➤ 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

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

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)

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

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

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.

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

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.

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.

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

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

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.

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]

Цифровой осциллограф | Практическая электроника

Цифровой осциллограф

Цифровой осциллограф – это осциллограф, построенный на основе цифровой схемотехники. Его главное отличие в том, что внутри него идет цифровая обработка сигналов, в отличие от аналогового осциллографа. Цифровой осциллограф может записывать, останавливать, автоматически подгонять и измерять сигнал. В этом заключается его главное отличие от простого аналогового осциллографа.

Раньше у меня был аналоговый осциллограф, который мне служил верой и правдой. Но с бурным развитием электроники, я понял, что мне надо что-то получше. Листая журналы “Радио”, натыкался на рекламу очень крутых приборов – цифровых осциллографов. По тем временам они стоили как подержанный автомобиль иностранного производства.

Но прогресс не стоит на месте. Благодаря китайцам я все-таки осуществил мечту детства и на распродаже приобрел цифровой осциллограф OWON

Подготовка цифрового осциллографа к работе

Включаем осциллограф и цепляем щуп на любой из каналов. Я соединил щуп с первым каналом (Ch2)

На щупе есть делитель. Ставим его ползунок на 10Х.  В осциллографе по умолчанию также должен стоять делитель на 10Х. Если это не так, ищем в его настройках и ставим в характеристиках канала “10Х”.

Каждый нормальный цифровой осциллограф имеет в своем наличии встроенный генератор прямоугольных импульсов с частотой 1000 Герц (1кГц) и амплитудой напряжения в 5 Вольт. В основном этот генератор находится в нижнем правом углу. В нашем случае он называется Probe Comp. Цепляемся за него щупом.

Все должно выглядеть  приблизительно вот так:

На дисплее в это время происходит какой-то “кипеш”.

В этом осциллографе есть волшебная кнопка, от которой я без ума. Это кнопка автоматического позиционирования сигнала Autoscale. Нажал на эту кнопку

Согласился с условиями автоматического позиционирования сигнала

и вуаля!

Но что такое? У нас должен быть ровный прямоугольный периодический сигнал! Вся проблема в том, что щуп осциллографа вносит искажения в сам сигнал, поэтому, его  желательно корректировать каждый раз перед работой.

В современных щупах есть маленький винтик, заточенный под тонкую отвертку.  С помощью этого винтика мы и будем корректировать щуп.

Крутим и смотрим, что у нас получается на дисплее.

Ого, слишком сильно крутанул винт.

Крутим чуточку в обратную сторону и выравниваем горизонтально верхушки сигнала

Вот! Совсем другое дело! На дисплее у нас ровные прямоугольные сигналы ;-). На этом этапе осциллограф готов к работе.

Как измерить напряжение

После того, как мы откалибровали щуп осциллографа, можно приступать к измерениям. В  нашей статье пошагово рассмотрим, как измерять постоянное и переменное напряжение.

Переменный ток обозначается как “АС” – Alternating Current – с англ. переменный ток, а постоянный  – “DC” – Direct Current – с англ. постоянный ток. Думаю, тут ничего сложного нет. Имейте также ввиду,  что в  великом могучем русском языке постоянный ток и постоянное напряжение – это синонимы, переменный ток и переменное напряжение – аналогично. Просто так повелось.

Итак, первым делом выбираем, какой  ток будем измерять. Это делается с помощью кнопочки Coupling (нажимаем клавишу Н1)

Измерение постоянного тока

 Справа экрана сплывают окошки и мы выбираем DC (нажимаем клавишу F1)

На блоке питания для пробы выставляем напряжение в 5 Вольт.

Соединяем щупы блока питания и осциллографа. Сигнальный щуп осциллографа желательно соединить с красным плюсовым крокодилом щупа блока питания, а черный щуп (земля) соединить с минусовым черным крокодилом.

Смотрим на дисплей осциллографа

Итак, что мы тут видим? А видим мы тут осциллограмму  постоянного напряжения.  Постоянное напряжение – это такое напряжение, которое не изменяется со временем.  А если вы в курсе, осциллограф показывает значение напряжение во времени.

Давайте подробнее разберем эту картинку. Смотрим, на что в основном надо обратить внимание (указано белой стрелкой).

Так как  мы измеряем постоянное напряжение на первом  разъеме осциллографа, то и следовательно, осциллограмма будет помечена цифрой “1” в красном кружочке в красной рамке. Как мы с вами видим, весь экран осциллографа поделен  на кубики штриховой линией. В красной рамке  по оси Y обозначают напряжение одной стороны кубика. В данном случае 2 Вольта. Если посчитать от центра пересечения утолщенных штриховых линий, то осциллограмма находится на высоте 2,5  стороны кубика.  Значит напряжение будет 2,5х2=5 Вольт.

В зеленой рамке с помощью нехитрой кнопки  я вывел  точное значение напряжения, нажав  кнопку “Measure”, что с англ.  – измерять. Точное значение равно 5,085 Вольт.

Измерение переменного тока

Настало время измерить переменный ток (переменное напряжение). Для  опытов я взял ЛАТР (Лабораторный автотрансформатор). Как вы помните, ЛАТР понижает  или повышает переменное сетевое напряжение.

Ставим напряжение в 100 Вольт.

Ставим  на осциллографе измерение переменного напряжения AC

Цепляемся к щупам осциллографа крокодилами, идущими от ЛАТРа и смотрим картинку

Ну как? Похожа на синусоиду? С помощью кнопки “Measure” я вывел некоторые интересующие нас параметры. Vk – среднеквадратичное значение напряжения. В данном случае он  нам показывает напряжение, которое мы подавали с ЛАТРа – это 100 Вольт. F – частота  и T – период. Как мы с вами видим частота напряжения в сети 50 Герц. Все верно, в России частота в сетях электрического тока принята 50 Герц, в США  – 60 Герц. Период – 20 миллисекунд. Если единицу разделить  на 20 миллисекунд, то мы как раз получим частоту сигнала.

Автоматическое измерение параметров сигнала

Итак, будем рассматривать все наши измеряемые параметры на конкретном примере. Для этого мы будем использовать генератор частоты  с заранее выставленной частотой в 1 Мегагерц (ну или 1000 Килогерц)  с прямоугольной формой сигнала:

Вот так выглядит этот сигнал на осциллографе:

А где же правильный прямоугольный сигнал? Вот тебе и раз… Ничего с этим не поделаешь… Это есть, было и будет у всех прямоугольных сигналов. Это возникает вследствие несовершенства цепей и радиоэлементов. Особенно хорошо такая осциллограмма прорисовывается на высоких частотах.

Итак, что есть что? Смотрим на картинку ниже

Думаю, тут все понятно.

Ладно, давайте выведем все параметры сигнала, которые может вывести наш осциллограф. Для этого нажимаем кнопочку “Measure” , что с англ. означает “измерять”

Далее нажимаем кнопочку “Add” ( с англ. – добавлять), с помощью вспомогательной клавиши h2

И потом нажимаем кнопку “Show All” (с англ. – показать всё) с помощью вспомогательной клавиши F3

В результате всех этих операций у нас выскочит табличка с измеряемыми параметрами сигнала:

Ну что, думаю настало время поговорить, о том, какие бывают параметры сигналов. Как вы знаете, осциллограф нам показывает изменение напряжения сигнала во времени. Поэтому и параметры сигналов в основном делятся на два типа:

– Амплитудные параметры сигнала

– Временные параметры сигнала

Давайте для удобства  распишем все сигналы, как в нашей табличке. Начнем слева-направо.

Period – с англ. период. Период сигнала – это время, за которое сигнал повторяется. В нашем случае период обозначается буквой “Т”. На осциллограмме его можно показать вот так:

Чтобы самостоятельно посчитать период, нам надо знать значение одной клетки по горизонтали. Снизу осциллограммы можно найти подсказку ;-). Я ее пометил в желтый прямоугольник

Следовательно, одна клеточка равна 500 наносекунд. А так как у нас период длится ровно две клеточки, значит 500 х 2 = 1000 наносекунда или 1 микросекунда.

Сходятся ли наши расчетные показания с показаниями автоматических измерений? Смотрим…

Стопроцентное попадание! Кстати, чтобы не было дальнейших вопросов:

“Пико” – буквой “p”

“Нано” – буквой “n”

“Микро” обозначается буквой “u”, как и в маркировке современных конденсаторов.

“Милли”  – буквой “m”.

Вот небольшая табличка, если кто забыл:

Freq. Полное название frequency – с англ. частота. Обозначается буквой “F”. Частоту очень легко можно вычислить по формуле, зная период Т.

F=1/T

В нашем случае получаем 1/1х10^-6=10⁶=1 Мегагерц (MHz).  Смотрим на наши автоматические измерения:

Ну разве не чудо? 😉

Следующий показатель Mean. В нашем случае обозначается просто буковкой “V”. Он означает среднюю величину сигнала и используется для измерения постоянного напряжения. В данный момент этот параметр не представляет интереса, потому как измеряется переменный ток и в значении этого сигнала показывается какая-то вата. Постоянный ток меряет нормально, можно вывести этот параметр на дисплей, что мы и делали в прошлой статье:

Еще один интересный параметр: PK-PK. Называется он Peak-to-Peak и показывает напряжение от пика до пика. Обозначается как Vp. Что это за напряжение от пика до пика, показано на осциллограмме ниже:

Так как мы видим, что значение нашего квадратика  равно 1 Вольту (внизу слева)

То можно высчитать и напряжение от пика до пика. Оно будет где-то эдак 5 Вольт. Сверяемся с автоматическим измерением

Почти в тютельку!

Плюсы и минусы цифрового осциллографа

Начнем с плюсов

• Запись, остановка, автоматические измерения и другие фишки – это еще не весь список, что умеет делать цифровой осциллограф
• Габариты цифрового осциллографа намного меньше, чем аналогового
• Потребление энергии меньше, чем у аналогового осциллографа
• Жидкокристаллический дисплей, в отличие от кинескопного дисплея аналогового осциллографа

Минусы

• Дороговизна
• Дискретная прорисовка сигнала. Хотя дорогие модели ничуть не уступают аналоговым по прорисовке сигнала.

Про основные принципы измерений и использования цифровых осциллографов можно прочитать, скачав учебное пособие по цифровым осциллографам.

Где купить цифровой осциллограф

Естественно, на Алиэкспрессе, так как в наших интернет-магазинах их цена бывает завышена в два, а то и в три раза. Также очень хорошие отзывы об осциллографе Hantek, характеристики которого даже лучше, чем у моего OWON:

Посмотреть его можете на Алиэкпрессе по этой ссылке.

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?

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.

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.

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).

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?

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

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).

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».

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:

Осциллографы.Виды и особенности.Устройство и работа.Применение

Для любого профессионального настройщика электронных устройств или для инженера по радиоэлектронным устройствам основным рабочим устройством является осциллограф. Без него нельзя обойтись при настройке телевизора, передатчика. Осциллографы служат для контроля и наблюдения за периодическими сигналами различных форм, в том числе синусоидальной. Благодаря широкому интервалу развертки он дает возможность развернуть импульс даже для контроля наносекундных промежутков времени. Осциллограф подобен работе телевизора, который изображает электрические сигналы.

Устройство и принцип действия

Для лучшего понимания действия прибора, разберем блок-схему типового осциллографа, так как все их основные виды имеют аналогичное устройство.

На этой схеме не изображены блоки питания: низковольтный блок, подающий питание для работы узлов, и источник повышенного напряжения, применяющийся для генерирования высокого напряжения, приходящего на электронно-лучевую трубку. Также на схеме нет калибратора для настройки и подготовки прибора к работе.

Тестируемый сигнал поступает на канал вертикального отклонения «Y», далее на аттенюатор, выполненный в виде многопозиционного переключателя, настраивающего чувствительность осциллографа. Его шкала размечена в вольтах на сантиметр или в вольтах на одно деление. Это обозначает одно деление сетки координат на экране лучевой трубки. Там же изображены сами величины. Если амплитуда сигнала неизвестна, то устанавливается наименьшая чувствительность. В этом случае даже большой сигнал на 300 В не повредит прибору.

Обычно в комплекте с осциллографом есть делители, в виде специальных насадок с разъемами. Они работают так же, как аттенюатор. Эти насадки компенсируют емкость кабеля при работе с малыми импульсами. На фото показан делитель. Коэффициент деления равен 1:10.

С помощью делителя возможности прибора расширяются, можно исследовать сигналы в несколько сотен вольт. После делителя сигнал проходит на предварительный усилитель, раздваивается и приходит на переключатель синхронизации и линию задержки, которая служит для компенсации времени сработки генератора развертки. Оконечный усилитель создает напряжение, поступающее на «Y» -пластины, и отклоняет луч в вертикальной плоскости.

Генератор развертки создает пилообразное напряжение, поступающее на пластины «Х» и горизонтальный усилитель, при этом луч отклоняется в горизонтальной плоскости.

Устройство синхронизации создает условия для работы генератора развертки в одно время с появлением сигнала. В итоге на дисплей осциллографа выводится изображение импульса.

Переключатель синхронизации работает в положениях синхронизации от:

• Исследуемого сигнала.
• Сети.
• Внешнего источника.

Первое положение применяется чаще, так как оно более удобно.

Классификация

Осциллографы являются распространенным видом измерительных приборов. Существует несколько видов осциллографов, имеющих разные характеристики, устройство и работу.

Аналоговые осциллографы

Такие осциллографы являются классическими моделями этого типа измерительных приборов. Любые аналоговые осциллографы имеют делитель, вертикальный усилитель, синхронизацию и отклонение, блок питания и лучевую трубку.

Такие трубки имеют больший диапазон частоты. Отклонение луча на экране прямо зависит от напряжения пластин. Горизонтальная развертка работает по линейной зависимости от напряжения горизонтальных пластин.

Нижний предел частоты равен 10 герцам. Верхняя граница определяется емкостью пластин и усилителем. Сегодня аналоговые устройства вытесняются цифровыми приборами со своими достоинствами. Но аналоговые приборы пока не исчезают ввиду их малой стоимости.

Цифровые запоминающие

Если цифровые приборы сравнивать с аналоговыми, у них больше возможностей. Стоимость их постепенно снижается. Цифровой осциллограф включает в себя делитель, усилитель, преобразователь аналогового сигнала, памяти, блока управления и выведения на ЖК панель.

Принцип действия такого вида осциллографов придает им большие возможности. Входящий аналоговый сигнал модифицируется в цифровую форму, и сохраняется. Скорость сохранения определяется управляющим устройством. Ее верхняя граница задается скоростью преобразователя, а нижняя граница не имеет ограничений.

Преобразование сигнала в цифровой код дает возможность увеличить устойчивость отображения, сохранять данные в память, сделать растяжку и масштаб проще. Применение дисплея вместо электронной трубки позволяет отображать любые данные и осуществлять управление прибором. Дорогостоящие приборы оснащаются цветным экраном, что позволяет различать сигналы других каналов, курсоры, выделять цветом разные места.

Параметры цифровых осциллографов намного выше аналоговых моделей, в больших пределах находится растяжка сигнала. Кроме простых схем включения синхронизации, может использоваться синхронизация при некоторых событиях или параметрах сигнала. Синхронизацию можно увидеть непосредственно перед включением развертки.

Применяемые процессоры обработки сигнала дают возможность обработки спектра сигнала с помощью анализа преобразованием Фурье. Информация в цифровом виде позволяет записать в память экран с итогами измерения, а также распечатать на принтере. Многие приборы оснащены накопителями для записи изображения в архив и последующей обработки.

Цифровые люминофорные

Такой тип осциллографов работает на новой структуре построения, основанной на цифровом люминофоре. Он имитирует по подобию с аналоговыми приборами изменение изображения на экране. Люминофорные цифровые типы осциллографов дают возможность наблюдать на дисплее все подробности модулированных сигналов, как и аналоговые типы. При этом обеспечивается их анализ и хранение в памяти.

Люминофорные приборы, как и предыдущая рассмотренная модель, имеет свою память для хранения различной информации, в том числе хранится разница задержки времени между разными пробниками. Возможность люминофорных осциллографов выводить данные с изменяемой интенсивностью значительным образом упрощает поиск повреждений в импульсных блоках. Это выражено при вычислении глубины модуляции сигнала при регулировке напряжения на выходе, приводящее к нестабильному функционированию блоков.

В люминофорных цифровых осциллографах объединены достоинства цифровых и аналоговых устройств, а во многом превосходят их. Люминофорные приборы обладают всеми преимуществами запоминающих осциллографов, обеспечивая возможности аналоговых приборов: быструю реакцию на смену сигнала и его отображение с разной яркостью.

Цифровые стробоскопические

В этом виде осциллографов применяется эффект последовательного стробирования сигнала. При повторении сигнала выбирается мгновенное значение в определенной точке. При поступлении нового сигнала точка выбора смещается по сигналу. Так продолжается до полного стробирования сигнала. Модифицированный таким образом сигнал в виде огибающей линии мгновенных величин сигнала входа, повторяет форму сигнала.

Продолжительность модифицированного сигнала на много больше продолжительности тестируемого сигнала, а значит, имеется сжатие спектра. Это соответствует увеличению полосы пропускания. Стробоскопические виды осциллографов имеют большие полосы пропускания, и дают возможность производить исследования периодических сигналов с наименьшей продолжительностью. Стоимость стробоскопических осциллографов очень высока, поэтому их применяют чаще всего для сложных задач.

Виртуальные осциллографы

Новый вид приборов может быть отдельным устройством с параллельным портом для вывода или ввода информации, а также с портом USB, а также встроенным вспомогательным прибором на базе карт ISA. Программная оболочка виртуальных осциллографов позволяет полностью управлять устройством, и имеет несколько возможностей сервиса: импорт и экспорт информации, цифровая фильтрация, разнообразные измерения, обработка информации математическим способом и т.д.

Осциллографы с применением персонального компьютера могут применяться для широких возможностей измерения. Например, для обслуживания и разработки радиотехнической и электронной аппаратуры, в телекоммуникационной связи, при изготовлении компьютеризированного оборудования, при выполнении диагностических мероприятий средств автотранспорта на станциях технического обслуживания и для многих других случаев, где требуется оценка и тестирование неустойчивых переходных процессов.

Виртуальные модели осциллографов являются хорошим альтернативным вариантом для стандартных запоминающих цифровых осциллографов, так как они обладают достоинствами в виде малой стоимости, простоте применения, компактных размеров и высокого быстродействия. К недостаткам виртуальных осциллографов относится невозможность измерения и отображения постоянной величины сигналов.

Портативные осциллографы

Цифровые технологии быстро развиваются, в результате чего цифровые стационарные приборы модифицируют в портативные устройства с хорошими параметрами габаритных размеров и массы, а также низким расходом электрической энергии.

При этом портативные осциллографы с питанием от гальванических элементов не уступают по характеристикам стационарным приборам по количеству функций, имеют большие возможности использования в разных областях научных исследований, промышленном производстве.

Похожие темы:

Все секреты осциллографа | Амперка / Блог

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

Осциллограмма на экране прибора с цифровым люминофором

Наиболее общее деление можно произвести, выделив аналоговые и цифровые приборы. Последние, в свою очередь, делятся на цифровые осциллографы, цифровые запоминающие осциллографы, осциллографы с цифровым люминофором и цифровые стробоскопические осциллографы.

Аналоговый осциллограф

Первоначально все осциллографы были исключительно аналоговыми. Как следует из их названия, они используют аналоговые методы для создания изображения на экране. Обычно они используют электронно-лучевую трубку, где напряжение подаваемое на оси X и Y заставляет точку двигаться по экрану. По горизонтали мы имеем зависимость от времени, в то время как по вертикали отображение пропорционально входному сигналу. По существу, сигнал усиливается и подается на электроды, отклоняющие электроны по оси Y электронно-лучевой трубки с использованием аналоговой технологии.

Аналоговый осциллограф

Хотя эта технология в настоящее время уже несколько устарела, в некоторых приборах она все еще используется, так как позволяет наблюдать на экране даже высокочастотный сигнал без искажений, связанных с его оцифровкой, присущих исключительно цифровым приборам.

Цифровые осциллографы

Концепция цифрового осциллографа несколько отличается от его аналогового собрата. Вместо того, чтобы обрабатывать сигналы в аналоговом виде, этот тип осциллографа преобразует сигнал в цифровой формат с помощью аналого-цифрового преобразователя, а затем уже обрабатывает результат в цифровой форме. Аппаратное и программное обеспечение для цифровой обработки сигналов становится все более мощным, что позволяет обрабатывать сигналы более гибко и создает множество дополнительных возможностей, которые включаются в современные приборы. Обновления ПО и добавление функциональности могут быть произведены просто обновлением прошивки осциллографа.

Существует несколько различных типов цифровых осциллографов:

• Цифровой осциллограф/Цифровой запоминающий осциллограф. Граница между этими двумя типами осциллографов сильно размылась в последние годы. Первоначально, запоминающие осциллографы имели дополнительную память, позволяющую хранить сигналов. Теперь большинство приборов имеют память, которая уже включена в стандартную поставку, отличаясь только размером этой памяти. В результате, оба названия часто используются для описания одного и того же инструмента, и поэтому сейчас это, практически, синонимы. Цифровые или цифровые запоминающие осциллографы в настоящее время являются основным типом использующихся осциллографов, которые содержат все основные функции.

Цифровой запоминающий осциллограф

• Осциллограф с цифровым люминофором. Осциллограф с цифровым люминофором является весьма универсальным прибором, который использует параллельную архитектуру обработки, чтобы иметь возможность захватить и отобразить сигналы в специальном виде, который нельзя создать при помощи обычного цифрового осциллографа. Эти приборы записывают очень большое число «снимков сигнала» в единицу времени, что позволяет искать в сигналах редкие явления.

Осциллограф с цифровым люминофором

• Цифровой стробоскопический осциллограф. Эти осциллографы используются для анализа очень высокочастотных сигналов. Они предназначены для наблюдения за повторяющимися сигналами, частота которых выше, чем частота дискретизации осциллографа. Они производят выборку различных точек сигнала из его нескольких последовательных периодов, и, затем в процессе обработки, воссоздают исходную форму волны. Таким образом, эти осциллографы могут иметь возможность отображать сигналы на частотах 50 ГГц и более.
• Комбинированный осциллограф. Этот тип приборов позволяет работать как во временной области, отображая форму сигнала, а также в частотной области — отображая его спектр. Такой вид осциллографов очень полезен для разработки устройств, работающих с приемо-передающим оборудованием в радиочастотном диапазоне. Но особенно ценен он для поиска проблем в областях, где сигналы могут приводить к нежелательным или необычным явлениям в их спектрах. В результате, эти осциллографы находят все большую популярность в области систем сотовой связи, Wi-Fi, и при разработке/обслуживании многих других современных беспроводных систем связи и передачи данных.

Осциллограф с анализатором спектра

• Осциллограф смешанных сигналов. Этот тип осциллографов сочетает в себе функции цифрового осциллографа и логического анализатора. Это позволяет в проводить глубокие исследования работы цифровых схем. Цифровые схемы, в том числе под управлением микроконтроллеров становятся все более сложными, поэтому постоянно растет необходимость в более глубоком анализе сигналов в этих системах, используя большую функциональность. Осциллограф смешанных сигналов позволяет анализировать логические переходы и состояния одновременно с отображением формы сигнала.

Осциллограф смешанных сигналов

Подробно о применении осциллографов, их важных характеристиках, а также о том, как выбрать подходящий прибор можно почитать в статьях:

Зачем нужен осциллограф
Как выбрать осциллограф

Обзор осциллографа от Амперки:
Карманный осциллограф DSO Nano v3

— Гостевая статья от автора блога Роботоша Андрея Антонова

• Вконтакте
• Facebook
• Twitter

Осциллограф. Часть 1. Основы работы

Осциллограф — 1. Применение на практике.

Если вы в своей практике используете мультиметр, то какое-то время тратили на изучение его возможностей. Потратьте немного времени и на осциллограф. Органов управления немногим больше. Главное понять, «что к чему». Кое-что попробую показать, остальное поймете самостоятельно. Также попробую объяснить понятия «основные режимы, характеристики и используемые термины» и как это выглядит на осциллограммах.

Развертка.

В большинстве осциллографов развертка изображения на экране происходит слева — направо по ширине экрана. Измеряется в единицах времени (сек). Иными словами, это «время, когда экран полностью заполнен сигналом». Дальше происходит смена картинки.

Классический пример развертки (справа). Импульсы «лежащие на боку» — есть не что иное, как пилообразные импульсы напряжения генератора развертки (именуемые в народе «пила»).

Но есть «но». Представьте «кашу», это когда на вход осциллографа подан сигнал, быстро меняющийся во времени, и есть генератор развертки, который работает сам по себе. И осциллограф начинает отображать сигнал с разных точек. Изображение будет, только понять что это — не получится.

Триггер.

Управляет генератором развертки и запускает его с одной и той же точки. Поэтому мы имеем устойчивое изображение. При этом может выполняться одно из условий:

— запуск генератора развертки по уровню сигнала. При достижении сигнала на входе определенного уровня происходит запуск развертки;

— запуск по времени нарастания амплитуды в переднем фронте импульса, или по времени изменения амплитуды заднего фронта;

— запуск «на сбой» в импульсной последовательности. Когда устанавливается длительность импульса (нормального). Развертка в этом случае всегда будет запускаться с того места, где длительность импульса будет меньше или больше установленной; на экране вы будете видеть именно этот временной отрезок, где происходит сбой.

— Захват импульса при уменьшении амплитуды (и т.д.)

Это не все возможные варианты режимов работы триггера, некоторые модели осциллографов имеют их больше – все зависит от предназначения осциллографа и решаемых задач.

Осциллограф имеет органы управления, позволяющие не только посмотреть, но и рассмотреть сигнал. Об этом ниже.

К одному из таких органов управления относится и «Усиление» сигнала (пороговое значение входного сигнала). Это может быть и «крутилка» или кнопка — кто что имеет. Но есть обязательно. И совместно с органами управления развертки, это мощный инструмент.

Практическое применение Применять будем осциллограф на фото справа. Фото №1 На фото прибор, его экран. Подключен ёмкостной датчик. Автомобиль «Subaru Forester». Рассматриваем систему зажигания.

Фото №2 Прибор включен. Меню прибора, выбираю первый пункт. Следующие пункты позволяют выбрать количество каналов, а также при их выборе идет переход в следующее меню, где перечислены основные типы датчиков и исполнительные устройства автомобильных систем, которые можно выбрать на любой канал. Но тогда все установки прибора устанавливаются автоматически, исходя из конкретного сигнала, конкретного устройства. (Это первое отличие автомобильного осциллографа от осциллографа вообще. Он «заточен» на конкретные виды сигналов). Кроме этого имеются свободные выборки: для сигналов от 0 — 5В…0 -12В

Фото №3

Питание включено, датчик подключен, мотор работает. Сигнала нет. В чем причина?

Фото №4

Нет, сигнал есть. Смотрите, чем отличается фото № 3 от № 4. Вверху смотрите, пункт выделен, а внизу его значение. Время развертки 10ms осталось неизменным. Что изменилось?

На первом фото видно, к какой катушке совершено подключение. А давайте представим, что знаний «что такое триггер» — нет. Можно ли зафиксировать изображение так же, как на фото? Если этого не сделать, оно будет постоянно «бежать».

Фото№5

А здесь развёртка изменена: было 10 — стало 1ms. А экран вроде бы маленький.

Фото №6

* здесь не только развертку изменил, а и увеличил (фото 2-пункт 3). И уже есть возможность посмотреть участок, где ключ сработал и чуть дальше. В принципе, можно «прокрутить» сигнал до его окончания.

Фото №7

Вот так. Начало на фото №6, а конец вот:

Фото 8

Можно еще вывести курсоры (если надо посмотреть длительность горения искры или время насыщения).

Фото №9

Примерно так. Курсор А сплошной, курсор В – прерывистый. Длительность на экране — 4,60ms/

Фото №10

* курсоры стоят от момента включения ключа, до момента возникновения искры.

Фото №11

* длительность горения искры.

Показано всего процентов 20 от возможностей прибора, только на одной опции и в одном пункте меню (осциллоскоп)

ИМХО:

Не считаю, что работаю плохим прибором и считаю, что плохими приборами работать недопустимо. Данный прибор использую постоянно при входной диагностике. Он позволяет наблюдать и проводить измерения с достаточной степенью достоверности всех сигналов системы управления автомобиля.

Когда необходимо проводить анализ, когда машина «зависает», осциллоскоп и мотор- тестер данного прибора мною не используется. Хотя такая возможность в прибор заложена. Неудобно «прокручивать» сигнал, просматривая детали, растянув его разверткой и усилив, не видя полной фазы или цикла. Тем более, когда используется не один канал. Слишком много манипуляций, при выполнении переходов, что отвлекает от рассмотрения сигнала. Но это все, что я могу сказать о недостатках. Утверждение же о маленьких экранах и пр. считаю необоснованным и ведущим в заблуждение.

Но всегда использую просмотр графического изображения, выделенных пунктов из текущих параметров. Это тогда, когда прибор вкл. в режиме сканера и подключен к диагностическому разъему. Не всегда можно сравнить нужные параметры, они могут оказаться на разных «страничках». Надо «листать», или выделив нужные, перейти в режим просмотра только этих параметров, а в голове держать цифры. А если просто: выделил до 4-х датчиков (параметров), нажал кнопочку и пошло графическое изображение. Развертка очень медленная, рукой можно быстрее нарисовать, а рядом с каждой осциллограммой цифровые значения. Такие же, как в «дате». И все в одном месте — осциллограмму смотришь и цифровые значения видишь.

Продолжение следует

МАРКИН Александр Васильевич

г. Белгород

Таврово мкр 2, пер. Парковый 29Б (4722) 300-709

© 1999 – 2010 Легион-Автодата

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