Осциллограф. Устройство и принцип работы. Органы управления.

Назначение, устройство и описание осциллографа

Если спросить профессионального регулировщика электронной аппаратуры или радиоинженера: «Какой самый главный прибор на вашем рабочем месте?» Ответ будет однозначным: «Конечно, осциллограф!». И это действительно так.

Конечно, невозможно обойтись без мультиметра. Измерить напряжение в контрольных точках схемы, замерить сопротивление и ток, «прозвонить» диод или проверить транзистор все это важно и нужно.

Но когда речь заходит о регулировке и настройке любого электронного устройства от простого телевизора до многоканального передатчика орбитальной станции, то без осциллографа обойтись невозможно.

Осциллограф предназначен для визуального наблюдения и контроля периодических сигналов любой формы: синусоидальной, прямоугольной и треугольной. Благодаря широкому диапазону развёртки он позволяет так развернуть импульс, что можно контролировать даже наносекундные интервалы. Например, измерить время нарастания импульса, а в цифровой аппаратуре это очень важный параметр.

Осциллограф – это своего рода телевизор, который показывает электрические сигналы.

Как работает осциллограф?

Чтобы понять, как работает осциллограф, рассмотрим блок-схему усреднённого прибора. Практически все осциллографы устроены именно так.

На схеме не показаны только два блока питания: высоковольтный источник, который используется для вырабатывания высокого напряжения поступающего на ЭЛТ (электронно-лучевая трубка) и низковольтный, обеспечивающий работу всех узлов прибора. И отсутствует встроенный калибратор

, который служит для настройки осциллографа и подготовки его к работе.

Исследуемый сигнал подаётся на вход «Y» канала вертикального отклонения и попадает на аттенюатор, который представляет собой многопозиционный переключатель, регулирующий чувствительность. Его шкала отградуирована в V/см или V/дел. Имеется в виду одно деление координатной сетки нанесённой на экран ЭЛТ. Там же нанесены сами величины: 0,1 В,10 В, 100 В. Если амплитуда исследуемого сигнала неизвестна, мы устанавливаем минимальную чувствительность, например 100 вольт на деление. Тогда даже сигнал амплитудой 300 вольт не выведет прибор из строя.

В комплект любого осциллографа входят делители 1 : 10 и 1 : 100 они представляют собой цилиндрические или прямоугольные насадки с разъёмами с двух сторон. Выполняют те же функции, что и аттенюатор. Кроме того при работе с короткими импульсами они компенсируют ёмкость коаксиального кабеля. Вот так выглядит внешний делитель от осциллографа С1-94. Как видим, коэффициент деления его составляет 1 : 10.

Благодаря внешнему делителю удаётся расширить возможности прибора, так как при его использовании становится возможным исследование электрических сигналов с амплитудой в сотни вольт.

С выхода входного делителя сигнал поступает на

предварительный усилитель. Здесь он разветвляется и поступает на линию задержки и на переключатель синхронизации. Линия задержки предназначена для компенсации времени срабатывания генератора развёртки с поступлением исследуемого сигнала на усилитель вертикального отклонения. Оконечный усилитель формирует напряжение, подаваемое на пластины «Y» и обеспечивает отклонение луча по вертикали.

Генератор развёртки формирует пилообразное напряжение, которое подаётся на усилитель горизонтального отклонения и на пластины «X» ЭЛТ и обеспечивает горизонтальное отклонение луча. Он имеет переключатель, градуированный как время на деление («Время/дел»), и шкалу времени развёртки в секундах (s), миллисекундах (ms) и микросекундах (μs).

Устройство синхронизации обеспечивает начало запуска генератора развёртки одновременно с возникновением сигнала в начальной точке экрана. В результате на экране осциллографа мы видим изображение импульса развёрнутое во времени. Переключатель синхронизации имеет следующие положения:

• Синхронизация от исследуемого сигнала.

• Синхронизация от сети.

• Синхронизация от внешнего источника.

Первый вариант наиболее удобный и он используется чаще всего.

Осциллограф С1-94.

Кроме сложных и дорогих моделей осциллографов, которые используются при разработке электронной аппаратуры, нашей промышленностью был налажен выпуск малогабаритного осциллографа C1-94 специально для радиолюбителей. Несмотря на невысокую стоимость, он хорошо зарекомендовал себя в работе и обладает всеми функциями дорогого и серьёзного прибора.

В отличие от своих более «навороченных» собратьев, осциллограф С1-94 обладает достаточно небольшими размерами, а также прост в использовании. Рассмотрим его органы управления. Вот лицевая панель осциллографа С1-94.

Справа от экрана сверху вниз.

• Ручка: «Фокус».

  

• Ручка «Яркость».

  

  Этими регуляторами можно настроить фокусировку луча на экране, а также его яркость. В целях продления срока службы ЭЛТ желательно выставлять яркость на минимум, но так, чтобы показания были видны достаточно чётко.

• Кнопка «Сеть». Кнопка включения прибора.

  

• Кнопка установки времени развёртки. Грубое переключение коэффициентов развёртки. Можно установить миллисекунды (ms) и микросекунды (μs). Напомним, что 1 ms = 1000 μs. Подробнее о сокращённой записи численных величин.

  

• Кнопка режима «Ждущ-Авт».

  

  Это кнопка выбора ждущего и автоматического режима развёртки. При работе в ждущем режиме запуск и синхронизация развёртки производится исследуемым сигналом. При автоматическом режиме запуск развёртки происходит без сигнала. Для исследования сигнала чаще используется ждущий режим запуска развёртки.

• Вот этой кнопкой производится выбор полярности запускающего импульса. Можно выбрать запуск от импульса положительной или отрицательной полярности.

  

• Кнопка установки синхронизации «Внутр-Внешн».

  

  Обычно используется внутренняя синхронизация, так как для использования внешнего синхросигнала нужен отдельный источник этого внешнего сигнала. Понятно, что в условиях домашней мастерской это в подавляющем случае не нужно. Вход внешнего синхросигнала на лицевой панели осциллографа выглядит вот так.

  

• Кнопка выбора «Открытого» и «Закрытого» входа.

  

  Тут всё понятно. Если предполагается исследование сигнала с постоянной составляющей, то выбираем «Переменный и постоянный». Этот режим называется «Открытым», так как на канал вертикального отклонения подаётся сигнал, содержащий в своём спектре постоянную составляющую или низкие частоты.

  При этом, стоит учитывать, что при отображении сигнала на экране он уйдёт вверх, так как к амплитуде переменной составляющей добавиться и уровень постоянной составляющей. В большинстве случаев лучше выбирать «закрытый» вход (~). При этом постоянная составляющая электрического сигнала будет отсечена и не отображается на экране.

Клемма «корпус» служит для заземления корпуса прибора. Это делается в целях безопасности. В условиях домашней мастерской порой нет возможности заземлить корпус прибора. Поэтому приходится работать без заземления. При этом важно помнить, что во включенном состоянии на корпусе осциллографа может быть потенциал напряжения. При касании корпуса может «дёрнуть». Особенно опасно дотрагиваться одной рукой до корпуса осциллографа, а другой рукой до батарей отопления или других работающих электроприборов. В таком случае опасный потенциал с корпуса пройдёт через ваше тело («рука» — «рука») и вы получите электрический удар! Поэтому при работе осциллографа без заземления желательно не дотрагиваться до

металлических частей корпуса. Это правило справедливо и для прочих электроприборов с металлическим корпусом.

• По центру лицевой панели переключатель «развёртка» — Время/дел. Именно этот переключатель управляет работой генератора развёртки.

  

• Чуть ниже располагается переключатель входного делителя (аттенюатора) — V/дел. Как уже говорилось, при исследовании сигнала с неизвестной амплитудой, необходимо выставить максимально возможное значение V/дел. Так для осциллографа С1-94 нужно установить переключатель в положение 5 (5V/дел.). В таком случае одна клетка на координатной сетке экрана будет равна 5-ти вольтам. Если ко входу «Y» осциллографа подключить делитель с коэффициентом деления 1 к 10 (1 : 10), то одна клетка будет равна 50-ти вольтам (5V/дел. * 10 = 50V/дел.).

  

Также на панели осциллографа имеются:

• Ручка «Перемещение луча по горизонтали».

  

  Она служит для корректировки положения луча в горизонтальном направлении. Если покрутить данную ручку, то изображение развёртки будет смешатся либо вправо, либо влево.

• Также есть и ручка «Перемещение луча по вертикали».

  

  С помощью её можно отрегулировать положение развёртки на экране по вертикали.

  Ручки «Перемещение луча по горизонтали» и «Перемещение луча по вертикали» служат исключительно для настройки комфортного отображения осциллограммы сигнала на экране. Они никак не влияют на настройку работы самого осциллографа.

• А вот ручка «Уровень синхронизации» необходима для того, чтобы «остановить» осциллограмму сигнала на экране.

  

  Поворотом этой ручки добиваются того, чтобы изображение сигнала «застыло», а не «убегало». Иногда, чтобы поймать изображение с помощью ручки «Уровень» приходится изменить время развёртки переключателем Время/дел.

• Входной разъём «Y» , к которому подключается измерительный щуп или внешний делитель выглядит так.

  

  Внизу указываются параметры входа, а именно входное сопротивление (1 MΩ) и входная ёмкость (40pF). Чем выше входное сопротивление измерительного прибора, тем лучше. Таким образом при измерении прибор не шунтирует элементы тестируемой схемы и не вносит искажений в измеряемый сигнал. Входная ёмкость прежде всего влияет на возможность исследования высокочастотных сигналов.

В настоящее время, с развитием цифровой техники, стали широко внедряться цифровые осциллографы. По сути это гибрид аналоговой и цифровой техники. Отношение к ним неоднозначное, как к мясорубке с процессором или к кофемолке с дисплеем.

Аналоговая аппаратура всегда была надежной и удобной в работе. Кроме того она легко ремонтировалась. Цифровой осциллограф стоит на порядок дороже и очень сложен в ремонте. Плюсов конечно много. Если аналоговый сигнал с помощью АЦП (аналогово-цифрового преобразователя) перевести в цифровую форму, то с ним можно делать всё что угодно. Его можно записать в память и в любой момент вывести на экран для сравнения с другим сигналом, складывать в фазе и противофазе с другими сигналами. Конечно, аналоговая техника это хорошо, но за цифровой электроникой будущее.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Зачем нужен осциллограф | Серния Инжиниринг

Для тестирования электронных схем применяется много приборов, один из которых — осциллограф. Им пользуются и начинающие электронщики, и сервисные центры электроники, разработчики техники. Поэтому важно разобраться, зачем нужен осциллограф и как он классифицируется.

Для чего нужен осциллограф?

Осциллограф — это прибор для измерения амплитудных и временных параметров электрического сигнала. Современные модели устройств способны вычислять параметры сигнала гигагерцевой частоты. С помощью проводов его подключают к проблемному устройству, а затем отслеживают изменение важных характеристик. Если говорить в целом, для чего нужен цифровой или другой осциллограф, то можно выделить следующие пункты:

• определение временных параметров и величины сигнального напряжения;
• вычисление сигнальной частоты;
• наблюдение сдвига фаз, происходящего при прохождении разных участков цепи;
• выяснение постоянной и переменной сигнальных составляющих;
• выявление сигнального искажения, создаваемое одним из участков цепи;
• выяснение соотношения сигнала к шуму;
• определение вида шума (стационарный или нет), его изменений во времени.

По форме сигнала, определенной с помощью измерительного прибора, специалист сможет установить процессы, происходящие в электрической цепи. С помощью измерительного оборудования можно отслеживать сигналы в разных точках схемы, наблюдать их соотношение между собой. К примеру, на входе и выходе усилителя. Можно изучить сигнальные данные на входе и выходе, узнать о форме искажений, вносимых усилителем, оценить изменение амплитуды, задержку по времени.

Как измерительное оборудование работает?

В осциллограф вставляется щуп, который затем соединяется со схемой или входом электрического прибора, напряжение которого необходимо узнать. Если в нем присутствует ток, то он обязательно пойдет через щуп. Попадая в устройство, он обрабатывается. Измерительное оборудование вычисляет его форму, показатели напряжения, частоту, уровень шума и иные параметры, а затем выводит всё на экран.

Если в точке подключения щупа тока нет, то на мониторе будет просто ровная линия. Если присутствует постоянное напряжение, появится линия, направленная вверх или вниз. Если напряжение колеблется, оборудование покажет форму и колебания, дав оператору понять, что происходит внутри схемы и определить проблемный участок электрической цепи.

Какие они бывают?

После того, как мы выяснили зачем нужен аналоговый и любой другой осциллограф, можно перейти к его классификации. Существует 6 основных типов измерительных приборов:

1. Аналоговые. Считаются классическими моделями измерительных устройств. Аналоговый осциллограф — это прибор для измерения средних сигналов. Нижний предел частоты — 10 Гц. Цена такого оборудования намного ниже, чем цифрового, потому оно до сих пор популярно среди начинающих электронщиков. Главный плюс аналоговых моделей — наименьшее искажение наблюдаемого сигнала. В остальном они сильно проигрывают цифровой техники. Основные узлы устройства:
     a. делитель входного сигнала;
     b. схема синхронизации и отклонения горизонтальной плоскости;
     c. лучевая трубка;
     d. блок питания.
2. Цифровые запоминающие. Устройства предлагают больше возможностей по проведению исследований и измерений, поэтому их цена намного выше, чем аналоговых моделей. Анализирующие способности — главное преимущество запоминающих приборов. Задав определенные настройки, можно заставить оборудование записывать данные в цифровом формате сразу после нормализации. Изображение сигнальных данных более устойчивое, а итоговый результат пользователь может отредактировать путем нанесения меток или масштабированием. Примеры цифровых запоминающих осциллографов: TBS1052B Tektronix, TBS1152B-EDU Tektronix, R&S RTC1000. Основные компоненты прибора:
     a. делитель входного сигнала;
     b. усилитель нормализации;
     c. АЦП-преобразователь;
     d. устройства вывода и ввода информации;
     e. запоминающее устройство.
3. Цифровые люминофорные. Приборы этого типа работают на цифровом люминофоре и считаются самыми дорогими среди всех типов осциллографов. Они способны имитировать изменение интенсивности выводимых данных. Это особенность упрощает диагностику отклонений в импульсных блоках. Примеры люминофорных осциллографов: Tektronix MSO DPO2000B, Tektronix DPO70804C, DPO72304SX Tektronix.
4. Цифровые стробоскопические. В этих моделях используется эффект последовательного сигнального стробирования. Используются они для анализа высокочастотных повторяющихся сигналов, частота которых превышает частоту дискретизации устройства. Они осуществляют выборку множества сигнальных точек за несколько последовательных периодов, а затем воссоздают исходную форму волны. Рабочая частота оборудования этого типа превышает 50 Гц. Одной из популярных моделей стробоскопических осциллографов является DSA8300 Tektronix. Отличительная особенность устройства — широкий выбор оптических, электрических модулей для испытаний.
5. Портативные. Измерительные технологии быстро развиваются, поэтому появилось компактное оборудование для проведения исследований сигналов. Плюс таких устройств заключается в низком потреблении электроэнергии и небольших габаритах. Портативное оборудование часто используют в своей работе электронщики. Примеры малогабаритной измерительной техники: серия R&S RTH Scope Rider, серия R&S (HAMEG) HMO Compact.
6. Комбинированные. В эти приборы встроены анализаторы спектра, поэтому они способны не только собирать информацию о поступающем сигнале, но и определить количество гармоник вместе с уровнем. Примеры комбинированного оборудования: MDO3024 Tektronix, MDO3104 Tektronix, MDO4054C Tektronix.

Осциллографы незаменимы при измерении временных и амплитудных параметров электрического сигнала. Современные модели устройств также способны проводить спектральный анализ.

Заявка на осциллограф

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.

Экран

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

Осциллограф Википедия

Аналоговый 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, и наглядно отображаемого (визуализации) непосредственно на экране, либо регистрируемого на фотоленту.

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

Классификация[ | ]

По логике работы и назначению осциллографы можно разделить на три группы^[1]:

• реального времени (аналоговый)
• запоминающий осциллограф (storage oscilloscope)
  • аналоговый (например, с запоминающим устройством на ЭЛТ)
  • цифровой (DSO — digital storage oscilloscope)
• стробирующий осциллограф (sampling oscilloscope)

Осциллографы с непрерывной развёрткой для регистрации кривой на фотоленте (шлейфовый осциллограф).

По количеству лучей: однолучевые, двулучевые и т. д. Количество лучей может достигать 16 и более (n-лучевой осциллограф имеет n 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.

Имеются осциллографы (в основном, портативные), совмещенные с другими измерительными приборами (напр. мультиметром). Такие приборы называются скопметрами. В последние годы на рынке появились планшетные осциллографы, т.е. приборы с полностью сенсорным управлением на цветном дисплее.

Осциллограф также может существовать не только в качестве отдельного прибора, но и в виде приставки к компьютеру: в виде карты расширения, или подключаемой через какой-либо внешний порт (чаще всего USB).

Устройство[ | ]

Осциллограф с дисплеем на базе ЭЛТ состоит из следующих основных частей:

Осциллограф. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Осциллограф представляет прибор, используемый для исследования временных и амплитудных параметров электрического сигнала, который подается на его вход, или непосредственно на экране, или записываемого на фотоленте. На сегодняшний день это один из самых распространенных типов контрольно-измерительных приборов, который наряду с мультиметрами позволяет производить производственные и научные исследования.

На сегодняшний день промышленность не стоит на месте. Создаются современные приборы, которые позволяют значительно сокращать время исследований и разработок. Они обладают значительным набором измерительных приложений, емкостным сенсорным дисплеем, глубокой памятью и высочайшей скоростью обновления сигналов на экране.

Виды

Всего имеется несколько типов приборов, которые различаются по характеристикам:

• Аналогово-цифровые.

• Цифровые запоминающие.

• Устройства смешанных сигналов.

• Виртуальные устройства.

По количеству лучей осциллограф может быть:

• Однолучевой.
• Двулучевой и так далее.

Число лучей может быть 16 и более (n-лучевой прибор имеет n сигнальных входов, в том числе может отображать на экране одновременно n графиков входных сигналов).

Приборы также классифицируются по принципу действия:

• Электронный: аналоговый и цифровой.
• Электромеханический: электродинамический, выпрямительный, электростатический, термоэлектрический, электромагнитный, магнитоэлектрический.

По развертке их можно поделить:

• Специальный.
• Запоминающий.
• Стробоскопический.
• Скоростной.
• Универсальный.

Имеются также приборы, которые совместимы с иными измерительными устройствами. Это может быть не только автономное устройство, но и приставка, к примеру, компьютер, карта расширения или вовсе подключение к внешнему порту.

Устройство

Конструкция аналоговых устройств базируется на применении систем аналоговой горизонтальной развертки и электронно-лучевых трубок. Одним из главных блоков данных приборов являются генераторы линейно меняющегося напряжения пилообразной формы.

Аналоговый осциллограф имеет:

• Отклонение луча на экране определяется напряжение пластин. Трубки выделяются большим диапазоном частоты. Горизонтальная развертка функционирует от напряжения горизонтальных пластин по линейной зависимости. Верхняя граница частоты определяется усилителем и емкостью пластин. Нижний предел соответствует 10 герцам.
• Для визуализации характеристик и формы в аналогово-цифровых приборах исследуемого сигнала используются системы аналоговой горизонтальной развертки, электронно-лучевые трубки, в том числе генераторы линейно изменяющегося напряжения. К тому же в конструкции приборов имеются встроенные запоминающие модули, которые используются для хранения изображения.
• Запоминающие цифровые приборы применяют высокоскоростную оцифровку аналоговых сигналов, обеспечивают их хранение и выводят на жидкокристаллический индикатор, который применяется вместо электронно-лучевой трубки. Цифровой осциллограф имеет преобразователь аналогового сигнала, усилитель, делитель, блок управления, память и блок выведения на ЖК панель.
• Устройства смешанных сигналов быстро оцифровывают аналоговые сигналы, в том числе имеют функцию ввода цифровых последовательностей. Вся необходимая информация сохраняется в запоминающий модуль и выводится на жидкокристаллический монитор при необходимости.

Принцип действия

Аналоговые устройства для создания изображения на экране применяют электронно-лучевую трубку. В ней напряжение, которое подается на оси X и Y, заставляет точку передвигаться по экрану. На горизонтали можно наблюдать зависимость от времени, тогда как по вертикали идет отображение пропорциональное входному сигналу. В целом же сигнал усиливается и направляется на электроды, которые отклоняют по оси Y электронно-лучевой трубки с применением аналоговой технологии.

Цифровой осциллограф работает несколько по-другому:

• Выполняется модификация входящего аналогового сигнала в цифровую форму.
• Затем происходит его сохранение. Скорость сохранения зависит от управляющего устройства. Верхняя граница определяется скоростью преобразователя, при этом у нижней границы нет ограничений.
• Преобразование сигнала в цифровой код позволяет повысить устойчивость отображения, сделать масштаб и растяжку проще, сохранить данные в память.
• Использование дисплея вместо электронной трубки дает возможность отображать любые данные, в том числе выполнять управление прибором. У дорогостоящих приборов установлены цветные экраны, благодаря чему они дают возможность выделять цветом различные места, различать курсоры и сигналы иных каналов.
• Синхронизацию можно наблюдать прямо перед включением развертки. Используемые процессоры обработки сигнала позволяют обрабатывать сигнал при помощи анализа преобразованием Фурье.
• Информация в цифровом виде дает возможность записать экран с итогами измерения в память, в том числе распечатать на принтере. Большинство приборов имеют накопители, чтобы можно было записать изображения в архив и в дальнейшем произвести их обработку.

Применение

Осциллограф представляет измерительный прибор, при помощи него можно:

• Определить значения напряжения сигнала (амплитуду) и временные параметры.
• Измерив временные характеристики сигнала, удастся определить его частоту.
• Наблюдать сдвиг фаз, происходящий при прохождении разных участков цепи.
• Выяснить переменную (AC) и постоянную (DC), которые составляют сигнал.
• Наблюдать искажение сигнала, который вносит определенный участок цепи.
• Выяснить соотношение сигнал/шум, определить стационарность шума или его изменение по времени.
• Понять процессы, которые происходят в электрической цепи.
• Выяснить частоту колебаний и так далее.

Эти устройства преимущественно применяются в электронике и радиотехнике. Особенно важным элементом прибор используется в электромеханических сферах производства. Данное устройство выступает в качестве фиксирующего прибора, который наглядно отображает все колебания электрического тока, происходящие в определенном электрическом механизме. С помощью прибора можно найти помехи, а также искажения прохождения электрического импульса в самых разных узлах схемы.

Применение в диагностике и ремонте автомобилей

Применяются эти приборы и в других областях. Так они часто используются для определения неисправностей в системе исполнительных механизмов и иной диагностике. При помощи них даже можно диагностировать механические неисправности двигателя.

К примеру, осциллограф способен:

• Выявить неисправный катализатор.
• Определить соответствие установки задающего шкива коленвала по отношению к датчику положения коленчатого вала.
• Выявить сильный подсос воздуха.
• Наблюдать сигналы с датчиков системы, отслеживать их изменение.
• Считывать коды неисправностей, сохраненные системой.
• Указать идентификационные данные системы, ЭБУ.
• Выполнить проверку работу исполнительных механизмов и так далее.

Естественно, что такой прибор должен иметь логический анализатор, специальное программное обеспечение и уметь выполнять дешифровку протоколов.

Как выбрать осциллограф

На рынке представлено множество самых разных моделей. Поэтому перед покупкой следует определиться:

• Следует узнать, где будет применяться прибор?
• Какова амплитуда измеряемых сигналов?
• Сигналы в скольких точках схемы будет нужно измерять одновременно?
• Необходимость измерения одиночных и периодических сигналов?
• Необходимость сигналов в частотной области, функции быстрого преобразования Фурье и так далее?

При выборе следует обратить внимание на следующие параметры:

• Количество каналов. Они будут влиять на число отображаемых независимых сигналов на дисплее. Их одновременное наличие позволит наблюдать за несколькими графиками, проводить их сравнение и анализировать. Для работы с простой техникой хватит 2-4 каналов. Наиболее продвинутыми являются приборы с функцией логического анализатора и 16 каналами.
• Частота дискретизации будет влиять на число выборок сигнала в секунду, то есть на качество разрешения изображения на экране. Большее количество точек сигнала позволит построить более точное изображение. Данный параметр важен при измерении переходных и однократных процессов.
• Тип питания. При работе с прибором на выезде или вдали от сети лучше покупать модель с аккумулятором. В остальных случаях лучше покупать измерительные приборы, работающие от сети.
• Полоса пропускания. Следует учесть, что полоса пропускания должна в 3-5 раз быть выше значения частот исследуемых сигналов. Для простых усилителей звуковой частоты и цифровых схем достаточно параметра в 25 МГц. Для профессиональных исследований и радиочастотных схем будет нужно устройство с полосой пропускания порядка 100-200 МГц.

Почему не стоит использовать советские приборы

Сегодня вполне можно купить устройства, выпущенные 30-40 лет назад. Однако такой осциллограф лучше не использовать, ведь:

• Для калибровки необходимо использовать подстроечники, которых полно и сверху и сбоку. Обеспечить точную настройку будет затруднительно.
• Высохшие электролиты.
• Вес.
• Габариты и так далее.

Похожие темы:

назначение и принцип действия, классификация (цифровой, механический)

Развитие промышленности не стоит на месте. Разрабатываются новейшие приборы, призванные значительно сократить время исследований. Одним из самых популярных типов контрольно-измерительной техники, позволяющим производить научные и производственные изыскания, является осциллограф.

Понятие и история создания

Под осциллографом принято понимать специализированный прибор, созданный для точного измерения, наблюдения и последующей записи параметров и характеристик электрического сигнала: временных и амплитудных. Подобные сигналы могут как подаваться на вход, так и регистрироваться непосредственно на дисплее или фиксироваться на фотоленту. Скачок современной науки сделал возможным исследование сигнала гигагерцовых частот.

Первая фиксация электрического колебательного процесса делалась на бумаге в ручном режиме. Начальные попытки по автоматизированию записи велись Жюлем Франсуа Жубером. Учёный в 1880 году представил к использованию полуавтоматический пошаговый метод регистрирования сигнала. Следующим шагом в развитии метода стал однограф Госпиталье, который стал полностью автоматическим.

В начале 1885 года русским физиком Робертом Колли был спроектирован и создан осциллометр. Доработав творение Колли, французский физик А. Блондель изобрёл магнитно-электрический осциллоскоп, оснащённый бифилярным подвесом. Невозможность фиксировать процессы с высокой скоростью из-за подвижности регистрирующих частей с большой инерцией была устранена в 1897 году. Дадделл Уильям предложил использовать миниатюрное зеркальце в качестве измерительного элемента.

Во второй половине XX века появились ленточные многоканальные осциллографы с горизонтальной развёрткой. Цифровые модели пришли на смену устаревшим аналогам и заняли лидирующую позицию среди быстрейших аналого-цифровых преобразователей.

Развёрнутая классификация прибора

Современные осциллографы обладают весомым набором приложений для измерения, глубокой памятью, сенсорным ёмкостным дисплеем и способностью к скоростному обновлению сигналов на дисплее. Ознакомление с классификацией — неотъемлемый шаг в работе с техникой. Аппаратура подлежит внутреннему делению по назначению и логике работы:

1. Стробирующий.
2. Реального времени или аналоговый.
3. Запоминающий: сходный с ЭЛТ аналоговый и цифровой.

В отдельную группу выделяются приборы с непрерывной развёрткой. Они позволяют регистрировать кривую на особой фотоленте. По числу лучей бывают двулучевые, однолучевые, трехлучевые и так далее. Вершиной автоматизации считается 16 лучей и более. Параметр влияет на синхронизацию данных.

Для техники с периодической развёрткой характерно следующее деление: стробоскопические, скоростные, обычные и универсальные, специальные запоминающие. Цифровым моделям свойственно сочетание нескольких параметров. Реже встречаются осциллографы, назначение которых совмещено с другим измерительным прибором. Их официальное название — скопметры.

Особенности внутреннего устройства

Несмотря на сложное внутреннее оснащение на базе ЭЛТ, прибор с дисплеем может состоять из нескольких составляющих. К ним относятся:

• Входной стандартный усилитель для наблюдаемых сигналов, чей выход подключается напрямую к пластинам вертикального отклонения.
• Электронно-лучевая осциллографическая трубка. Широко используется в ряде близких по назначению измерительных приборов.
• Далее идёт блок горизонтальной развёртки. Однократный тип или периодический сигнал преобразуется в пилообразную форму. Он направляется к пластинам с горизонтальным типом отклонения ЭЛТ. Помимо этого, в период спадающей фазы создаётся импульс гашения электронных лучей, подаваемый на модуляторы ЭЛТ.
• К вспомогательным или дополнительным частям устройства осциллографа относят калибратор длительности, возможной амплитуды и блок управления яркости.

Экран «А» позволяет чётко отобразить графики каждого поступающего входного сигнала. Цифровые аналоги выводят на цветной или специфический монохромный дисплей желаемое изображение как полностью готовую картинку. Остальные модели используют электронно-лучевую трубку, оснащённую показателями электростатического отклонения. Для таких экранов характерна нанесённая в виде координатной сетки разметка, миссия которой — показывать точное местоположение данных.

Важной деталью являются сигнальные выходы. Многоканальная аппаратура предназначена измерять параметры и вести одновременное наблюдение за несколькими поступающими в систему сигналами. На вход Y поступает и усиливается входной сигнал от каждого из присутствующих каналов.

Выделяют два базовых типа развёртки: ждущий и автоколебательный, или автоматический. Реже можно встретить модели с дополнительным однократным режимом. Каждый вид имеет свои специфические черты:

1. Однократный запуск. Характерный механизм запуска — внешнее воздействие. Так, нажатие кнопки и дальнейшее ожидание запуска сходны со ждущим режимом. После запуска развёртывание производится однократно. Повторная развёртка требует ещё одного запуска. Подобная система работы комфортна для изучения функционирования процессов непериодического типа. Недостатком является однократный пробег светящегося пятна по дисплею. Яркость картинки недостаточна, что серьёзно затрудняет процесс наблюдения при быстрой развёртке.
2. Ждущий режим. Недостаточный уровень или отсутствие сигнала вызывает отсутствие развёртки и дальнейшее угасание экрана. Запуск возможен только при достижении сигналами определённого заданного оператором уровня. Возможна настройка запуска как по падающему, так и по нарастающему сигнальному фронту. Важно отметить, что при изучении непериодических типов импульсных процессов такая система гарантирует зрительную неподвижность картинки на экране. Зачастую развёртывание запускается синхронным, несколько опережающим процесс наблюдения сигналом.
3. Автоматическое развёртывание. В этом случае генератор функционирует в автоколебательном типе режима. Благодаря этому даже при отсутствии сигнала в момент окончания цикла произойдёт очередной момент её запуска. Это делает возможным наблюдение изображения на экране даже в ситуации подачи на входе вертикального типа отклонения постоянного напряжения или отсутствия сигнала. Подобный режим характеризуется особым захватом частоты генератора развёртывания наблюдаемым сигналом. Важно, что частота генераторов при этом в целое количество раз меньше частоты исследуемых сигналов.

Синхронизация с наблюдаемым сигналом

Получить заданное неподвижное изображение на дисплее позволяет особая двигательная траектория луча на экране в процессе развёртывания. Он должен перемещаться по одной и той же кривой линии. Обеспечением этого процесса занимается схема синхронизации, дающая старт развёртке на одинаковом фронте и уровне исследуемых сигналов.

В качестве примера допустимо рассмотрение ситуации исследования синусоидального сигнала при такой настройке схемы, что запуск развёртывания в нарастании синусоидов будет иметь значение ноль. В момент запускания узкий луч обрисует несколько схожих или одну единую волну, на что будет влиять настроенная заранее скорость. Отсутствие повторного запуска заставит дождаться очередного прохождения волны с нулевым значением при нарастающем фронте.

Без синхронизации с изучаемым сигналом картинка на дисплее будет выглядеть нечёткой, размазанной. Это вызвано одновременным отображением различных участков исследуемого сигнала на экране. Базовые настройки, доступные каждому оператору: тип запуска и его уровень.

Специфика выбора товара

Приобретая такую узкоспециализированную технику, следует учитывать ряд важных параметров. В первую очередь следует обратить внимание на следующие:

• Полосу пропускания. В среднем полоса должна быть на 5 пунктов выше значения частоты исследуемого сигнала. Для использования простого усилителя звуковых частот и цифровой схемы достаточным параметром будет 25 МГц. Научные изыскания и профессиональные исследования потребуют использование устройства с минимальной полосой пропускания около 150 МГц.
• Тип питания. В случае проведения работ вдали от сети или на выезде рекомендуется приобрести модель с аккумулятором. В любой другой ситуации целесообразно использовать аппаратуру, работающую от сети.
• Частота дискретизации. Пункт влияет на качество разрешения изображений на экранах, количество выборок сигнала за секунду. Для более точного изображения потребуется увеличение числа точек сигнала. Частота важна и для измерения однократных и переходных процессов.
• Число каналов. Каналы влияют на количество отображаемых на дисплее независимых сигналов. Обеспечивают возможность анализировать и сравнивать несколько графиков одновременно. Работа с простыми техническими приборами не требует более 3 каналов. Более продвинутая аппаратура должна быть оснащена логическим анализатором и 16 каналами.

Применение и интересные факты

Являясь одним из важнейших аппаратов в радиоэлектронике и радиотехнике, он широко используется в лабораторных, прикладных и научно-исследовательских целях. Позволяет изучать, контролировать и измерять параметры электрических сигналов и радиоволн при воздействии разнообразных датчиков. Прибор позволяет:

1. Определять частоту сигнала по измерению его временных характеристик.
2. Измерять временные параметры для получения значения амплитуды напряжения.
3. Выяснить постоянную и переменную классического сигнала.
4. Изучать сдвиги фаз, происходящие при прохождении различных участков цепи.
5. Исследовать внутренние механизмы, происходящие в электрической цепи.
6. Наблюдать частоту колебания и особенности искажения сигнала.
7. Вычислить соотношение шума и сигнала, стационарность шума и возможные изменения по временным параметрам.
8. Наладить оперативный и периодический контроль качественных характеристик телевизионного тракта в системе телевещания.

Широко применение осциллографа в диагностике и ремонте автотранспорта. Благодаря своим характеристикам он способен выявить неисправные катализаторы, проверить функционирование исполнительных механизмов, кратко указать основные идентификационные сведения системы, считать код неисправностей, который сохраняет система, отследить изменения сигналов датчиков системы.

Учёными выделено несколько занимательных фактов работы и создания фиксирующего прибора, популярного в электромеханической сфере любого производства. К ним относят:

• Именно экран одного из осциллографов был использован как дисплей первой видеоигры, визуализирующей игру в теннис. Игра Tennis For Two создавалась на работе аналоговых вычислительных машин. Управление основано на специальном игровом контроллере — Paddle.
• Радиолюбителями используется тракт записи звука, установленный на звуковой карте компьютера в качестве прибора ввода измерения низких частот.
• Часто встречается ошибочное написание прибора «осцелограф».
• Квалифицированные любители радиоэлектроники, не являющиеся чайниками в мире электроники, занялись самостоятельным изготовлением приборов для процесса осциллографирования в качестве приставки к ПК или телевизору. Сейчас эта потребность не так актуальна. Освоенные технологии массового производства подобных товаров имеют низкую себестоимость.

Основа любой действующей научной лаборатории — качественная измерительная аппаратура и источники сигналов, токов, напряжений. Сегодня важнейшим контрольно-измерительным прибором для научных и производственных исследований является осциллограф.

Зачем нужен осциллограф | РОБОТОША

Часто, произнося это слово в присутствии человека, не связанного с радиоэлектроникой, мне начинало казаться, что я произнес какое-то очень завораживающее слово. В глазах собеседника сразу появлялось удивление и заинтересованность, и он начинал смотреть на меня как на какого-то мага или волшебника. Так что же это за прибор, который делает человека, занимающегося электроникой, фактически Гарри Поттером?

Основное предназначение осциллографа — изобразить форму измеряемого электрического сигнала (его напряжения), и он становится относительно простым в использовании прибором уже после первого с ним знакомства (хотя куча всяких ручек и кнопочек на нем может вогнать в ступор кого угодно). Фактически, осциллограф рисует нам двухмерный график зависимости напряжения от времени, где по горизонтальной оси X мы наблюдаем время, по вертикальной Y — напряжение. Или как еще говорят, осциллограф делает временную развертку сигнала. Интенсивность (или яркость) сигнала на дисплее можно представить в виде третьей оси Z.

Оси осциллографа

Итак, осциллограф — это измерительный прибор, который позволяет:

• Определить временные параметры и значения напряжения сигнала (его амплитуду)
• Замерив временные характеристики сигнала, можно вычислить его частоту
• Наблюдать сдвиг фаз, который происходит при прохождении различных участков цепи
• Наблюдать искажение сигнала, вносимые каким-то участком цепи
• Можно выяснить постоянную (DC) и переменную (AC) составляющие сигнала
• Можно выяснить соотношение сигнал/шум и является ли шум стационарным, или же он изменяется во времени

Еще раз повторюсь, что хотя мы и можем измерять некоторые из параметров исследуемого сигнала, его напряжение (амплитуду), частоту, сдвиг фаз, но именно форма сигнала зачастую позволяет понять процессы, происходящие в электрической цепи.

Рассмотрим пример осциллограммы электрического сигнала — это то, что показывает осциллограф.  Картинка идеализирована, работая с реальными приборами таких идеально ровных линий увидеть не получится (из-за чего это происходит я расскажу несколько позже).

Осциллограмма

В нашем случае мы наблюдаем периодический сигнал, у которого отсутствует постоянная составляющая (равна нулю), и мы имеем переменную составляющую в форме прямоугольных импульсов. Действующее (эффективное) значение напряжения (Vrms, среднеквадратичное значение) в данном частном случае совпало с амплитудой сигнала, хотя в общем случае, это не так (действующее значение будет меньше амплитудного). К слову, вольтметры измеряют именно действующее значение напряжения (простенький цифровой вольтметр показывает вообще некоторое средневыпрямленное значение, такое, что при измерении синусоидального сигнала оно равно действующему значению). Хотя есть вольтметры, измеряющие именно амплитудные (пиковые) значения сигналов, вне зависимости от формы сигнала (в них используются пиковые детекторы). К теме работы вольтметров, я обязательно еще вернусь в своих публикациях.

Глядя на полученную осциллограму, можно заметить, что мы имеем:

• периодический сигнал прямоугольной формы
• он принимает значения как положительной, так и отрицательной полярности (вольтметр просто показал бы какое-то число)
• сигнал изменяется в пределах от -6В до +6В (чувствительность по вертикали 2В/деление)
• длительность отрицательного полупериода равна длительности положительного полупериода

Не так уж и мало информации мы получили, глядя на экран осциллографа!

При помощи многоканального осциллографа можно одновременно наблюдать сигналы в различных точках схемы и смотреть, как они между собой соотносятся. Например, на входе и выходе усилителя. Мы можем посмотреть сигнал на входе и сигнал на выходе, выяснить какие искажения в форму сигнала вносит наш усилитель, как изменилась его амплитуда, какова временная задержа (сдвиг фаз). Как правило, увеличение количества входов осциллографа значительно сказывается на его стоимости. На практике, при разработке, отладке, настройке или ремонте цифровых и аналоговых устройств оптимальным, я считаю, наличие в своем арсенале двухканального осциллографа.

В ближайшее время я планирую рассказать о том, как выбрать подходящий для ваших задач осциллограф, на какие характеристики следует обращать внимание, как устроены различные типы осциллографов и покажу, как с этим чудо-прибором работать. Следите за новостями!

 

---

Еще по этой теме

Вы можете пропустить чтение записи и оставить комментарий. Размещение ссылок запрещено.