Принцип действия осциллографа. Как работает осциллограф: принцип действия, устройство и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как устроен осциллограф и на каком принципе он работает. Для чего используют осциллографы. Какие бывают типы осциллографов. Как правильно пользоваться осциллографом при проведении измерений.

Содержание

Что такое осциллограф и для чего он нужен

Осциллограф — это электронный измерительный прибор, предназначенный для визуального наблюдения и измерения параметров электрических сигналов, изменяющихся во времени. Он позволяет «увидеть» форму электрического сигнала, отображая его в виде графика зависимости напряжения от времени на экране.

Основные задачи, которые позволяет решать осциллограф:

Наблюдение формы сигналов
Измерение амплитуды, частоты, периода сигналов
Определение временных характеристик импульсов
Сравнение нескольких сигналов между собой
Анализ искажений и помех в сигналах
Исследование переходных процессов

Осциллографы широко применяются при разработке, производстве и ремонте электронной аппаратуры, в научных исследованиях, медицине и других областях техники, где требуется анализ электрических сигналов.

Принцип действия осциллографа

Принцип работы осциллографа основан на управлении электронным лучом, который рисует график сигнала на экране. Рассмотрим основные этапы формирования изображения в осциллографе:

Входной сигнал поступает на усилитель вертикального отклонения
Усиленный сигнал подается на пластины вертикального отклонения электронно-лучевой трубки
Генератор развертки создает линейно нарастающее напряжение для горизонтального отклонения луча
Электронный луч перемещается по экрану, прорисовывая форму сигнала
Люминофорное покрытие экрана светится в местах попадания электронов, формируя видимое изображение

Таким образом, вертикальное отклонение луча пропорционально амплитуде входного сигнала, а горизонтальное — времени. В результате на экране формируется график зависимости напряжения сигнала от времени.

Основные узлы осциллографа

Типовой осциллограф включает следующие основные функциональные блоки:

Электронно-лучевая трубка — формирует изображение сигнала на экране
Усилитель вертикального отклонения — усиливает входной сигнал
Усилитель горизонтального отклонения — управляет разверткой луча по горизонтали
Генератор развертки — создает линейно нарастающее напряжение для горизонтальной развертки
Схема синхронизации — обеспечивает устойчивое изображение периодических сигналов
Блок питания — формирует необходимые напряжения для работы всех узлов

Взаимодействие этих блоков обеспечивает формирование на экране осциллографа наглядного изображения исследуемого сигнала.

Как пользоваться осциллографом

Чтобы правильно использовать осциллограф для измерений, необходимо выполнить следующие основные действия:

Подключить исследуемый сигнал к входу осциллографа через измерительный щуп
Настроить чувствительность по вертикали ручкой «Вольт/деление»
Установить скорость развертки ручкой «Время/деление»
Настроить синхронизацию для получения устойчивого изображения
При необходимости включить режим «Автоматическое измерение» для определения параметров сигнала

Регулируя масштаб по вертикали и горизонтали, нужно добиться оптимального отображения сигнала на экране. Это позволит точно измерить амплитуду, период и другие характеристики.

Виды осциллографов

По принципу действия осциллографы делятся на следующие основные типы:

Аналоговые осциллографы

Используют электронно-лучевую трубку для непосредственного отображения входного сигнала. Отличаются высоким быстродействием, но имеют ограниченные функциональные возможности.

Цифровые осциллографы

Преобразуют входной сигнал в цифровую форму и отображают его на жидкокристаллическом экране. Обладают широкими возможностями по обработке и анализу сигналов.

Виртуальные осциллографы

Представляют собой программно-аппаратные комплексы на базе персонального компьютера. Используют АЦП для оцифровки сигнала и специальное ПО для его отображения и анализа.

Области применения осциллографов

Благодаря своим возможностям осциллографы нашли широкое применение в различных областях:

Разработка и отладка электронных устройств
Ремонт и диагностика электрооборудования
Научные исследования в области физики и электроники
Медицинская диагностика (электрокардиография и др.)
Измерения в телекоммуникационных системах
Автомобильная электроника
Учебный процесс в вузах и колледжах

Осциллографы позволяют наглядно изучать электрические процессы и являются незаменимым инструментом для специалистов, работающих с электронной аппаратурой.

Современные тенденции в развитии осциллографов

Основные направления совершенствования осциллографов на сегодняшний день:

Повышение частоты дискретизации и полосы пропускания
Увеличение объема памяти для захвата длинных сигналов
Расширение функций автоматического анализа сигналов
Улучшение пользовательского интерфейса
Добавление беспроводных интерфейсов и облачных сервисов
Уменьшение габаритов и повышение портативности

Современные цифровые осциллографы превращаются в мощные измерительные комплексы с широкими возможностями по обработке и анализу сигналов. При этом они становятся все более компактными и удобными в использовании.

Принцип действия электронного осциллографа

Электронный осциллограф используют для исследования быстропеременных периодических процессов. Например, с помощью осциллографа можно измерить силу тока и напряжение, рассмотреть их изменение во времени. Можно измерять и сравнивать частоты и амплитуды различных переменных напряжений. Кроме того, осциллограф при применении соответствующих преобразователей позволяет исследовать неэлектрические процессы, например, измерять малые промежутки времени, периоды колебаний и т. д. Достоинствами электроннолучевого осциллографа является его высокая чувствительность и безинерционность действия, что позволяет исследовать процессы, длительность которых порядка 10

–6  10^–8 с.

Основным элементом электронного осциллографа является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Схематическое устройство такой трубки показано на рис. 3. Электронно-лучевая трубка состоит из ряда металлических электродов, помещенных в стеклянный баллон. Из баллона выкачан воздух до давления порядка 10^–6 мм рт. ст. На передней части баллона нанесен тонкий слой флуоресцирующего. Под воздействием электронного луча флуоресцирующий экран (8) начинает светиться.

Рассмотрим электроды электронно-лучевой трубки в порядке их следования. Нить накала (1), по которой идет переменный ток, разогревает катод (2). Из катода, вследствие термоэлектронной эмиссии, вылетают электроны.

Термоэлектронная эмиссия — это явление испускания электронов нагретыми телами.

За катодом расположен управляющий электрод (3) в виде сетки или цилиндра с отверстиями. Работа его аналогична работе управляющей сетки в электронной лампе. При изменении потенциала управляющего электрода относительно катода изменяется интенсивность электронного потока, тем самым проводится изменение яркости светового пятна на экране трубки.

Первый и второй аноды (4 и 5), в виде цилиндров с диафрагмами, обеспечивают необходимую скорость движения электронов и создают электрическое поле определенной конфигурации, фокусирующее электронный поток в узкий пучок (луч).

Затем сфокусированный электронный луч проходит между двумя парами взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин. При разных потенциалах на одной из пар отклоняющих пластин луч отклоняется в сторону пластины с большим потенциалом. Отклонение луча пропорционально приложенному напряжению. Вертикальные пластины (7) обеспечивают горизонтальное перемещение электронного луча по экрану, а горизонтальные (6) дают вертикальное перемещение луча.

1 — нить накала, 2 — катод, 3 — управляющий электрод, 4 — первый анод, 5 — второй анод, 6- пластины вертикального отклонения, 7 — пластины горизонтального отклонения, 8 — флуоресцирующий экран

Блок-схема осциллографа представлена на рис.4. Осциллограф состоит из электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), генератора напряжения развертки и двух усилителей. Один из усилителей, предназначенный для усиления исследуемого напряжения, обычно называют вертикальным усилителем, так как напряжение с него подается на горизонтально расположенные пластины электронно-лучевой трубки, которые обеспечивали вертикальное отклонение луча по экрану.

Напряжение от второго усилителя подается на вертикальные пластины, обеспечивающие горизонтальное перемещение луча. Этот усилитель называется горизонтальным. Напряжение генератора развертки подается на пластины через горизонтальный усилитель.

Для исследования характера изменения электрических сигналов во времени используют специально вмонтированное в осциллограф устройство, называемое генератором развертки. Этот генератор вырабатывает пилообразное напряжение (рис.4), которое за время линейно нарастает от нуля до максимального значения, а затем за очень малое времяпадает до нуля. Частоту пилообразного напряжения можно изменять с помощью рукоятки «

частота развертки«. Пилообразное напряжение подается обычно на вертикальные пластины. При этом луч откланяется по горизонтали на величину пропорциональную значению пилообразного напряжения в данный момент. Так как это напряжение линейно возрастает со временем, то по горизонтали луч движется равномерно, что соответствует ходу времени, и, значит, смещение луча по горизонтали пропорционально времени.

Поэтому при включенном генераторе развертки горизонталь считают осью времени.

При малых частотах развертки можно увидеть поступательное равномерное движение точки по горизонтали. Если частота развертки большая, то на экране видна только горизонтальная линия. Это происходит в силу инерции зрительного восприятия и послесвечения трубки, т.е. зрительно при больших частотах мы не успеваем отметить последовательное перемещение луча по экрану слева направо при увеличении напряжения

. От нуля до максимума и почти мгновенное возвращения луча в исходное положение. На каждом следующем «зубце пилы» луч движется по одному и тому же следу слева направо по горизонтали и обратно, и повторяется это с частотой равной частоте развертки.

Чтобы увидеть, как меняется со временем исследуемое напряжение, надо одновременно подать на»Вход х» напряжение развертки, а на «Вход у» исследуемый сигнал . Пусть к моменту времениисследуемый сигнал достигает значения, а напряжение развертки значения. Луч, участвуя одновременно в двух взаимно перпендикулярных движениях: по горизонтали (под действием напряжения развертки) и по вертикали (под действием исследуемого напряжения), переместится в точку(рис.5). Если исследуемое напряжение меняется по гармоническому закону и его период совпадает с периодом развертки , то в течение временина экране луч «выпишет» один период синусоиды. На каждом следующем зубце пилы при достижении напряжением значений,,и т.д. электронный луч будет попадать соответственно в те же точки,,и т.д. синусоиды, что и на первом «зубце».

Изображение на экране осциллографа будет неподвижным, если период развертки равен или в целое число раз больше периода исследуемого сигнала. При невыполнении этого условия (часто случающегося из-за нестабильности частоты генератора развертки) изображение будет «плыть» по экрану.

Для измерения периода надо на горизонтальные пластины подать исследуемое напряжение и включить генератор развертки «Вход х«, подающий пилообразное напряжение на вертикальные пластины. Вращая ручку «генератор развертки«, получить на экране устойчивую картину – синусоиду. Посчитать количество клеток периода синусоиды и, помножив на цену деления генератора развертки, получить период колебаний.

Принцип действия цифрового осциллографа — Осциллографы

Цифровой осциллограф — это конструктивное объединение аналогового осциллографа и электронно-вычислительной машины. С его помощью можно не только отображать характеристику напряжения в реальном времени, но и выполнять различные математические операции: складывать и вычитать сигналы в разных каналах, растягивать во времени фрагменты записанного в память сигнала, определять частотный спектр сигнала путём применения быстрого преобразования Фурье и прочее.

Входной сигнал u(t) проходит через масштабирующее устройство (усилитель и делитель напряжения) и попадает в аналогово-цифровой преобразователь. Задача этого звена – это заменить полученную зависимость дискретной последовательностью кодовых слов Ni (мгновенных значений ui этого напряжения). Полученное кодовое слово записывается оперативным запоминающим устройством, при этом, все предыдущие записанные отсчёты сдвигаются на одну ячейку (регистр сдвига), а самый первый N1 исчезает, как бы «выталкивается». Если ОЗУ состоит из М ячеек, то в нём, постоянно обновляясь, содержится М последних, «свежих», кодовых слов. Так продолжается до тех пор, пока не будет выполнено некое заданное условие, например, когда какое-либо ui впервые превысит заданный оператором уровень. После этого, содержимое некоторого количества ячеек ОЗУ переписывается в запоминающее устройство, где каждой ячейке соответствует точка на экране, отличающаяся от фона. Координата Х определяется номером ячейки, а координата Y кодовым словом Ni, которое находится в этой ячейке.

В отличие от аналоговых осциллографов, цифровые осциллографы, позволяют запоминать в оперативном запоминающем устройстве много кодовых слов, а потом «вытягивать» их порциями, соответствующими ширине экрана.

Также ещё одно принципиальное отличие от аналоговых осциллографов состоит в том, что на цифровом осциллографе можно видеть предысторию сигнала, до появления импульса запуска, это называют «предварительным запуском». Кодовые слова переписываются из оперативного запоминающего устройство в запоминающее устройство так, что в момент появления импульса запуска первой ячейкой запоминающего устройства будет та, что даёт точку на вертикальной линии, проходящей через центр экрана, последующие точки располагаются направо от неё, предыдущие – налево. Положение первой ячейки можно смещать влево или вправо от центра и тем самым соответственно уменьшать или увеличивать видимый интервал предыстории.

Частоту дискретизации (частоту «выборок») можно изменять в широких пределах, что соответствует изменению масштаба по горизонтали и аналогично изменению скорости развёртки в аналоговых осциллографах.

Для изменения масштаба по вертикали, как и в аналоговых осциллографах, можно изменять коэффициенты усиления или деления соответственно входного усилителя или делителя напряжения.

Благодаря выше изложенным преимуществам цифровые осциллографы заняли прочные позиции в производстве контрольно – измерительных приборов и почти вытеснили из рынка аналоговые осциллографы. По данным компании Frost & Sullivan, доля продаж цифровых осциллографов на мировом рынке в 2007 году составляла 87,4%, в то время как для аналоговых приборов названа цифра 2,8%. На сегодняшний день в мире существует немало фирм, которые занимаются разработкой цифровых осциллографов достаточно давно и предлагают хорошую, сертифицированную, многофункциональную продукцию. Но с потребительской точки зрения весомым недостатком этих проборов является достаточно высокая их стоимость. В этом ракурсе вопроса потенциальные покупатели обращают внимание на, возможно, менее известные бренды, которые, тем не менее, могут предложить хорошее качество. Например, не так давно на мировой рынок вышла китайская компания по производству контрольно-измерительных приборов RIGOL. Именно эта компания, благодаря размещению в мировой зоне с низкими затратами на производство и хорошим идеям по поводу решения конструкторских задач, предлагает потребителям бюджетные цифровые осциллографы с отличным соотношением цена-качество.

Например, бюджетная серия RIGOL DS1000 цифровых запоминающих осциллографов предоставляет исключительные возможности для наблюдения и измерений параметров формы сигнала. Приборы серии компактны и легки. Осциллографы этой серии идеально подходят для: испытаний продукции, исследований и разработки, любых проверок и выявления неисправностей в аналоговых/цифровых схемах, а также для процесса обучения и практики.

Как работают осциллографы. Объясните, что Stuff

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 29 апреля 2022 г.

Вспышка… вспышка… вспышка… вспышка… ууууууууууууу… медсестра, она разбилась… весла!» Никакая телевизионная больничная драма не быть полным без вида и звука кардиомонитора у постели больного. Мы все смотрели на эти ярко освещенные следы прыгать вверх и вниз, но задумывались ли вы когда-нибудь, как именно они работают? Кардиомониторы, подобные этому, основаны на своего рода электронном машина для рисования графиков, называемая осциллографом, которая во многом похожа на старомодный телевизор. Давайте подробнее рассмотрим эти удобные инструменты и узнать, как они работают!

Фото: Взрыв из прошлого! Представьте, что вы пытаетесь построить компактный осциллограф до того, как миниатюрные электронные компоненты были легко доступны. Это была задача, которую ученые из Национального Бюро стандартов и Бюро аэронавтики ВМС США (BuAer) столкнулись еще в 1950-х годах, прежде чем они могли получить в свои руки транзисторы. То, что они придумали, было этой удивительно компактной машиной, субминиатюрным радиолокационным индикаторным осциллографом, который датируется 1954–1956 годами. Фото предоставлено цифровыми коллекциями Национального института стандартов и технологий, Гейтерсбург, Мэриленд, 2089.9.

Содержание

Что такое осциллограф?
Для чего мы можем использовать осциллографы?
Как работает осциллограф
Как пользоваться осциллографом?
Типы осциллографов

CRO и LCD
Подключаемый (USB) осциллограф
Приложения осциллографа

Подробнее

Что такое осциллограф?

Почти наверняка вы рисовали диаграммы в школе и видели их в газеты. Многие из них показывают, как определенное количество чего-либо (например, частота сердечных сокращений, цена акций корпорации или валютный курс страны) меняется со временем: они имеют количество построен в вертикальном направлении (известном как ось Y) и период времени, отложенный в горизонтальном направлении (ось x).

Проблема с такими диаграммами в том, что они могут занять целую вечность. сюжет — если, конечно, вы не осциллограф! Это удобный маленький гаджет, который автоматически рисует графики, используя сигналы, которые вы в него подаете. зонды, подключенные к электронной схеме, научному прибору, или часть медицинского оборудования для наблюдения.

Рисунок: Внизу: типичная диаграмма/график. Это показывает устойчивый рост электронной коммерции в последние годы. Ось X (время) проходит горизонтально по странице; ось Y (доход) проходит вертикально вверх по странице. С любезного разрешения Бюро переписи населения США.

Для чего мы можем использовать осциллографы?

Фото: электрик ВМС США с помощью осциллографа проверяет работу электродвигатель на борту авианосца. Фото Паоло Байаса предоставлено ВМС США и Викисклад.

Мы можем использовать осциллографы для просмотра всех видов сигналов во всех виды способов. Если вы когда-нибудь изучали электронику, вы будете использовать осциллографы для наблюдения за изменением сигналов в цепях с течением времени; ты Также они могут найти неисправность в сломанных телевизорах, радиоприемниках и других устройствах. виды аналогичного оборудования. Щупы на обычном осциллографе позволяют вы пропускаете электрический ток по коаксиальным кабелям, но это не значит, что осциллограф может измерять только электричество. Подключите преобразователь (который преобразует один один вид энергии в другой), и вы можете использовать осциллограф для измерения практически всего. Например, вы можете использовать микрофон (тип преобразователя, который преобразует звуковую энергию в электрический сигнал) для изучения звука сигналы осциллографом; можно использовать термопару (т. преобразователь, преобразующий тепло в электричество) для изучения температуры изменения; или вы можете использовать пьезоэлектрический преобразователь (который генерирует электричество, когда вы сжимаете его) для изучения вибраций, таких как сердцебиение человека.

Одна из действительно полезных вещей в осциллографах — это то, как они превращают невидимые сигналы в то, что мы можем видеть и понимать. Так, например, вы не можете слышать ультразвук — звук выше диапазона человеческого слуха — по определению. Но вы можете увидеть и изучить это очень легко с помощью осциллографа. Точно так же осциллографы предоставляют людям с нарушениями слуха очень полезный способ видеть и изучать звуки. они могут быть не в состоянии оценить другими способами.

Фото: Сделать звук видимым. В качестве звуковых «визуализаторов» можно использовать осциллографы. На самом деле это след от компьютерного визуализатора, в который я загрузил отрывок из Бетховена, но ничто не мешает вам делать подобные вещи с физическим осциллографом, подключенным к hi-fi (или приложению на вашем телефоне). .

Как работает осциллограф

Традиционный осциллограф работает почти так же, как традиционный (с электронно-лучевой трубкой) телевизор; действительно, вы иногда увидите осциллографы, называемые электронно-лучевыми осциллографами или CRO. В телевизоре, электронные лучи сканируют назад и вперед по экрану с покрытием на обратной стороне специальными химическими веществами, называемыми люминофорами. Каждый раз, когда луч попадает на экран, он заставляет люминофоры загораться. За меньшее время чем нужно моргнуть, электронные лучи проносятся по весь экран и создать изображение, которое вы можете видеть. Затем они делают это все сначала. И снова. И снова. Итак, вы видите движущуюся картинку вместо неподвижного. (Взгляните на нашу телевизионную статью, чтобы найти диаграмму, показывающую как все это работает на практике.) В осциллографе электрон лучи работают так же, но вместо того, чтобы строить картинку, они рисуют график. Когда вы наблюдаете за линией, рисуемой на экране осциллографа, что вы на самом деле глядя на это электронный луч качается вверх и вниз!

Вот что следует отметить: электрические сигналы, подаваемые на соединения x и y, эффективно станут значениями x и y на экранной диаграмме. Так как есть один к одному соответствие между этими двумя вещами, традиционный осциллограф является аналоговым устройством. (Другой способ посмотреть это означает, что след на экране является аналогом того, что вы изучая или измеряя.)

Фото: Осциллограф рисует кривую (график) некоторой величины (отложенной по оси Y), которая изменяется во времени (отложенной по оси X). Один из распространенных паттернов, который вы увидите, — это плавно волнообразный, змеевидный след вверх и вниз, который называется синусоидальной волной или синусоидальной волной (зеленая верхняя линия). Другим довольно распространенным паттерном является пилообразная волна (синяя ступенчатая кривая, показанная под синусоидой). Это демонстрационный снимок экрана Oscium, подключаемого осциллографа, который воспроизводит некоторые функции традиционного осциллографа на вашем смартфоне или планшете.

Электронные графики

Как на самом деле осциллограф рисует кривую? Представьте, что вы осциллограф! Представьте, что вы держите карандаш в руке в нулевой точке куска. миллиметровой бумаги. Теперь предположим, что ваша рука привязана к двум электродвигатели, один из которых может перемещать его на точное количество по вертикали (y) направлении (то есть вверх и вниз по странице), в то время как другой может переместите его в горизонтальном (x) направлении (поперек страницы от края до края). боковая сторона). Двигатели подключены к электронной схеме, которая может сэмплировать сигналы разных видов.

Для начала предположим, что мы подключить х-контур к электронному кварцу Часы. Каждый раз, когда часы тикают, он посылает сигнал двигателю x, который двигает вашу руку немного вправо. Итак, в течение нескольких секунд ваша рука постепенно перемещается вправо, рисуя по ходу движения горизонтальную линию. Теперь предположим, что мы подключаем Y-контур к какому-то электронному прибор, определяющий сердцебиение человека. Если цепи x и y соединены одновременно, ваша рука будет двигаться по странице, как прежде, но подпрыгивать вертикально вверх каждый раз, когда бьется сердце, рисуя классический след сердцебиения, который вы видите в телевизионных драмах о больницах. Замените карандаш и миллиметровую бумагу электроном луч и экран телевизора, и вы можете точно увидеть, как осциллограф рисует свои следы. Каждый раз, когда сигнал поступает через цепь у, электронный луч подпрыгивает. Все это время сигнал времени делает след перемещается слева направо вдоль горизонтальной оси (x).

Художественное произведение: Как осциллограф рисует синусоиду. 1) Внутри электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) электронная пушка (желтая) выпускает пучок электронов (зеленые точки) на люминофорный экран. 2) При отсутствии сигнала, подключенного к прицелу, схема синхронизации питает катушки электромагнита (синие), которые заставляют электронный луч медленно перемещаться по экрану слева направо (эффективно питая ось X графика). 3) Когда вы подаете волнообразный сигнал (оранжевый) на щупы осциллографа, другая цепь питает перпендикулярную пару катушек (красные), которые заставляют луч перемещаться вверх и вниз. 4) Действуя вместе, катушки заставляют электронные лучи выметать извивающийся вверх-вниз след (синусоиду).

Как пользоваться осциллографом?

Это просто! Вы подключаете сигнал, который хотите изучить, к y-контур и используйте x-контур (иногда называемый временной базой) для изучить, как сигнал меняется во времени. В качестве альтернативы вы можете подключить второй сигнал на схему x, а затем изучить, как y и x сигналы меняются вместе. При включенном и подключенном осциллографе в сигнал, вы увидите след, формирующийся на фоне экранная «миллиметровка» (известная как масштабная сетка, отмечены в квадратах, называемых делениями).

Если кривая слишком мала, чтобы ее можно было правильно увидеть, необходимо отрегулировать калибровка осей x и y — так же, как использование другого размера масштаб, когда вы строите диаграмму на бумаге. Если вы включите Управление временем/делением (часто обозначается как Time/Div или Secs/Div), вы изменяете каждое деление экрана по оси x. поэтому входящему сигналу требуется больше времени для прохождения. Например, если сердцебиение делает пульс каждую секунду, и экран установлен до одной секунды на деление, вы получите импульс, появляющийся на каждом деление (строка) экрана. Если вы повернете кнопку Time/Division управления, так что он установлен на 0,5 секунды на деление, импульсы будут распространяться, чтобы принять в два раза больше горизонтального пространства (потому что одна секунда времени теперь представлены двумя частями экрана). Вы можете настроить ось Y управление (часто обозначается как Вольт/деление или Вольт/деление) таким же образом. Как правило, идея состоит в том, чтобы растянуть трассировку и заполнить весь экран, чтобы вы могли использовать масштабную сетку для точных измерений.

Типы осциллографов

CRO и LCD

Как мы уже видели, осциллографы первоначально были основаны на электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), которые относительно громоздки, тяжелы, энергоемкий, ненадежный и дорогой. (Вы можете увидеть отличное изображение электронно-лучевой трубки из старого осциллограф на Викискладе.) Так же, как телевизоры с ЭЛТ теперь в значительной степени заменен более удобным ЖК-дисплеем технологии, поэтому многие осциллографы с ЭЛТ были заменены плоскими ЖК-экранами. Вместо того, чтобы использовать движущиеся электронные лучи для рисования следов, LCD осциллографы используют цифровую электронику для рисования трассы вместо этого — эффективно имитировать то, что происходит со старшими технологии. ЖК-осциллографы, как правило, намного дешевле и более компактность: вы можете поместить их даже в кармане!

Фото: Типичный полноразмерный цифровой осциллограф. фото Брайан Рид, любезно предоставленный ВМС США и Викисклад.

В отличие от традиционных осциллографов, использующих полностью аналоговые технология (отображение на экране различных сигналов, которые точно соответствуют сигналам, которые вы в них подаете), ЖК-осциллографы, как правило, цифровые: они используют аналого-цифровые преобразователи для преобразования входящего (аналоговые) сигналы в числовую (цифровую) форму, а затем отображать эти числа на экране вместо этого.

Фото: Цифровые осциллографы намного меньше и более портативны, чем старые аналоговые. Это портативный осциллограф Fluke Scopemeter, используемый для проверки сигналы связи в стойке электронного оборудования сзади. Фото Эндрю Ли предоставлено ВВС США.

Подключаемые (USB) осциллографы

Поскольку на вашем компьютере, планшете или смартфоне уже есть ЭЛТ- или ЖК-дисплей, нет необходимости купить осциллограф больше для случайного использования в качестве хобби. Такие компании, как Cleverscope, продают недорогие сменные осциллографы. (с разъемами USB или эквивалентными выводами для мобильных устройств), которые имитируют схему традиционного осциллографа и отображают кривую на экране вашего ПК или мобильного телефона. Как это удобно! (Вы можете увидеть изображение типичного модуля USB-осциллографа на Wikimedia Commons.)

Приложения для осциллографа

Поищите в своем любимом магазине приложений, и вы найдете немало совпадений по слову «осциллограф», начиная от простого демонстрация трасс сигналов вплоть до полнофункциональных осциллографов, принимающих сигналы от съемных пробников. Основные приложения использовать микрофон как очень грубый источник сигнала. С кабелем USB-адаптера для мобильного телефона и съемным зондом, Ваш мобильный телефон мгновенно превращается в карманный осциллограф! Oscium производит самый известный сменный пробник для осциллографа. iPhone/iPod Touch и Android, и, несомненно, они доступны и у других производителей.

Фото: вот скриншоты двух типичных приложений осциллографа. 1) Очень простое приложение Oscillo (доступно в обычных магазинах приложений) рисует простую кривую амплитуды любого звукового сигнала, поступающего в данный момент через микрофон вашего мобильного устройства. Это отличный способ продемонстрировать детям, как звуки разного тона и высоты создают волны разной формы. Здесь я напеваю один тон в свой мобильный, чтобы создать приблизительную синусоидальную волну, и я могу изменять громкость и высоту тона и наблюдать, что происходит с дорожкой, когда я это делаю. Что произойдет, если я свистну или напеву, или попытаюсь сделать так, чтобы мой голос звучал как труба или флейта? Это отличное введение в осциллографы и гораздо более интересный интерактивный способ изучения волн, чем вы найдете в традиционных научных книгах. 2) Чуть более сложное приложение Sound Oscilloscope (от Дениса Большойдена, для Android) может отображать ту же кривую амплитуды или, альтернативно (как показано здесь), частотную кривую (БПФ) звукового сигнала с вашего микрофона, что добавляет дополнительное измерение. к деятельности.

Узнайте больше

На этом сайте

Электроника
Интегральные схемы
ЖКИ (жидкокристаллические дисплеи)
Телевидение (основная идея электронно-лучевых трубок)

На других сайтах

Учебные пособия

Использование осциллографа: Это простое онлайн-учебное пособие — отличное место для начала, если вы никогда раньше не пользовались осциллографом. [Архивировано с помощью Wayback Machine.]

История и предыстория

История осциллографов в Википедии описывает развитие осциллографов от полуавтоматических машин для построения графиков до современных цифровых осциллографов.
VintageTEK: частично виртуальный, частично реальный музей классических осциллографов Tektronix (и связанных с ними гаджетов) с экспонатами, насчитывающими более полувека.

Книги

Как диагностировать и исправить все электронное, Майкл Гейер. McGraw-Hill, 2015. Включает введение в осциллографы, мультиметры и другие инструменты тестирования.
Осциллографы Яна Хикмана. Newnes/Elsevier, 2001. Базовый учебник, охватывающий ту же тему, что и эта статья, более подробно: что такое осциллографы, для чего они нужны, какие типы и для чего их можно использовать.
Цифровые запоминающие осциллографы Яна Хикмана. Newnes/Elsevier, 1997. Несколько устаревший взгляд на современные осциллографы, но все же заслуживает внимания.
«Как использовать осциллографы и другое контрольно-измерительное оборудование», Р. А. Пенфолд. Бернард Бабани, 1989 г. О современных цифровых осциллографах и их использовании.

Статьи

Trippy Oscilloscope Джеробима Фендерсона Музыка Нила В. Пателя. IEEE Spectrum, 19 февраля 2015 г. Как использовать ЭЛТ-осциллограф в качестве визуализатора старой школы!
Как создать осциллограф для iPad , Джеймс Тернер, IEEE Spectrum, 31 августа 2011 г. и «Осциллограф превращает iPad в серьезный научный инструмент», Брайан Маклафлин, Wired, 8 декабря 2011 г. Два кратких введения в приложение Oscium для iPad.
TI-Nspire и Лиссажу Рисунки Уильяма Ханны, Майкла С. Дэвиса, Кэтлин Линч-Дэвис и Трейси Гудсон Эспи. Учитель математики, Vol. 103, № 8, апрель 2010 г. Если вы изо всех сил пытаетесь преподавать (или узнавать о) Лиссажу цифры с помощью осциллографа, вот альтернативный подход.

Патенты

Патент США: 3,795,834: Осциллограф с режимом отображения внешнего триггера Роланд Эндрюс и Роберт Уайт, Tektronix, Inc. 5 марта 1974 г. Подробное техническое описание типичного аналогового осциллографа начала 1970-х гг.
Патент США: 3,816,815: Цифровой осциллограф и метод хранения и отображения сигналов Уильяма Осбона, Nicolet Instrument Corp. 11 июня 1974 г. Первый цифровой осциллограф, который «преобразовывает поступающие электронные импульсы в двоичные числа и отображает, измеряет и сохраняет их. »
Патент США: 1,934,322: Катодно-лучевой осциллограф Уильяма Осбона, Westinghouse Electric. 7 ноября 1933 г. Ранний проект ЭЛТ-осциллографа.