аналоговый сигналы одновременно, например, цифровой сигнал зависит (синхронизирован) от аналогового или наоборот, то лучшим решением будет осциллограф с логическим анализатором на борту или хотя бы с возможностью докупить логический анализатор позже (но нужно, чтобы у покупаемого осциллографа была такая опция). Отдельный логический анализатор удобен для работы с чистой цифрой.

14. Как связаны шумы и погрешность Как связаны шумы и погрешность осциллографа с разрешением экрана?

Шумы осциллографа не имеют никакого отношения к разрешению экрана.  Точно так же и погрешность осциллографа не имеет никакого отношения к разрешению экрана.

15. Эквивалентный режим

Полоса пропускания цифрового осциллографа

Эквивалентный режим используется только для периодических сигналов. Он позволяет повысить частоту дискретизации в десятки раз. Суть в том, что друг за другом делается не одна запись сигнала, а много, но каждый раз с небольшим смещением. Поскольку сигнал все время одинаковый (периодический), потом полученные записи накладывают друг на друга, и получают запись с как-бы очень высокой частотой оцифровки, например 50 ГГц, хотя реальная частота оцифровки была обычная, например 500 МГц. Для однократных сигналов не годится.

16. Режим сегментированной памяти

Некоторые цифровые осциллографы имеют режим сегментированной памяти. То есть их можно оставить работать хоть на неделю, но они будут записывать не весь сигнал, а только его часть, форма которой задается через меню, например, только короткие пики. Таким образом, ни один пик не будет пропущен и будет записан с нужной (высокой) частотой дискретизации. А потом все записанные сегменты (кусочки сигнала) можно разом просмотреть.

17. Минусы портативных осциллографов

У портативных приборов цены выше, а параметры хуже, это известно. В частности, «настольные» осциллографы давно «доросли» до 1-2 мегасемплов (мегабайт) памяти выборок, а у портативных эта память по-прежнему 1-40 килосемплов (килобайт).

Ограничения АЦП цифровых осциллографов

18. Что такое мотортестер?

Для диагностики системы зажигания автомобильного двигателя используется мотортестер, представляющий собой многоканальный осциллограф (осциллограф-мультиметр с четырьмя и более каналами), с инсталлированным в нем специальным ПО. К осциллографу подключается комплект датчиков. Мотортестер отображает осциллограмму высокого напряжения системы зажигания и в реальном времени параметры импульсов зажигания, такие как пробивное напряжение, время и напряжение горения искры.

19. Что такое автомобильный диагностический сканер?

Для «общей» автодиагностики применяют диагностический адаптер или CAN-Bus автомобильный диагностический сканер, представляющий собой осциллограф смешанных сигналов – осциллограф со встроенным логическим анализатором, который, используя специальное ПО, выполняет дешифровку протоколов CAN/KWP2000/др. и трактует полученные данные. Система управления современного двигателя, отвечающего строгим нормам токсичности, в качестве главного своего элемента содержит электронный блок управления (ЭБУ). Так вот сканер предназначен именно для работы с ЭБУ, для его «сканирования». А так как сканер работает с блоком, то он позволяет:

  • Наблюдать сигналы с датчиков системы, следить за их изменением во времени.
  • Проверять работу исполнительных механизмов путем приведения их в действие и визуального или другого контроля.
  • Считывать сохраненные системой коды неисправностей.
  • Посмотреть идентификационные данные ЭБУ, системы и т. п.

20. Почему лучше не использовать осциллографы, выпущенные в СССР?

В России до сих пор продаются осциллографы, выпущенные в СССР 25-30 лет назад. Они могут привлечь внимание разве что новичков и не очень требовательных радиолюбителей. Однако опытные практики пишут на страницах интернет-форумов буквально следующее: «Ни в коем случае не советую связываться с советскими приборами, тем более осциллографами, управляемыми микропроцессором. Советские приборы утыканы сбоку и сверху подстроечниками для калибровки. Методика описана в инструкции, обычно довольно бестолковой. Перечень «пороков» советских приборов продолжают габариты, вес и высохшие электролиты».

советские осциллографы: отзывы

Примечание.

При подготовке этой статьи использовались отзывы, советы и рекомендации по выбору и работе с электронными осциллографами,  собранные с крупнейших отечественных и зарубежных интернет-форумов.

 

Примеры оборудования:

Цифровые осциллографы Rohde&Schwarz, Fluke Источники питания постоянного тока Анализаторы спектра Генераторы сигналов Векторные анализаторы цепейЧастотомеры и измерители

Как выбрать цифровой осциллограф в 2020 г. [Руководство]

Для тех, кто занимается разработкой, изготовлением или ремонтом электронного оборудования, основным рабочим прибором всегда был, есть и будет (мы очень на это надеемся 🙂 ) цифровой осциллограф.

Данное руководство посвящено ответу на вопрос: «как выбрать цифровой осциллограф?».

Оглавление:

  1. Критерии выбора цифрового осциллографа
    1. Полоса пропускания
    2. Время нарастания
    3. Согласованные пробники
    4. Количество каналов
    5. Частота дискретизации
    6. Система запуска
    7. Длина записи
    8. Навигация и анализ
    9. Поддержка приложений
    10. Простое управление
    11. Интерфейсы подключения
    12. Самое главное требования при выборе осциллографа
    13. Примеры цифровых осциллографов
    14. Задать вопрос / оставить комментарий

Прежде чем понять, как правильно выбрать цифровой осциллограф, стоит понимать, что он из себя представляет и зачем он Вам нужен.

Цифровой запоминающий осциллограф:

  • Захватывает, сохраняет и отображает сигналы
  • Отображает высокоскоростные периодические или непериодические сигналы, поступающие на входной канал
  • Измеряет частоту сигнала, искажения, вносимые неисправным компонентом, уровень шумов, изменение шума во времени и множество других параметров

Осциллограф какой бы марки вы не выбрали ( Tektronix, Rohde & Schwarz, Keysight) должен не только соответствовать характеру вашей работы, но и:

  • Точно регистрировать сигналы
  • Обладать функциями, расширяющими ваши возможности и позволяющими сэкономить время
  • Иметь гарантированные технические характеристики, подтвержденные документально

Точность. Вы должны точно знать, какие сигналы собираетесь исследовать: звуковые сигналы и аналоговые сигналы датчиков или импульсы и ступеньки (цифровые сигналы). Если вы работаете с цифровыми сигналами, то будете ли вы измерять длительность перепадов, или вас интересуют лишь примерные временные соотношения? Будете ли вы использовать осциллограф для измерения характеристик разрабатываемой схемы, или в основном он нужен вам для отладки? В любом случае изначально точный захват сигнала важнее любой последующей обработки – ваши решения должны опираться на точную исходную информацию, которую затем вы всегда сможете обработать на ПК.

Возможности.  Следует учитывать не только те схемы, которые вы разрабатываете сегодня, но и те, что будете создавать завтра. Высококачественный осциллограф с широкими возможностями верно прослужит вам долгие годы.

Гарантированные характеристики цифровых осциллографов.  Убедитесь, что все характеристики, связанные с необходимыми видами измерений, отмечены в техническом описании, как «гарантированные». Если значения параметров указаны, как «типовые», они являются статистической характеристикой и не могут использоваться для выполнения достоверных измерений в соответствии с общепринятыми стандартами качества. Ниже будут перечислены основные параметры цифровых осциллографов.

Какие бывают типы цифровых осциллографов?

Ёлка в вашем осциллографе 🙂

Критерии выбора цифрового осциллографа

1.Полоса пропускания цифрового осциллографа

Системная полоса пропускания цифрового осциллографа определяет главную способность цифрового запоминающего осциллографа измерять аналоговый сигнал – максимальный диапазон частот, в котором обеспечивается точное измерение.


Что необходимо учитывать

  • Осциллографы начального уровня обычно обладают максимальной полосой пропускания 100 МГц. Они могут точно (в пределах 2 %) показывать амплитуду синусоидальных сигналов частотой до 20 МГц
  • Для цифровых сигналов осциллограф должен захватывать основную, третью и пятую гармоники, иначе в осциллограмме будут отсутствовать важные детали. Поэтому для достижения погрешности не более ±2 % полоса пропускания осциллографа с учетом пробника должна, как минимум, в 5 раз превышать максимальную полосу сигнала – «правило пятикратного превышения». Это необходимо и для точного измерения амплитуды
  • Поэтому для высокоскоростных цифровых сигналов, сигналов последовательных шин, видеосигналов и других сложных сигналов может потребоваться осциллограф с полосой пропускания 500 МГц и выше
Как выбрать цифровой осциллограф? Определение полосы пропускания

Рис 1. Полоса пропускания определяется как полоса частот, в пределах которой входной синусоидальный сигнал ослабляется осциллографом не более чем до 70,7 % или по уровню –3 дБ (по уровню половинной мощности), как показано на данном рисунке для осциллографа с полосой пропускания 1 ГГц.

При выборе осциллографа — это один из главных факторов.

2. Время нарастания цифрового осциллографа

При работе с аналоговыми схемами основным критерием пригодности осциллографа является полоса пропускания. При исследовании импульсных или многоуровневых сигналов с крутыми фронтами наиболее важно, насколько точно осциллограф измеряет длительность фронта.


Что необходимо учитывать

  • Чем меньше время нарастания осциллографа, тем точнее он может передать тонкие детали быстрых перепадов. Кроме того, этот параметр важен для точного измерения времени
  • Время нарастания определяется, как k/(Полоса пропускания), где k лежит в диапазоне от 0,35 (для осциллографов с полосой <1 ГГц) до 0,40 –0,45 (>1 ГГц)
  • Аналогично полосе пропускания, время нарастания осциллографа должно быть в 5 раз меньше минимальной длительности фронта исследуемого сигнала. Например, для измерения фронта длительностью 4 нс, время нарастания осциллографа должно быть не более 800 пс. Примечание. Как и для полосы пропускания, соблюдение этого простого правила возможно не всегда
  • Для измерения сигналов ТТЛ и КМОП может потребоваться время нарастания 300-400 пс
Характеристики цифровых осциллографов (время нарастания)

Рис 2. Ваш осциллограф должен быть достаточно быстродействующим для точного захвата быстрых переходных процессов.

3. Согласованные пробники

Точные измерения начинаются с наконечника пробника. Полоса пропускания пробника должна соответствовать полосе пропускания осциллографа (с учетом «правила пятикратного превышения»), и при этом пробник не должен создавать излишнюю нагрузку на цепи тестируемого устройства.


Что необходимо учитывать

  • При подключении пробника к тестируемому устройству он становится составной частью измеряемой цепи, внося в нее свое сопротивление, емкость и индуктивность, которые способны повлиять на результаты измерения. Для минимизации такого влияния лучше использовать пробники и осциллографы одного производителя, образующие интегрированное решение
  • Важную роль играет нагрузка на исследуемую цепь. Активная нагрузка стандартного пассивного пробника обычно имеет приемлемое значение 10 МОм и выше. А вот его емкостная нагрузка 10, 12 или даже 15 пФ может создавать серьезные проблемы для измерения на высоких частотах
  • Выбирая осциллограф среднего ценового диапазона, обращайте внимание, чтобы пробники имели входную емкость не более 10 пФ. Лучшие пассивные пробники обладают полосой пропускания 1 ГГц и входной емкостью менее 4 пФ ( Например, Tektronix TPP1000)
Как пользоваться цифровым осциллографов вместе с пробником

Рис 3. Выбирая пробник, подготовьте ответы на следующие вопросы. Что вы планируете измерять – напряжение, ток или и то, и другое? Какова частота исследуемого сигнала? Велика ли амплитуда? Высокое или низкое выходное сопротивление имеет тестируемое устройство? Нужны ли вам дифференциальные измерения? Выбор пробников зависит от того, с какими устройствами и сигналами вы собираетесь работать.

Поэтому, задача не только в том, как выбрать цифровой осциллограф, но и как пользоваться осциллографом.

Используйте несколько пробников. Для начала выберите пассивные пробники с широкой полосой пропускания и малой входной емкостью. Активные несимметричные пробники имеют полосу пропускания от 1-4 ГГц, а дифференциальные – до 20 ГГц и выше. Добавив токовый пробник, вы сможете использовать осциллограф для расчета и отображения мгновенной мощности, активной мощности, полной мощности и фазы. Высоковольтные пробники могут измерять напряжения до 40 кВ пикового значения. Специальные пробники включают логические, оптические, тепловые и др.

4. Сколько нужно каналов для выбора осциллографа?

Цифровые осциллографы оцифровывают сигнал, поступающий на входные аналоговые каналы, а затем сохраняют и отображают полученные значения. Обычно, чем больше каналов, тем лучше, хотя дополнительные каналы увеличивают цену прибора.


Что необходимо учитывать

  • Сколько каналов выбрать – 2, 4, 8 или 16 – зависит от вашего приложения. Два или четыре аналоговых канала позволят измерять и сравнивать временные характеристики сигналов аналоговых устройств, тогда как отладка цифровой системы, использующей параллельную передачу данных, может потребовать 8 или 16 дополнительных каналов, а возможно и больше. Например, осциллограф MSO58 имеет 8 аналоговых или 64 цифровых канала
  • Осциллографы смешанных сигналов предлагают дополнительные цифровые каналы ( цифровой вход осциллографа), которые отображают только два логических уровня и могут представлять их в виде сигнала шины. Комбинированные осциллографы ( например, MDO4104С) имеют отдельный РЧ вход для выполнения высокочастотных измерений в частотной области
  • Какую модель бы вы ни выбрали, все каналы должны обладать достаточным диапазоном частот, линейностью, точностью усиления, равномерностью АЧХ и стойкостью к статическому разряду
  • Некоторые приборы в целях экономии используют общую для нескольких каналов систему дискретизации. Будьте осторожны – в этом случае частота дискретизации может снижаться в зависимости от числа используемых каналов
  • Изолированные каналы упрощают измерения с гальванической развязкой. В отличие от осциллографов с несимметричным входом, «общие» проводники входных каналов могут быть изолированы друг от друга и от «земли». Например, серия осциллографов Tektronix TPS2000B или Rohde & Schwarz Scope Rider
Осциллографы MDO сочетают в себе аналоговые, цифровые и РЧ каналы

Рис 4. Комбинированные осциллографы (MDO) не только предлагают аналоговые и цифровые каналы, как и осциллографы смешанных сигналов (MSO), но и имеют отдельный РЧ вход, сигнал которого можно анализировать в частотной области.

5. Частота дискретизации цифрового осциллографа

Частота дискретизации осциллографа подобна частоте кадров видеокамеры. Она определяет количество мелких деталей сигнала, которые может захватить и отобразить осциллограф.

Что необходимо учитывать

  • Частота дискретизации (число выборок в секунду) показывает, насколько часто осциллограф делает выборки сигнала. Как и ранее, рекомендуется придерживаться «правила пятикратного превышения»: частота дискретизации должна не менее чем в 5 раз превышать наивысшую частотную составляющую измеряемого сигнала
  • Минимальная частота дискретизации тоже может иметь важное значение, если нужно исследовать медленно меняющиеся сигналы в течение длительного времени
  • Большинство осциллографов начального уровня имеют максимальную частоту дискретизации от 1 до 2 Гвыб./с, тогда как осциллографы среднего ценового диапазона могут предлагать от 5 до 10 Гвыб./с
  • Чем выше частота дискретизации, тем меньше теряется информации, и тем лучше осциллограф представляет исследуемый сигнал. Но при этом память заполняется быстрее, что ограничивает интервал захвата
Выбор цифрового осциллографа исходя из частоты дискретизации

Рис 5. Точность отображения сигнала зависит от частоты дискретизации и от используемого метода интерполяции.

Линейная интерполяция соединяет выборки сигнала прямыми линиями, но такой подход ограничен реконструкцией сигналов с прямыми участками.

Интерполяция «sin x/x» представляет собой математический процесс, в котором для заполнения промежутков между реальными выборками рассчитываются дополнительные точки. Эта форма интерполяции хорошо работает для сигналов криволинейной формы и непериодических сигналов, которые в реальных схемах встречаются значительно чаще, чем чистые меандры или импульсы.

Следовательно, интерполяция «sin x/x» более предпочтительна для приложений, где частота дискретизации превышает полосу пропускания системы от 3 до 5 раз.

Для захвата глитчей нужна скорость.  Теорема Котельникова гласит, что для точной реконструкции сигнала частота дискретизации должна не менее чем в два раза превышать его наивысшую частотную составляющую.

Однако это соотношение определяет абсолютный минимум, который применим только к синусоидальным и периодическим сигналам. Глитчи по определению являются непериодическими, поэтому дискретизация с удвоенной частотой наивысшей составляющей обычно недостаточна. Вывод: высокая частота дискретизации повышает разрешение, позволяя увидеть накладывающиеся друг на друга события.

  • Выбор цифрового осциллографа исходя из частоты дискретизацииСистема Fast Acquisition
  • Выбор цифрового осциллографа исходя из частоты дискретизацииСкорость захвата осциллограмм до 400 000 осц./с
  • Выбор цифрового осциллографа исходя из частоты дискретизации

6. Гибкая система запуска

Система запуска обеспечивает стабильное изображение и позволяет выделять конкретные фрагменты сложных сигналов.

Что необходимо учитывать

  • Все осциллографы обеспечивают запуск по фронту, и большинство – по длительности импульса
  • Для захвата специфических аномалий и более эффективного использования длины записи выбирайте осциллограф, имеющий расширенные режимы запуска для более сложных сигналов
  • Чем шире выбор условий запуска, тем выше гибкость использования осциллографа (и тем быстрее вы сможете выявлять причины возникающих проблем):
    • запуск по последовательности событий А и В, задержка по времени или по событиям;
    • запуск по строке или кадру видеосигналов стандартной и высокой четкости;
    • запуск по условию – скорость нарастания, глитч, длительность импульса, время ожидания, рант, время установки и удержания;
    • запуск по сигналам последовательных (I2C, SPI, CAN/LIN, USB …) и параллельных шин
Выбор цифрового осциллографа исходя из частоты дискретизации

Рис 6. Запуск позволяет начать горизонтальную развертку с нужной точки сигнала, а не просто с того места, где закончилась предыдущая развертка. При однократном запуске происходит захват по всем каналам одновременно.

Расширенные функции запуска помогают найти нужную информацию. Запуск по заданным условиям позволяет выделить определенный участок осциллограммы и обнаружить аномалии. Функции запуска можно настроить на специальные условия во входном сигнале, облегчая, например, обнаружение импульсов, длительность которых меньше заданной

7. Длина записи

Длина записи – это число точек, из которых состоит зарегистрированная осциллограмма. Осциллограф имеет ограниченный объем памяти для записи выборок, поэтому чем больше объем памяти, тем большую длину записи можно получить.

Что необходимо учитывать

  • Время захвата = длина записи / частота дискретизации. Например, при длине записи 1 млн. точек и частоте дискретизации 250 Мвыб./с осциллограф может захватывать сигнал в течение 4 мс. Правильное понимание этого параметра поможет Вам выбрать осциллограф именно под Ваши задачи
  • Современные осциллографы позволяют выбирать длину записи, оптимизируя уровень детализации в соответствии с вашим приложением
  • Хороший осциллограф общего назначения может сохранить более 2000 точек, чего более чем достаточно для стабильного синусоидального сигнала (требующего как минимум 500 точек). Но для отыскания причин аномалий в сложных последовательных потоках данных лучше выбрать осциллограф с цифровым люминофором (DPO) с длиной записи 1 млн. точек или больше.
  • Для регистрации переходных процессов или поиска непериодических сигналов, таких как джиттер, искаженные импульсы или глитчи, выбирайте осциллограф, начиная со среднего ценового диапазона, сочетающий большую длину записи с высокой скоростью обновления осциллограмм.
Длинная память осциллографа

Рис 7. Поскольку осциллограф может сохранять лишь ограниченное число выборок, временное окно захвата осциллограммы обратно пропорционально частоте дискретизации осциллографа. Время захвата = Длина записи / Частота дискретизации.

Получите полную картину. Достаточно детальный захват для декодирования сигнала шины USB требует высокого разрешения по времени (200 пс). Регистрация нескольких пакетов требует продолжительного времени захвата (200 мкс). Чтобы отобразить и то и другое, нужен осциллограф с большой длиной записи (1 млн. точек).

8. Система навигации и анализа

Поиск определенных аномалий формы сигнала можно сравнить с поиском иголки в стоге сена. Вам понадобятся средства, автоматизирующие этот процесс и ускоряющие получение результата.

Что необходимо учитывать

  • Функция масштабирования и панорамирования позволяет растягивать интересующий участок осциллограммы и перемещать окно обзора назад и вперед по шкале времени
  • Функция воспроизведения и паузы автоматически перемещает окно обзора по осциллограмме. Это позволяет освободить руки и сконцентрироваться на самом сигнале
  • Маркеры позволяют помечать интересующие события. Для быстрого перехода между маркерами и простого измерения временных интервалов можно использовать органы управления передней панели
  • Функция поиска и маркировки позволяет просматривать всю захваченную осциллограмму и автоматически отмечать появления определенных пользователем событий
  • Расширенный поиск позволяет определять различные критерии, аналогичные условиям запуска, в соответствии с которыми будут автоматически обнаруживаться и помечаться события в захваченном сигнале.
Длинная память осциллографа

Рис 8. Осциллографы с длиной записи в миллионы точек могут выполнять захват в течение длительного времени, что очень важно для исследования сложных сигналов. Расстановка маркеров помогает, например, измерять задержки на шине CAN.

9. Расширенная поддержка приложений

Лучшие осциллографы имеют прикладное программное обеспечение для диагностики оптических и электрических схем и тестирования на соответствие стандартам.

Что необходимо учитывать

  • Приложения для измерения целостности сигнала и джиттера позволяют глубже анализировать проблемы качества сигнала в цифровых системах, выявлять причины их возникновения и оценивать их влияние
  • РЧ приложения предоставляют возможность представления сигналов в частотной области и анализа с помощью спектрограмм и кривых зависимости амплитуды, частоты и фазы от времени.
  • Поддержка отладки встраиваемых систем со смешанными аналоговыми и цифровыми сигналами, параллельными и последовательными шинами, такими как CAN/LIN, I2C, SPI, FlexRay, MOST и другие.
  • Прикладное ПО для учебных заведений: чтобы создавать технологии следующего поколения, студенты, изучающие электронику, должны научиться разбираться в сложных электронных схемах
Длинная память осциллографа

Рис 9. Устойчиво ли работает ваш импульсный источник питания? Средства автоматического анализа позволяют измерять каждый параметр одним нажатием кнопки, предлагая быстрый и точный анализ области безопасной работы (ОБР), качества питающего напряжения, коммутационных потерь, гармоник, модуляции, пульсаций и скорости нарастания выходного тока и напряжения (di/dt, dv/dt).

10. Простое управление

Осциллографы должны быть просты в управлении даже для неопытных пользователей. Интерфейс пользователя дает существенный вклад во время решения инженерной задачи.

Что необходимо учитывать

  • Часто используемые функции должны иметь отдельные органы управления
  • Кнопки автоматической настройки и сброса к значениям по умолчанию позволяют мгновенно настроить прибор
  • Осциллограф должен иметь быстрый и четкий отклик на органы управления
  • Интерфейс осциллографа должен поддерживать ваш родной язык, включая соответствующие накладки для передней панели
Длинная память осциллографа

Рис 10. Многие люди пользуются осциллографом не каждый день. Интуитивное управление позволяет даже неопытным пользователям чувствовать себя комфортно, в то же время предлагая опытным пользователям простой доступ к наиболее востребованным функциям. Для использования как в лабораторных, так и в полевых условиях выпускается множество моделей портативных осциллографов.


11.Интерфейсы и возможности расширения

Непосредственное подключение осциллографа к компьютеру или передача данных через сменные носители позволяет выполнять расширенный анализ, упрощает документирование и обмен результатами измерений.

Что необходимо учитывать

  • Обратите внимание на осциллографы, обеспечивающие доступ к рабочему столу Windows, имеющие функции распечатки на сетевом принтере и предоставляющие общий доступ к ресурсам
  • Проверьте, может ли осциллограф использовать программное обеспечение сторонних производителей для анализа, документирования и автоматизации измерений
  • Нужен ли вам доступ в интернет для обмена с коллегами результатами измерений в режиме реального времени?
  • Можно ли расширить возможности осциллографа в соответствии с изменяющимися потребностями? Например, добавить:
    • память для анализа записей большей длины;
    • специальные приложения для измерений;
    • различные пробники и модули;
    • такие принадлежности, как аккумуляторные батареи и комплекты для монтажа в стойку;
    • программное обеспечение для управления осциллографом с компьютера, выполнения
    • автоматических измерений, регистрации и экспорта осциллограмм.
Основные интерфейсы подключения осциллографа: GPIB, RS-232, Ethernet, LXI

Рис 11. К стандартным интерфейсам осциллографа относятся GPIB, RS-232, USB, Ethernet, LXI, а также интерфейсы для связи с сетевыми коммуникационными модулями. Интерфейс USB широко используется для сохранения осциллограмм, результатов измерений и наборов настроек на флэш- накопителях. PictBridge позволяет использовать осциллограф в качестве цифровой камеры. Порт VGA обеспечивает подключение внешнего монитора.

… и, наконец, учтите душевный комфорт!

Конечно, приобретая осциллограф, вы заплатите за него определенную сумму, но во что выльются последующие эксплуатационные расходы?

Ознакомьтесь со стоимостью услуг по поддержке прибора, предлагаемых производителем, и оцените, насколько они увеличивают ваши расходы и продлевают срок службы осциллографа.

К таким услугам относятся обучение по месту установки, системная интеграция, управление проектами и другие профессиональные услуги, которые помогут повысить эффективность прибора и позволят выполнять точные и достоверные измерения.

Удобные пакеты дополнительных услуг и такие виды поддержки, как расширенная гарантия, могут сэкономить деньги в долговременной перспективе и избавить от ненужных волнений.

Бюджетные цифровые осциллографы

Осциллографы начального уровня

Осциллографы смешанных сигналов

Продвинутый анализ сигналов

Осциллографы Hi-end класса

  1. Просто позвоните по телефону: +7 (499) 391-90-77
  2. Или напишите на почту: [email protected]

Осциллограф - это... Что такое Осциллограф?

Осциллограф

Осцилло́граф (лат. oscillo — качаюсь + греч. γραφω — пишу) — прибор, предназначенный для исследования (наблюдения, записи; измерения) амплитудных и временны́х параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход, либо непосредственно на экране, либо записываемого на фотоленте.

Современные осциллографы позволяют исследовать сигнал гигагерцовых частот. Для исследования более высокочастотных сигналов можно использовать электронно-оптические камеры.

Применение

Используются в прикладных, лабораторных и научно-исследовательских целях, для контроля/изучения электрических сигналов — как непосредственно, так и получаемых при воздействии различных устройств/сред на датчики, преобразующие эти воздействия в электрический сигнал.

Курсорные измерения

Захват строки телевизионного сигнала

Для периодического и оперативного контроля качественных показателей телевизионного тракта и отдельных его звеньев в системах телевещания применяются специальные осциллографы с блоком выделения строк.

Классификация

По назначению и способу вывода измерительной информации:

  • Осциллографы с периодической развёрткой для непосредственного наблюдения формы сигнала на экране (электронно-лучевом, жидкокристаллическом и т. д.) — в зап.-европ. языках oscilloscop(e)
  • Осциллографы с непрерывной развёрткой для регистрации кривой на фотоленте (шлейфовый осциллограф) — в зап.-европ. языках oscillograph

По способу обработки входного сигнала

  • Аналоговый
  • Цифровой

По количеству лучей: однолучевые, двулучевые и т. д. Количество лучей может достигать 16-ти и более (n-лучевой осциллограф имеет nное количество сигнальных входов и может одновременно отображать на экране n графиков входных сигналов).

Осциллографы с периодической развёрткой делятся на: универсальные (обычные), скоростные, стробоскопические, запоминающие и специальные; цифровые осциллографы могут сочетать возможность использования разных функций.

Также существуют осциллографы, совмещенные с другими измерительными приборами (напр. мультиметром).

Осциллограф также может существовать не только в качестве автономного прибора, но и в виде приставки к компьютеру (подключаемой через какой-либо порт: LPT, COM, USB, вход звуковой карты).

Устройство

Осциллограф с дисплеем на базе ЭЛТ состоит из электронно-лучевой трубки, блока горизонтальной развертки и входного усилителя (для усиления слабых входных сигналов). Также содержатся вспомогательные блоки: блок управления яркости, блок вертикальной развертки, калибратор длительности, калибратор амплитуды.

Современные осциллографы всё в большей степени переходят (как и вся техника визуализации — телевизоры, мониторы и тп.) на отображение информации на экране ЖК-дисплеев.
Передняя панель типичного двухлучевого осциллографа

Экран

Передняя панель типичного двухлучевого осциллографа Схема электронно-лучевой трубки осциллографа: 1 — отклоняющие пластины, 2 — электронная пушка, 3 — пучок электронов, 4 — фокусирующие катушки, 5 — экран

Осциллограф имеет экран A, на котором отображаются графики входных сигналов (у цифровых осциллографов изображение выводится на дисплей (монохромный или цветной) в виде готовой картинки, у аналоговых осциллографов в качестве экрана используется электронно-лучевая трубка с электростатическим отклонением). На экран обычно нанесена разметка в виде координатной сетки.

Сигнальные входы

Осциллографы разделяются на одноканальные и многоканальные (2, 4, 6, и т. д. каналов на входе). Многоканальные осциллографы позволяют одновременно сравнивать сигналы между собой (формы, амплитуды, частоты и пр.)

Управление разверткой

Имеются значительные отличия в аналоговых и цифровых осциллографах. В цифровых осциллографах, строго говоря, не требуется синхронизация, так как при частоте обновления 1 сек и менее изображение на экране вполне читаемо визуально.

Режимы развертки:

  • автоматический;
  • ждущий;
  • автоколебательный;
  • однократный;

Триггер

Если запуск развёртки никак не связан с наблюдаемым сигналом, то изображение на экране будет выглядеть «бегущим» или даже совершенно размазанным. Это происходит потому, что в этом случае осциллограф отображает различные участки наблюдаемого сигнала на одном и том же месте. Для получения стабильного изображения все осциллографы содержат систему, называемую триггер.

Триггер в осциллографе — это устройство, которое задерживает запуск развёртки до тех пор, пока не будут выполнены некоторые условия. Триггер имеет как минимум две настройки:

  • Уровень сигнала: задаёт входное напряжение (в вольтах), при достижении которого запускается развёртка
  • Тип запуска: по фронту или по спаду

Таким образом, триггер запускает развёртку всегда с одного и того же места сигнала, поэтому изображение сигнала на осциллограмме выглядит стабильным и неподвижным (конечно, только при правильных настройках триггера).

Настройка

Для работы с осциллографом предварительно необходимо произвести калибровку его канала (каналов). Калибровка производится после прогрева прибора (примерно минут 5). Калибратор встроен в большинство осциллографов. Для калибровки высокочастотных моделей желательно иметь шнур с двумя разъемами (на выход калибратора и на вход осциллографа) иначе возможны искажения сигнала. Для низкочастотных моделей возможно просто коснуться щупом выхода калибратора. Далее ручку вольт/дел. ставится так, чтобы сигнал калибратора занимал 2—4 деления на экране (то есть, если калибратор 1 вольт,- то на 250 милливольт). После этого канал включается на переменное напряжение и на экране появится сигнал. Далее, в зависимости от частоты калибратора, ручка развертки ставится в положение при котором видно не менее 5—7 периодов сигнала. Для частоты 1 килогерц частота развертки при которой каждый период занимает одно деление экрана равен 1 мс (одна миллисекунда). Далее необходимо убедиться, чтобы сигнал на протяжении этих 5-7 периодов попадал точно по делениям экрана. Для аналоговых осциллографов нормируется как правило ±4 деления от центра экрана, то есть на протяжении восьми делений должен совпадать точно. Если не совпадает, следует поворачивать ручку плавного изменения развертки добиваясь совпадения. Заодно проверяется амплитуда (размах) сигнала — она должна совпадать с тем, что написано на калибраторе. Если не совпадает, то необходимо добиться совпадения, поворачивая ручку плавного изменения чувствительности вольт/дел. Необходимо помнить, что если установлена чувствительность канала в 250 милливольт, то сигнал в 1 вольт занимает при правильной настройке 4 деления. После калибровки прибор будет показывать сигнал точно. Теперь можно не только смотреть, но и измерять сигналы.

История

Первый осциллограф был изобретён французским физиком Андре Блонделем в 1893 году.

Интересные факты

См. также

Примечания

Ссылки

Литература

  • Р. Г. Карпов, Н. Р. Карпов Электрорадио измерения М.: «Высшая школа», 1978

Основные характеристики современных осциллографов

Основные характеристики современных осциллографов

А.А. Дедюхин, ЗАО «ПриСТ»

Введение

После прочтения статьи «Основные характеристики современных осциллографов» в Электронных компонентах № 11 за 2004 г. #bibliografy class=l>[1] (здесь и далее квадратными скобками обозначается сноска на соотвествующий источник из списка литературы в конце статьи) создается впечатление, что недомолвки и ввод в заблуждение массовой аудитории стал одним из основных средств продвижения собственных идей. Все вроде бы хорошо расписано и правильно, но ощущение такое, что после должны быть части 2, 3 и т.д. - но в конце стоит список литературы и ничего про «продолжение следует…». Краткий и единственный вывод из описанного в «Основные характеристики современных осциллографов» – у цифрового осциллографа есть всего две основных характеристики:

  • полоса пропускания
  • частота дискретизации.

Простите, но с этим согласиться невозможно, поскольку это не так.

Итак следуя по #bibliografy class=l>[1], лозунг «Основные характеристики современных осциллографов» через абзац трансформировался в «Основные характеристики современных ЦИФРОВЫХ осциллографов» (выделено автором). Если учесть, что существует три типа осциллографов – аналоговые, цифровые и аналогово-цифровые (а не только цифровые), и предназначены они для отображения сигналов в декартовой система координат, где по оси Х находится время развертки, а по оси Y находится амплитуда входного сигнала (измерение фигур Лисажу или режим X- Y выделим отдельно), то получаем, что любой осциллограф, прежде всего, имеет два основных параметра и эти параметры связанны с измерением напряжения и времени.

Но если следовать логике, расписанной в #bibliografy class=l>[1], и принимая в учет, что у аналогового осциллографа нет частоты дискретизации, то, соответственно получим, что у аналогового осциллографа есть всего одни основной параметр – это полоса пропускания. Какая-то нелепость получается. Если пользователь оценивает осциллограф как средство измерения, способное достоверно определять физически величины – то есть несколько иной набор характеристик, нежели указанный в #bibliografy class=l>[1]. Если пользователь относится к осциллографу как к монитору, предназначенному для отображения картинки – то тут перечень параметров, действительно, может быть и таким.

Если уже быть предельно корректным, то все параметры осциллографа, как средства измерения, делятся на две группы:

  • Основные параметры.
  • Дополнительные параметры.

К основными параметрам относятся:

  • Значения коэффициентов отклонения, погрешность коэффициента отклонения или связанная с ним погрешность измерения напряжения.
  • Значения коэффициентов развертки, погрешность коэффициента развертки или связанная с ним погрешность измерения временных интервалов.
  • Параметры переходной характеристики (ПХ), включая:
    • время нарастания;
    • выброс;
    • неравномерность;
    • время установления.
  • Параметры входа канала вертикального отклонения, включая:
    • активное входное сопротивление;
    • входная емкость;
    • КСВН;
    • допускаемое суммарное значение постоянного и переменного напряжения.
  • Параметры синхронизации, включая:
    • диапазон частот;
    • предельные уровни;
    • нестабильность.

К дополнительным параметрам относятся:

  • Параметры АЧХ, включая:
    • полоса пропускания;
    • нормальный диапазон частот;
    • расширенный диапазон частот;
    • опорная частота.
  • Коэффициент развязки между каналами.

Для цифровых осциллографов к дополнительным параметрам можно отнести:

  • Частота дискретизации.
  • Длина внутре

Пара слов об осциллографах | Электроника для всех

Хотел бы сказать пару слов о различии цифрового осциллографа от аналогового, а также ряд особенностей на которые бы стоило обращать внимание. Конечно, для начала хватит и аналогового, надолго хватит, но последнее время появилось множество осциллографических приставок по вполне вменяемым ценам — от 6тыр. Да и за 15тыр можно взять простенький цифровой осциллограф. Возникает дилемма — аналоговый или цифровой.

Аналоговый хорош тем, что во первых не слишком дорогой, а во вторых не искажает сигнал. То есть там не бывает цифровых шумов и лесенок при обработке быстрых сигналов. По аналоговому осциллографу гораздо приятней разглядывать форму сигнала, она будет ближе к естественной. Это один из главных козырей аналога.

В чем же главная фишка цифрового осцилла?
Во-первых, это очевидно, что раз сигнал цифровой, то мы можем его обрабатывать как угодно. Записывать и останавливать. Сравнивать записанное с текущим сигналом и прочие приятные вещи.

Но я же ценю цифровые осциллографы не за возможность записи, на самом деле этой функцией я пользовался только несколько раз и то по приколу. Главный рулез это куча вариантов запуска.

Как запускается развертка аналогового осциллографа? По совпадению уровня. То есть достиг сигнал уровня — стартует развертка и период сигнала отражается на экране. Много тут не наловить. Попробуй, например, поймать UART пачку, у него биты разных байтов могут быть смещены относительно друг друга. И на каждом фронте произойдет сработка триггера, что вызовет пляску картинки на экране. То есть понять, что что то передается мы сможем, а вот прочитать что именно передается уже нет.
На цифровом осциле же можно в пару тычков задать зону нечувствительности синхронизации, чтобы после старта некоторое время осцил не воспринимал сигнал и не реагировал на условие. Это позволяет ловить сигнал хитрой формы. Вроде посылок UART или амплитудно модулированного сигнала. Можно задать задержку запуска. То есть вначале условие, а потом, спустя время тупняка, включается развертка и мы ловим сигнал.
Есть даже такие хитрые условия старта, как по скорости нарастания или спада сигнала, по длине импульса, по определенной комбинации. Что позволяет ловить например, конкретно старт бит какой-нибудь I2C посылки.

Отдельно стоит сказать про одиночный запуск. На аналоговом осциллографе это не возможно, так как люминофор после прохождения луча гаснет быстро (про спецосциллографы с долгим послесвечением не говорим, это все же экзотика) и мы можем нормально углядеть только периодические сигналы. А на цифре же таких проблем нет — щелк и поймали один период. Идеально для отладки всяких протоколов. Например, мне потребовался один единственный прогон программы, чтобы понять что моя микросхема часов не отвечает на свой адрес и начать уже рыть в другом направлении.

Еще одной фичей цифровых осциллографов является математическая обработка сигналов. Можно, например, проводить на лету преобразование Фурье, раскладывая сигнал на гармоники. Складывать и вычитать сигналы на разных каналах, перемножать их (впрочем, это умеют делать и некоторые аналоговые).

Курсорные измерения это также эксклюзивная фишка цифровых осциллографов. Суть в том, что нам уже не нужно прикидывать на глазок по сетке координат величины сигнала или длительности — навел курсор и он тебе показал напряжение, или время между двумя точками. Над курсорными показаниями также можно выполнять математические действия, например вычесть одно из другого. Также можно выводить на экран сразу кучу показаний. Я обычно среднее напряжение и частоту вывожу на экран.

О рулезах рассказал, надо упомянуть и скоростных параметрах.

Частота выборки:
Главнейшим скоростным параметром любого цифрового осциллографа является частота выборки. Она же частота дискретизации. Измеряется в сэмплах в секунду (обычно в мегасэмплах, но не суть). И вот тут начинаются приколы. Особенно если рассматриваются дешевые цифровые осциллы или комповые приставки.
Представим себе синусоидальный сигнал. Сколько надо точек чтобы его изобразить? Очевидно, что хорошо бы не менее шести точек на период. И то, если сигнал более сложной формы, то мы можем потерять кучу деталей, например какие нибудь искажения этой синусоиды. Для отлова фронтов прямоугольного импульса надо еще больше точек. В общем, для адекватной оцифровки формы частота выборки должна быть в порядок выше частоты пропускания. То есть, если осциллограф на 40Мгц, то частота выборки должна быть где то в районе 400MSa/s. Вот тут то большая часть приставок и сливаются — у них частота выборки обычно совпадает с пропускной, а значит заявленную пропускную можно смело снижать в 10 раз — так как там уже показометр получается.

Есть еще один хитрый трюк, позволяющий резко повысить частоту дискретизации — эквивалентная дискретизация. Она может быть заявлена чудовищной. Но это как «китайские ватты» — бесплатного сыра не бывает. Эквивалентная дискретизация работает только на периодических сигналах. То есть для построения формы сигнал сначала очень много раз считывается, при этом снимаются точки в разных местах — периоды то одинаковые как близнецы братья. И по этой прорве данных строится график. Так что если вы видите подозрительно высокую частоту, то уточните не эквивалентная ли она.

Разрешение
Это то сколько уровней отсчета по напряжению может нарисовать на своем экране осцилл. Обычно это 8 бит. Вполне хватает.

Обьем памяти
Еще один важный параметр. Показывает как долго осциллограф может записывать инфу. Память тут редко измеряется мегабайтами. Точнее есть осциллографы с очень большим обьемом памяти, но стоят они как хорошая квартира. Обычный обьем — 256…1024Кб при современных ценах на память выглядит страшно. Не иначе гадкие козни маркетологов.

Защита входов
Это больше касается разнокалиберных приставок. У стационарных осциллографов обычно защита входа до 400Вольт — это стандарт. А вот у приставок может быть гораздо меньше. И хорошо еще если будет потенциальное разделение осциллограф — комп. Иначе пробой высокого напряжения угробит не только осциллограф, но и компьютер. А это не самая радостная перспектива. Этот вариант надо прощупать заранее, пока не стало слишком поздно. Отмазки вроде — «да я не буду ничего высоковольтного щупать» тут не особо катят. Можно, банально, по ошибке ткнуть не туда или на конденсатор заряженный выше предела залезть. И все. Привет осциллограф, а может и мать. В общем, зырьте в оба когда будете выбирать.  Но, если бы мне, имея 10-15тыр на руках, пришлось выбирать брать аналоговый осциллограф или цифровую приставку — я бы взял цифровую приставку.

Ссылка по теме:
Использование осциллографа
Цифровой осциллограф RIGOl DS1042CD

Осциллограф

Программный осциллограф, созданный для просмотра музыки. Перетащите аудиофайл в приложение и наблюдайте за формами волны.

Загрузки

  • Windows 1.0.8 (23 января 2017 г.)
  • Mac OS X 1.0.8 (23 января 2017 г.)
  • Linux 1.0.3-предварительная версия; выбор устройства не работает (5 марта 2016 г.)
  • Источник
Новая версия особо не тестируется.Если возникнут проблемы, попробуйте предыдущий выпуск: Осциллограф Webring

Как использовать

После запуска осциллографа приветственное сообщение уже загружено, нажмите ▶ ︎ play, чтобы убедиться, что ваша настройка звука работает. Если это не так, откройте настройки disable и отключите параметр «Использовать системные значения по умолчанию». Затем выберите аудиовыход, который хотите использовать.

Чтобы открыть файлы, вы можете щелкнуть значок папки или перетащить файл из Explorer / Finder / Nautilus / ... в приложение.

Клавиша Действие
Пробел Воспроизведение / пауза
f Полноэкранный режим
Вкладка Скрыть интерфейс
e Экспорт в последовательность изображений (по умолчанию до 1920x1080 @ 60 кадров в секунду, отредактируйте настройки.txt для настройки)

Функции

  • с 1.0.8 3D (бок о бок и анаглиф) при воспроизведении 4-канальных файлов
  • , начиная с 1.0.7 Аудиофайлы Time Stretch
  • , начиная с версии 1.0.6 Стерео микрофонный вход
  • , начиная с 1.0.5 Поддерживаемые платформы: Windows и Mac OS X (32-разрядная версия)
  • с 1.0.5 Экспорт последовательности изображений
  • начиная с 1.0.1 Поддерживаются Wav, Flac, Mp3 и несколько других файлов (через ffmpeg / libavcodec)
  • с 1.0.0 Внешний вид очень близок к аналоговому осциллографу

Известные проблемы

Спасибо. Спасибо!

Лицензия / Исходный код

  • Вы можете найти домашнюю страницу проекта и исходный код в свободном доступе на github. Сам код выпущен под лицензией MIT.
  • На основе Openframeworks, библиотеки творческого кодирования для C ++. Большая его часть лицензирована как MIT / BSD.
  • Использует FFmpeg для декодирования аудиофайлов.FFmpeg под лицензией gpl / lgpl 2.1. Включенные здесь совместно используемые библиотеки были скомпилированы в соответствии с lgpl. Копию LGPL вместе с инструкциями по компиляции библиотеки для каждой платформы можно найти в папке docs / ffmpeg . это часть файлов выпуска. В качестве альтернативы (или если файлы были включены не случайно) вы можете найти онлайн-версии инструкций по компиляции и LGPL как часть проекта ofxAvCodec.

Форум / Вопросы

Пожалуйста, включите JavaScript, чтобы просматривать комментарии от Disqus.

Это программное обеспечение использует код FFmpeg под лицензией LGPLv2.1, и его исходный код можно скачать здесь / здесь.

.Виртуальный осциллограф

| Academo.org - Бесплатное интерактивное обучение.


Осциллограф - полезный инструмент для всех, кто работает с электрическими сигналами, поскольку он обеспечивает визуальное представление формы сигнала или формы волны. Это позволяет вам измерять свойства волны, такие как амплитуда или частота.

Первоначальный сигнал выше представляет собой синусоидальную волну 200 Гц с амплитудой 5 вольт. Частоту этой волны можно настроить с помощью ползунка «Входная частота волны».(Вы также можете выбрать отображение прямоугольной волны.)

Если вы просматриваете страницы с помощью последней версии Google Chrome, в раскрывающемся списке ввода можно выбрать «живой ввод». Это будет принимать данные с любого микрофона, подключенного к вашему компьютеру, и отображать аудиоданные в реальном времени. (Различные микрофоны посылают на компьютер разное напряжение, поэтому для единообразия мы нормализовали входной сигнал, поэтому необработанный входной сигнал всегда будет ограничен где-то между -5 и +5 вольт.)

Поскольку осциллографы бывают самых разнообразных форм, амплитуд и частот, осциллографы должны иметь ряд элементов управления для настройки отображения формы сигнала, чтобы она могла удобно поместиться в окне просмотра.

Freeze live input
Этот флажок фиксирует входной сигнал, позволяя эффективно делать снимок того, что отображается на осциллографе в данный момент времени. Это особенно полезно потому что вы все еще можете регулировать развертку времени и настройку вольт на деление. Попробуйте свистеть и заморозить ввод. Настройка временной развертки по удобной шкале позволяет рассчитать частоту свистка путем подсчета периода одной полной формы волны.

Усиление осциллографа
Это число, на которое умножается входящий сигнал.Коэффициент усиления 1 не будет иметь никакого эффекта, коэффициент усиления меньше 1 сделает сигнал меньше, а коэффициент усиления больше 1 сделает его больше.

секунд / дел.
Этот элемент управления позволяет регулировать продолжительность времени, которое представляет каждый квадрат сетки. При первой загрузке осциллографа этот параметр устанавливается на 1 мс и отображает одну полную форму сигнала на 4 квадратах. Это означает, что период волны составляет 4 мс, или 0,004 с, что дает частоту (1 / 0,004) = 250 Гц. Если вы измените развертку на 500 мкс (половину от того, с чего она началась), вы должны увидеть, что форма волны теперь занимает 8 квадратов для завершения одного полного колебания.Период (и, следовательно, частота) остается постоянным, потому что 8 умноженных на 500 мкс все еще равны 0,004 с.

вольт / дел.
Эта настройка очень похожа на настройку временной развертки, описанную выше, но вместо того, чтобы растягивать волну по оси x, она включает в себя растяжение по оси y. Синусоидальная волна имеет амплитуду 5 В, что означает, что когда вольт / дел установлено на 5, форма волны достигает вершины первого квадрата. Если бы вы изменили настройку на 10 вольт / дел, форма волны теперь достигает только половины квадрата.

Смещение по горизонтали и вертикали
Эти два ползунка позволяют регулировать положение кривой осциллографа на сетке. Они особенно полезны для выравнивания частей формы волны с линиями сетки (это может упростить подсчет квадратов, например, при определении длины волны).

Если вы хотите встроить осциллограф на свой веб-сайт, скопируйте и вставьте следующий HTML-код на свою веб-страницу.

Пожалуйста, включите JavaScript, чтобы просматривать комментарии от Disqus..

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о