Как пользоваться осциллографом
По распространенности и востребованности осциллограф — следующий по популярности после мультиметра прибор, применяющийся в электрике и радиоэлектронике. По своей сути, это модифицированный вольтметр, посредством которого можно не только произвести замер напряжения, но и подвергнуть анализу его форму, обнаружить неисправности в схеме и определить меры по их устранению. В статье расскажем, как пользоваться осциллографом, рассмотрим принцип работы устройства.
Устройство и общий принцип работы
Не рассматривая подробности устройства прибора, которые кроме разработчиков, в принципе, пользователям не нужны, можно обойтись описанием его элементов и их функционального предназначения.
Современные осциллографы — высокоточные измерительные приборы, позволяющие определить множество параметров сигналаОсновной элемент осциллографа — дисплей, отображающий импульсы. Экран разделен на прямоугольники, масштаб которых можно задать посредством специальных регуляторов.
Отображающиеся на дисплее импульсы подлежат прочтению таким образом. Клетки, размещенные вертикально между нижней и верхней границами импульсов показывают в заданном масштабе напряжение измеренного сигнала. Клетки по горизонтали передают параметры времени. Зная период одного импульсного колебания, можно без проблем вычислить его частоту. Само же отображение сигнала на экране прибора получило название «осциллограмма».
Производится множество моделей осциллографов, от простых, использующихся в быту, до самых сложных. Простейшие устройства обладают одним каналом, с единственным сигнальным щупом заземления. Приборы более сложные имеют два канала, самые «продвинутые» осциллографы могут иметь до 6 каналов. Количество каналов свидетельствует о способности прибора выполнять анализ соответствующего числа сигналов, проводить их сравнение между собой.
Совет #1. Если щупы не подсоединены, дисплей осциллографа показывает лишь единственную, проходящую по горизонтали, «нулевую» линию, которая свидетельствует о 0 В на входе прибора.
.jpg.9a512fcff858d2a7100c5fb2d0d3a236.jpg)
При подключении щупа к какому либо источнику питания, линия обязательно покажет имеющееся напряжения, подскочив в соответствии с заданным масштабом на определенное количество клеток. Если щуп подключается к «+», то линия поднимается вверх, а если к «-», то на такое же число клеток вниз. Читайте также статью: → «Осциллограф для ремонта бытовой техники: критерии выбора».
Сфера применения осциллографа
Осциллографы получили широкое распространение не только в промышленности, но и в медицинеОбласть использования устройств очень широка. Просмотр поведения сигнала электротока позволяет за короткое время диагностировать и произвести своевременный ремонт любого электрического прибора.
Посредством осциллографа возможно:
- определить параметры времени и напряжения сигнала, выполнить расчет частоты;
- отслеживать изменения формы сигнала и анализировать его природу;
- выявлять искажения на нужных участках цепи;
- определять сдвиг фаз;
- определять отношение шумов к полезному сигналу, выявлять характер шума.
Для определения всех параметров при помощи мультиметра работа может затянуться на несколько часов, тогда как посредством осциллографа все измерения можно выполнить за несколько минут. Помимо этого, многие неисправности можно определить только при помощи осциллографа. Прибор способен измерять в секунду порядка миллиона измерений, потому даже кратковременные нарушения нормального функционирования оборудования им буду зафиксированы.
Осциллографы применяются практически во всех сферах деятельности человека, в том числе:
- в радиоэлектронике;
- автомобилестроении;
- судостроении;
- авиации;
- ремонтных мастерских различного назначения;
- быту и хозяйственных целях.
Как правильно настроить осциллограф?
Способы усиления сигнала
Осциллографы любого типа и марки оснащены регулятором сигнала, посредством которого изменяется масштаб выводящегося на экран изображения. Например, если задать масштаб напряжения 1 В на 1 клетку и выстроить экран высотой в 10 клеток, то сигнал, передающий напряжение в 30 В будет не заметен.
И в обратном случае — для того, чтобы просмотреть осциллограмму низкого напряжения, требуется увеличение масштаба.
Совет #2. Для устранения «невидимости» сигнала необходимо выстроить масштаб в соответствии с измеряемыми величинами.
Принцип работы регулятора развертки
Принцип работы регулятора развертки аналогичен функции регулятора напряжения, только действия он производит с горизонтальной осью — осью времени, изменяя число миллисекунд, приходящихся на одну клетку. При уменьшении значения развертки имеется возможность более подробного изучения малых участков выведенного на экран сигнала.
Для анализа цикличности сигнала величину развертки необходимо увеличить. Сигнал на экране «развернется» и теперь появится возможность с его помощью определить значения частоты, типа и других параметров.
Блок управления параметрами синхронизации
Осциллограмма выводится на экран до тех пор, пока последний не закончится, после картинка начинается по новой.
Так как график показывается с высокой скоростью, то экран показывает изображение в движении либо что-то непонятное. Причина этого достаточно просто: новые линии накладываются на уже показанные старые с неизбежным смещением и по вертикальной, и по горизонтальной оси.
Для устранения непонятных входных сигналов и служит блок управления параметрами синхронизации. Таким образом, если принять напряжение синхронизации за 0 В при изучении синусоидального сигнала, то его отрисовка будет представлена, начиная именно с этого значения напряжения, а закончится только тогда, когда закончится экран. После этого отрисовка будет повторять прошедший путь только с очередного «нуля», показывая стабильную и ровную картинку. При этом все изменения напряжения станут четкими и сразу заметными.
В простейшем виде блок синхронизации оснащен двумя регулирующими элементами. Первый из них служит для изменения настроек стартового напряжения, второй — для выбора типа запуска. Посредством второго переключателя имеется возможность задания важнейшего параметра: будет ли картинка начинаться при падении синусоиды до 0 В, либо наоборот, при ее возрастании до нуля.
В большинстве типов отечественных осциллографов позиции регуляторов называются «Фронт» и «Спад».
В моделях более сложного типа имеются и иные параметры синхронизации. Например, прибор может синхронизироваться не подлежащим измерению сигналом, с иными внешними сигналами, а также сигналом, поступающим из электросети. Стабилизация по таким параметрам важна при измерении специфических сигналов, измерять цикличность которых другими способами невозможно. Читайте также статью: → «Способы проверки напряжения в розетке при помощи различных приборов».
Какой осциллограф выбрать?
В наши дни существует огромный выбор моделей и типов осциллографов, но однозначно отдать предпочтение какому-либо прибору невозможно. В первую очередь устройства разделяются на два огромных семейства:
- электронно-лучевые;
- цифровые.
Все модели, выпускавшиеся в Советском Союзе (многие из которых «здравствуют» до сих пор), выпущены на базе электронно-лучевой трубки.
Их особенностью является более высокая точность измерений по сравнению с цифровыми. Однако, и габариты их, как и всей советской электроники, крайне неудобны: осциллографы обладают значительным весом и габаритами, в связи с чем и мобильность их оставляет желать лучшего.
Осциллографы цифровые, оснащенные ЖК-экраном, легки и компактны, отличаются большими возможностями в плане настроек. У многих моделей имеется возможность сохранения данных, полученных в результате измерений, а также вывода на экран только того момента, который указывает именно на сбой.
Помимо этого, осциллографы различны между собой количеством каналов: как правило, большинство моделей имеют их от 1 до 6. Но есть и профессиональные приборы, число каналов у которых значительно выше. В большинстве случаев для проведения несложных измерений вполне хватит и двухканального прибора, но для работы со сложным оборудованием каналов потребуется больше.
Также выпускаются осциллографы, совмещенные в едином корпусе с другими электроизмерительными приборами.
Такая комбинация позволяет эффективно, быстро и с высокой точностью получить множество данных о сигнале.
Последней разработкой являются компьютерные программы, выполняющие функцию осциллографа. Щуп при этом подключается непосредственно к звуковой карте компьютера. При выполнении нечастых и несложных измерений программное обеспечение «Осциллограф» будет лучшим решением.
Осциллограф Rocktech 40M 200M, подключенный к ноутбуку, дает гарантию высокой точности измеренийАнализ марок и производителей осциллографов: цена
В мире производством осциллографов занимается большое количество компаний, выпускающих приборы различной степени точности, сложности и стоимости. Выбирая прибор, в первую очередь следует ориентироваться на его предназначение и тип измерений, которые будут при помощи него производиться.
Осциллограф TBS1032B от компании Tektronix — современная и компактная модельОбзор наиболее популярных марок осциллографов с указанием их примерной стоимости в нашей стране представлен в таблице.
| Модель осциллографа | Производитель | Основные характеристики | Ориентировочная стоимость, руб |
| TBS1032B | Tektronix | 2 канала х 34 МГц | 41000 |
| 4122/2V | АКИП | 2 канала x 100МГц | 47000 |
| 190-062 | Fluke | портативный 2 канала x 60МГц | 140000 |
| XDS3102A TS | Owon | 2кан 100МГц 1Гв/с 12bit Touch Screen WiFi | 60000 |
| ОСУ-10A | Shanghai MCP | аналоговый 1 канал x 10МГц | 13000 |
Часто задаваемые вопросы
Компания Fluke — один из мировых лидеров в производстве цифровых портативных осциллографовВопрос №1. При выборе осциллографа какая полоса пропускания считается оптимальной?
Полоса пропускания прибора должна немного превышать максимальную частоту сигналов, подлежащих измерению.
Например: при максимальной частоте сигнала 80 МГц рекомендуется подобрать модель с полосой 100 МГц.
Вопрос №2. Является ли стоимость осциллографа гарантией более высоких его технических показателей?
Не всегда. При выборе следует задуматься в первую очередь о том, нужна ли дорогая модель именно для ваших измерений. Ведь многие технические функции и «навороты» могут просто «простаивать» из-за ненадобности.
Вопрос №3. Прибор больше не может выполнять поставленные задачи в связи с их усложнением. Что делать? Покупать новый?
Некоторые серии осциллографов от известных производителей позволяют увеличить в будущем полосу пропускания, то есть выполнить апгрейд. Для этого не требуется куда-то отвозить прибор, достаточно просто купить цифровой ключ и ввести код в соответствующем меню.
Вопрос №4. Иногда случаются настолько кратковременные аномалии, которые осциллограф не может воспроизвести на экране. Как их обнаружить?
С обнаружением суперкратковременных аномалий отлично справляется функция цифровой подсветки (люминофор), отображающая на экране иным цветом редко происходящие события.
Благодаря этому они хорошо видны на экране.
Вопрос №5. Может ли недорогой прибор, исправно работающий в лабораторных условиях, использоваться для решения более серьезных задач для более сложного оборудования?
Вряд ли. Цена все же во многом зависит от технических параметров осциллографа. Для решения более сложных задач придется либо апгрейдить имеющийся прибор (если это возможно), либо приобретать новый. Профессиональные осциллографы не могут стоить дешевле 1500 тысяч долларов. Читайте также статью: → «Способы измерения сопротивления заземления, используемые приборы».
Типичные ошибки при выборе и работе с осциллографом
- Огромное количество ошибок при пользовании осциллографом возникает по причине того, что пользователь сам не знает о всех особенностях и возможностях прибора. Потому перед работой необходимо не только изучить инструкцию, но и посоветоваться с более опытными пользователями. В том числе и на специализированных интернет-форумах.
- Для работы с гальванически изолированными узлами оборудования или с высоким напряжением ошибкой является использование осциллографа, каналы которого зависимы между собой. Также каждый канал должен быть хорошо изолирован от сети питания самого осциллографа и от других каналов прибора. К серьезным ошибкам, недопустимы для соблюдения точности измерений аналоговым осциллографом, может привести применение неправильно компенсированного пробника.
Оцените качество статьи:
Что такое осциллограф и как им пользоваться
Начинающим подробно о осциллографе, о том что это за измерительный прибор, как он работает и как используется в радиоэлектронике.
Как работает осциллограф
Осциллограф, в прямом смысле слова, является глазами радиолюбителя. Он позволяет не только оценить какие-то основные физические характеристики сигнала (напряжение, частота, сила тока), но и буквально увидеть график функции исследуемого сигнала, увидеть какие-то отклонения сигнала от нормы, искажения его формы, наличие помех и паразитных импульсов или сигналов.
Экран осциллографа представляет собой координатную плоскость с осями X и Y, а поступающие на его вход сигналы отображаются на этой плоскости как алгебраические функции.
В настоящее время существует множество типов осциллографов, как обычных аналоговых, отображающих сигналы на экране электронно-лучевой трубки, так и цифровые и компьютерные.
Как бы не был устроен осциллограф, и каким бы способом, электронным аналоговым или цифровым, программным не происходило построение функции, всегда одно и тоже, — на экране отображается зависимость сигнала Y от сигнала X, или от сигнала Y от шкалы времени, выложенной на ось X.
Рис. 1. Схематическое изображение электронно-лучевой трубки.
В основе обычного осциллографа лежит электронно-лучевая трубка, — вакуумный прибор, состоящий из экрана, покрытого слоем люминофора и электронной пушки, создающей электронный луч, направленный на этот экран. В месте попадания луча на экран люминофор светится, и мы видим светящуюся точку.
Еще есть пластины горизонтального и вертикального отклонения. Ма рисунке 1 изображена схематически электронно-лучевая трубка, направленная экраном на вас, уважаемый читатель.
Рис. 2. Как отклоняется луч, если подать напряжение на пластины Y.
Круг -это корпус трубки, прямоугольник — экран, покрытый люминофором, а четыре черточки, обозначенные Х1, Х2, Y1, Y2 — это пластины горизонтального (X) и вертикального отклонения (Y). Точка в центре — «отпечаток» электронного луча на люминофоре.
Как уже было сказано, пушка электроннолучевой трубки создает поток электронов (электронный луч), который направлен в сторону экрана. Когда на этот луч не воздействуют никакие электрические или магнитные поля он летит себе в центр экрана.
Отколоняющие платины расположены с четырех сторон от луча, и если на них подать какое-то напряжение луч отклонится в сторону пластины под положительным потенциалом. Величина этого отклонения будет пропорциональна величине этого потенциала.
Рис. 3. Как отклоняется луч, если подать напряжение на пластины Х.
На рисунке 2 показано как отклоняется луч, если подать напряжение на пластины Y, причем, на Y2 — отрицательный полюс, а на Y1 — положительный. Если сменить полярность, — отклонение будет в другую сторону от среднего положения. Аналогичным образом отклоняется луч и при подаче напряжения на пластины X (рис. 3). А вот на рис. 4 показано что будет, если под напряжением будут и горизонтальные (X) и вертикальные (Y) пластины.
Так, изменяя напряжение на пластинах вертикального и горизонтального отклонения можно «гонять» луч как угодно по экрану, и вырисовывать им любые фигуры. При быстром перемещении луча, благодаря известному свойству человеческого зрения, и послесвечению люминофора электроннолучевой трубки, точка превратится в линию, и на экране появится геометрическая фигура.
Рис. 4. Что будет если под напряжением горизонтальные (X) и вертикальные (Y) пластины.
Теперь понятно, что изменяя напряжение между пластинами X можно перемещать луч по горизонтали, а изменяя напряжение между пластинами Y -по вертикали.
Для подачи сигналов на каналы вертикального и горизонтального отклонения у осциллографа есть входы «У» и «X». Но, обычно, необходимо видеть не зависимость одного сигнала от другого, а зависимость сигнала, поданного на вход «У» от шкалы времени, выложенного на ось X.
Чтобы это было возможно в осциллографе есть генератор горизонтальной развертки, который вырабатывает напряжение, изменяющееся по «пилообразному» закону (рис. 5). Это напряжение подается на пластины горизонтального отклонения (X).
Рис. 5. Напряжение, изменяющееся по пилообразному закону.
Пилообразное напряжение плавно и равномерно возрастает, перемещая луч по горизонтали от одного края экрана до другого, а затем резко возвращает луч обратно. При обратном перемещении специальная схема гасит луч. В результате, на экране луч постоянно перемещается слева — направо, а быстрота перемещения луча зависит от степени «наклона» пилообразного напряжения (то есть, от его частоты).
При частоте развертки более 20 Гц мы уже видим на экране не перемещающийся луч, а горизонтальную линию (рис.
6). Причем положение этой линии по вертикали зависит от напряжения, поданного на вход У (на вертикальные пластины).
Например, если масштаб оси У установить 1V на деление (на экране осциллографа обычно нанесена масштабная сетка), то при подаче на вход У постоянного напряжения величиной, например, +2V, линия переместится вверх на два деления (рис. 7).
Рис. 6. Горизонтальная линия на экране осциллографа.
Рис. 7. Горизонтальная линия на экране осциллографа смещенная вверх.
Рис. 8. График функции напряжения от времени на экране осциллографа — синусоида.
Рис. 9. График функции напряжения от времени на экране осциллографа — прямоугольные импульсы.
Если на вход У подать переменное напряжение или импульсы, горизонтальная линия изогнется, нарисовав на экране график функции этого напряжения от времени (рис.8 и рис.9.). По масштабной сетке по вертикали можно определить амплитуду сигнала, а по горизонтальной — его период.
Промышленный осциллограф
А сейчас перейдем к изучению конкретного прибора, — осциллографа С1-65.
Это довольно старый и громоздкий прибор, в недавнем прошлом модель С1-65 (и С1-65А), можно сказать, была «хитом» радиоэлектронной промышленности. Ими оснащались практически все советские предприятия, производящие электронную технику военного и гражданского назначения.
Затем, после модернизации или закрытия, перепрофилирования, переоборудования предприятий, а так же, по истечении установленного срока эксплуатации, осциллографы С1-65 списывались и попадали к радиолюбителям или на радиорынки самым разными путями. Как бы там ни было, но С1-65 стал одним из самых распространенных осциллографов, доступных радиолюбителям. Следующим, в «списке популярности», был сервисный осциллограф С1-94, а далее «игрушки» -ОМ Л-2 и Н-313.
Обладателем какого бы осциллографа вы не являлись, все сказанное далее в отношении С1-65 будет в значительной степени справедливо и для вашего прибора.
На рисунке в тексте приводится схематическое изображение фронтальной панели С1-65. Панель осциллографа — светло-серого цвета зонирована по функциям синими тонкими линиями (на рисунке эти линии черные).
Для регулировки параметров луча есть ручки регулировки яркости и фокуса. Регулятором яркости регулируется не яркость всего экрана (как в телевизоре), а яркость только луча, или линии которую он выресовывает. Луч зеленого цвета. Регулятором фокуса добиваются чтобы линия (или точка) была наиболее тонкой.
Регулятор подсветки управляет яркостью лампочки, которая подсвечивает координатную сетку, расположенную перед экраном. Питание включается тумблером в нижнем правом углу.
Включив осциллограф первый раз вы можете не обнаружить на экране луча. Это может быть из-за того, что луч находится в зоне за пределами экрана или включен ждущий режим.
Чтобы выключить ждущий режим переключатель ждущего режима должен быть в крайне верхнем положении. «Поймать» луч и установить в центр экрана можно регулятором баланса (в других осциллографах он может быть обозначен как регулятор сдвига по вертикали) и регуляторами сдвига по горизонтали. Для регулировки луча по горизонтали есть две ручки — «грубо» (верхняя) и «точно» (нижняя).
Этими ручками можно сдвигать влево или вправо путь, по которому движется луч.
Скорость, с которой движется луч по экрану зависит от положения ручки регулировки развертки («время/деление»). Ручка сделана в виде пирамидки из двух ручек, — большой, изменяющей период развертки скачкообразно, и маленькой для плавной регулировки.
Если вы обе эти ручки повернете налево в крайние положения период развертки будет минимальным и на экране будет видна перемещающаяся слева направо точка (но это при условии, что переключатель развертки, распложенный над эими ручками переключен в крайне левое положение). Поворачивая эти ручки направо уменьшаем период развертки и скорость движения луча увеличивается. На отметке «5mS» (5 миллисекунд) точка превращается в линию.
Регулируя развертку нужно учесть, что значения, подписанные на шкале вокруг ручки скачкообразной регулировки развертки верны только тогда, когда ручка плавной регулировки находится в крайне правом положении.
Уменьшить период развертки в десять раз можно переключив переключатель, расположенный над ручками регулировки развертки, в среднее положение.
А если его переключить в правое положение, перемещением луча по горизонтали будет управлять не блок развертки осциллографа, а внешний сигнал, поданный на вход X.
Обычно требуется видеть функцию зависимости напряжения от времени. В этом случае развертка должна быть включена, а входной сигнал подают на вход Y, который может иметь три состояния, переключаемых переключателем входа Y.
В его крайне левом положении переключателя входа Y, вход непосредственно соединен с разъемом «вход Y». Так осциллограф будет показывать как постоянную, так и переменную составляющую исследуемого сигнала. В среднем положении вход Y выключен, а в крайне правом — он подключен через конденсатор, поэтому постоянную составляющую прибор, в этом положении переключателя, не показывает.
Рис. 1. Схематическое изображение фронтальной панели осциллографа С1-65.
Усиление усилителя вертикального отклонения регулируют двумя ручками, -переключателем V/деление и регулятором чувствительности Y, которые расположены одна на другой «пирамидкой».
Например, если мы установим переключатель в положение «1V/дел.», а ручку регулировки повернем в крайне правое положение, то при подаче на вход Y напряжения 1V луч переместится вверх на одно деление.
Теперь, когда все работает, давайте попробуем посмотреть наводки в вашем теле. Установите переключатель «время/деление» на «5 mS», переключатель «V/деление» — на «2V». Подключите к входу Y щуп (или просто всуньте в разъем кусок проволоки) и прикоснитесь к нему пальцами.
На экране появится синусоида, возможно искаженная (её форма зависит от того, какие наводки есть в вашем теле). Если синусоида будет смещаться по горизонтали или будет иметь вид нескольких хаотически движущихся синусоид, нужно повернуть ручку «уровень» так, чтобы изображение стабилизировалось.
По клеткам на экране, зная сколько вольт на деление приходится по вертикали, и сколько миллисекунд на деление приходится по горизонтали, можно примерно вычислить амплитуду и период сигнала, частоту.
В правой части фронтальной панели, вверху, расположены органы управления синхронизацией.
Синхронизация может быть внутренней (то есть, от входного сигнала, поданного на вход Y), от электросети или от внешнего источника, поступающего на вход X. Выбор — переключателем вида синхронизации.
В нашем случае, переключатель в верхнем положении (внутренняя). Ниже расположен калибратор, он представляет собой источник импульсов частотой 1 кГц или постоянного напряжения строго заданного уровня. Хотите увидеть как выглядят прямоугольные импульсы, — включите щуп, подключенный к входу Y в гнездо калибратора (переключатель калибратора должен быть в положении «1кГц»).
Переключите «время/деления» развертки так, чтобы были видны отдельные импульсы (например, в положение 0,2mS). Затем, поворотом ручки «уровень» добейтесь неподвижности изображения. Если нужно, измените масштаб по вертикали (V/деление).
Амплитуду импульсов калибратора можно регулировать от 20mV до 50V переключателем калибратора.
Продолжение:
- Осциллограф для начинающих, эксперименты с усилительным каскадом
- Практические упражнения по работе с осциллографом (RC-цепочки)
- Как работать с осциллографом, проверяем усилитель низкой частоты
Литература: 1. РК-07-2003, РК-08-2007.
Как пользоваться осциллографом и для чего он вообще нужен. Часть II
Это вторая часть ликбеза по осциллографам, а первая часть здесь.
- Вступление
- Амплитуда, частота, период
- Как измерить частоту
- Как измерить, оценить сдвиг фаз
Эта заметка будет постепенно пополняться простыми, но полезными приёмами работы с осциллографом.
Вступление
Главный вопрос, на который следует ответить: «что можно измерить с помощью осциллографа?» Как ты уже знаешь, этот прибор нужен для изучения сигналов в электрических цепях. Их формы, амплитуды, частоты. По полученным данным можно сделать вывод и о других параметрах изучаемой цепи. Значит с помощью осциллографа в основном можно (я не говорю про супер функции супер-современных приборов):
- Определить форму сигнала
- Определить частоту и период сигнала
- Измерить амплитуду сигнала
- Не напрямую, но измерить ток тоже можно (закон Ома в руки)
- Определить угол сдвига фазы сигнала
- Сравнивать сигналы между собой (если прибор позволяет)
- Определять АЧХ
- Забыл что-то упомянуть? Напомните в комментариях!
Все дальнейшие примеры следует делались с рассчетом на аналоговый осциллограф. Для цифрового всё тоже самое, но больше умеет, чем аналоговый и в определённых вопросах снимает необходимость думать там, где можно просто показать цифру. Хороший инструмент таким и должен быть.
Итак, перед работой следует подготовить прибор: поставить на стол, подключить к сети =) Да ладно, шучу. Но если есть возможность, то следует его заземлить. Если есть встроенный калибратор, то по инструкции к прибору надо его откалибровать. (подсказка: инструкции есть в сети).
Подключать свой осциллограф к исследуемой цепи ты будешь с помощью щупа. Это такой коаксильный провод, на одном конце которого разъем для подключения к осциллографу, а на втором щуп и заземление для подключения к исследуемой цепи. Какой попало провод в качестве щупа использовать нельзя. Только специальные щупы. Иначе вместо реальной картины дел увидишь чушь.
Я не буду рассматривать каждый регулятор осциллографа подробно. В сети есть море таких обзоров. Давай лучше учиться как проводить любительские измерения: будем определять амплитуду, частоту и период сигнала, форму, полосу пропускания усилителя, частоту среза фильтра, уровень пульсаций источника питания и т.д. Остальные хитрости и приёмы придут с практикой. Тебе понадобится осциллограф и генератор сигнала.
Виды сигналов
Буду говорить без барских штучек, по-мужицки. На экране осциллографа ты будешь видеть либо синусоидальный сигнал, либо пилу, либо прямоугольнички, либо треугольный сигнал, либо просто какой-нибудь безымянный график.
Все виды сигналов не перечесть. Да и сами сигналы не знают, что относятся к какому-то там виду. Так что твоя задача не названия запоминать, а смотреть на экран и быстро соображать, что означает увиденное на нём, какой процесс идёт в цепи.
Амплитуда, частота, период
Осциллограф умеет измерять как постоянное, так и переменное напряжение. У всех приборов для этого есть два режима: измерение только переменного сигнала, измерение постоянного и переменного одновременно.
Это значит, что если ты выберешь измерение переменного сигнала и подключишь щуп к батарейке, то на экране прибора ничего не изменится. А если выберешь второй режим и проделаешь тоже самое, то линия на экране прибора сместится приблизительно на 1.6В вверх (величина ЭДС пальчиковой батарейки). Зачем это нужно? Для разделения постоянной и переменной составляющей сигнала!
Пример. Решил ты измерить пульсации в только что собранном источнике постоянного напряжения на 30В. Подключаешь к осциллографу, а луч убежал далеко вверх. Для того, чтобы удобно наблюдать сигнал придется выбрать максимальное значение В/дел на клетку. Но тогда ты пульсаций точно не увидишь. Они слишком малы. Что делать? Переключаешь режим входа на измерение переменного напряжения и крутишь ручку В/Дел на масштаб в разы поменьше. Постоянная составляющая сигнала не пройдет и на экране будут показываться только только пульсации источника питания.
Амплитуду переменного напряжения легко определить зная цену деления В/дел и просто посчитать число клеток по оси ординат, которые занимает этот сигнал от нулевого значения (среднего), до максимального.
Если посмотреть на экран осциллографа на картинке выше и предположить, что В/дел = 1В, тогда амплитуда синусоиды будет 1.3В.
А если предположить, что Время/дел (развертка) установлено в 1 миллисекунду, тогда период этой синусоиды будет занимать 4 клетки, а зачит период T = 4 мс. Легко? Давай теперь вычислим частоту этой синусоиды. Частота и период связаны формулой: F = 1/T (Т в секундах). Следовательно F = 1/ (4*10-3) и равняется 250 Гц.
Конечно, это очень грубая прикидка, которая годится только для вот таких чистеньких и красивых сигналов. А если подать вместо чистой синусоиды какую-нибудь музыкальную композицию, то в ней будет множество разных частот и на глазок уже не прикинешь. Чтобы определить какие частоты входят в эту композицию потребуется анализатор спектра. А это уже другой прибор.
Измерение частоты
Как я уже писал выше, с помощью осциллографа можно измерять и частоту. А ещё можно не просто измерить частоту какого-нибудь синусоидального сигнала, а даже сравнить частоты двух сигналов, к примеру, с помощью фигур Лиссажу.
Это очень удобно, когда хочется, например, откалибровать собранный своими руками генератор сигналов, а частотомера под руками нет. Тогда и приходят на помощь фигуры Лиссажу. Жаль не все аналоговые осциллографы могут их показывать.
Сдвиг фаз
Частенько бывает так, что фаза тока и фаза напряжения расходятся. Например, после прохождения через конденсатор, индуктивность или целую цепь. И если у тебя есть двухканальный осциллограф, то легко можно посмотреть как сильно отличаются фазы тока и напряжения (А если есть современный цифровой, то там есть даже специальная функция для измерения сдвига фаз. Круто!). Для этого следует подключить осциллограф вот таким образом:
Что еще почитать про осциллографы?
- Как пользоваться осциллографом и для чего он вообще нужен. Часть I
- Б. Иванов. Осциллограф — ваш помощник.
- В. Новопольский. Работа с осциллографом
- Афонский, Дьяконов. Измерительные приборы и массовые электронные измерения
- Осциллографы Основные принципы измерений (Пособие от Tektronix)
- Оценка разности фаз с помощью фигур Лиссажу
Как пользоваться осциллографом
0
Как пользоваться осциллографом
Осциллограф — это прибор, предназначенный для исследования амплитудных и временных параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход. Вопрос, как пользоваться осциллографом, требует развернутого ответа и предполагает множество нюансов в зависимости от вида прибора. Но основные положения, характерные для наиболее простых и доступных по цене цифровых осциллографов, служат базой для последующего освоения сложных моделей.
Управление
Различают три основных вида осциллографов: традиционные аналоговые, получающие все большее распространение цифровые, и комбинированные аналогово-цифровые. Принцип работы всех их неизменен: регистрация изменения напряжения сигнала и демонстрация результата на экране. Некоторые модели осциллографов оснащаются также встроенным мультиметром и измеряют напряжение, частоты и периода тока, углы сдвига фаз сигнала.
Современные цифровые осциллографы, такие как Rohde & Schwarz RTB2K-COM4оснащены сенсорным экраном. С его помощью, намного удобнее работать с меню параметров и управлять работой прибора. Некоторые модели цифровых осциллографов позволяют создавать заметки и делать скриншоты прямо на приборе, с последующим копированием информации на карту памяти или флешку.
Как пользоваться осциллографом: общие сведения
Для подключения осциллографа к цепи допустимо использовать только специальные щупы – коаксиальные провода, один конец которых оснащен разъемом для соединения с прибором, а второй – щупом и заземлением.
В отличие от аналоговых приборов, современные цифровые осциллографы выводят на экран всю необходимую информацию в числовом формате, что не только облегчает работу, но и минимизирует вероятность ошибок. Каждый из видов измерений – напряжения, частоты, сдвига фаз – имеет свои особенности, так же, как и различные модели приборов. Поэтому полноценная работа с осциллографом требует наличия определенной подготовки, умений и опыта.
Посмотреть ассортимент и купить осциллографы вы можете на соответствующей странице нашего сайта. Получить консультацию специалистов вы можете в нашем магазине, по телефону или непосредственно на сайте с помощью формы обратной связи или онлайн-консультанта.
Перейти к разделу товаров0
Читать онлайн «Осциллограф-ваш помощник [Как работать с осциллографом]» автора Иванов Б. С. — RuLit
Иванов Б.С.
«ОСЦИЛЛОГРАФ — ВАШ ПОМОЩНИК»
(как работать с осциллографом)
Приложение к журналу «Радио»
Выпуск № 1
Без электронного осциллографа сегодня немыслимо быстро и качественно настроить практически любое устройство — от детекторного приемника до телевизора. Осциллограф — «глаза» радиолюбителя, позволяющие вторгаться в мир электронных процессов радиоконструкций, наблюдать форму сигнала и измерять его такие параметры, как амплитуду и длительность импульсов, скорость их нарастания и спада, амплитуду пульсаций выпрямленного напряжения, частоту электрических колебаний, напряжения в различных цепях каскадов. Осциллограф не только существенно упростит налаживание конструкций, но и поможет быстрее и лучше усвоить теоретические основы радиотехники, провести немало интересных опытов, экспериментов, разнообразных исследовательских работ.
Конечно, все это станет реальным лишь при хорошем знании устройства осциллографа, овладении методикой работы с ним.
Один из популярных и доступных для приобретения осциллографов сегодня ОМЛ-3М, выпускаемый Саратовским ПО им. С. Орджоникидзе. Он малогабаритен и удобен в работе, его параметры вполне соответствуют многим видам измерений, встречающихся в радиолюбительской практике. Его предшественником был ОМЛ-2М, а еще ранее — ОМЛ-2-76. О методике самых разнообразных измерений с помощью осциллографа этой серии и рассказывается в настоящей брошюре. Хотя, конечно, материал будет полезен и для владельцев других осциллографов.
В одной из последующих брошюр Приложения под таким же названием предполагается рассказать об электронных приставках к осциллографу, значительно расширяющих его возможности.
Немного теории
Слово «осциллограф» образовано от «осциллум» — колебание и «графо» — пишу. Отсюда и назначение этого измерительного прибора — отображать на экране кривые тока или напряжения в функции времени. Встречается и другое название этого прибора — осциллоскоп (от того же «осциллум» и «скопео» — смотрю) — прибор для наблюдения формы колебаний. И хотя второе название более точное, до сих пор в литературе бытует все же первое — осциллограф.
Основная деталь электронного осциллографа — электронно-лучевая трубка (рис. 1), напоминающая но форме телевизионный кинескоп, только значительно меньших габаритов. Экран трубки покрыт изнутри люминофором — веществом, способным светиться под «ударами» электронов. Чем больше поток электронов, тем ярче свечение той части экрана, куда они попадают.
Испускаются же электроны так называемой электронной пушкой, размещенной на противоположном от экрана конце трубки. Между пушкой и экраном размещены управляющие электроды — модулятор, регулирующий поток летящих к экрану электронов, два анода, создающих нужное ускорение пучка электронов и его фокусировку, и две пары пластин, с помощью которых электроны можно отклонять по горизонтальной (X) и вертикальной (Y) осям.
Экран электронно-лучевой трубки будет светиться лишь при подаче на ее электроды определенных напряжений. На нить накала обычно подают переменное напряжение, на управляющий электрод (модулятор) — постоянное отрицательной полярности по отношению к катоду, на аноды — положительное, причем на первом аноде (фокусирующем) напряжение значительно меньше, чем на втором (ускоряющем). На отклоняющие пластины подается как постоянное напряжение, позволяющее смещать пучок электронов в любую сторону относительно центра экрана, так и переменное, создающее линию развертки той или иной длины, а также «рисующее» на экране форму исследуемых колебаний.
Чтобы представить, как же получается форма колебаний на экране, изобразим условно экран трубки в виде окружности (хотя у трубки 6Л01И в ОМЛ-2М и ОМЛ-3М он прямоугольный) и поместим внутри ее отклоняющие пластины (рис. 2).
Если подвести к горизонтальным пластинам X1 и Х2 пилообразное напряжение, на экране появится светящаяся горизонтальная линия — ее называют линией развертки или просто разверткой. Длина ее зависит от амплитуды пилообразного напряжения.
Если теперь подать на другую пару пластин (вертикальных — Y1 и Y2), например, переменное напряжение синусоидальной формы, линия развертки в точности «изогнется» по форме колебаний и «нарисует» на экране изображение.
В случае равенства периодов синусоидального и пилообразного колебаний на экране будет изображение одной «синусоиды». При неравенстве же периодов на экране появится столько полных колебаний, сколько периодов их укладывается в периоде колебаний пилообразного напряжения развертки. В осциллографе есть регулировка частоты развертки, с помощью которой добиваются нужного числа наблюдаемых на экране колебаний исследуемого сигнала.
Как пользоваться цифровым осциллографом правильно. Измерение
Человек, знающий как пользоваться осциллографом, получает прекрасный инструмент. С помощь него можно искать неисправности в различных электронных устройствах, настраивать и отлаживать электрические схемы с переменными сигналами сложной формы.
А также контролировать их форму, временные и фазовые соотношения. Профессиональному разработчику и регулировщику без него не обойтись, но и на бытовом уровне этот прибор может быть очень полезен.
Конструкция и принцип действия осциллографа
Но вне зависимости от модели и конструкции главной особенностью осциллографа, отличающей его от других измерительных приборов, является то, что он позволяет визуально наблюдать форму переменного электрического сигнала в динамике.
Классическая конструкция осциллографа представляет собой индикатор на электронно-лучевой трубке. На горизонтальную отклоняющую систему которой подается пилообразная развертка от встроенного генератора, а на вертикальную — изучаемый сигнал.
Если входной сигнал периодический, то можно подобрать такую частоту горизонтальной развертки, чтобы она была кратна частоте периодического сигнала. Тогда на экране можно будет наблюдать неподвижную картину, повторяющую форму входного напряжения. Эта операция называется синхронизацией, а максимальная частота, с которой может работать прибор, является одной из его основных характеристик.
Постоянное напряжение на индикаторе будет отображаться в виде линии на уровне, зависящим от амплитуды, и осциллограф в этом случае работает как вольтметр.
Для удобства измерения на стекло индикатора нанесена градуировочная сетка с единицей измерения по вертикали (Y) амплитуды в вольтах, а по горизонтали (X) длительности (периода) в мс/мкс как обратной величины частоты. Соотношение периода колебаний и их частоты описывается формулами f = 1/t и t=1/f, где f — частота, а t — длительность. Периоду 1 мс (ms) соответствует частота 1 кГц, а 1 мкс (µs) — 1 МГц.
Подключение прибора
Для подключения осциллографа к исследуемой электрической цепи прибор комплектуется коаксиальным кабелем со щупом, содержащим «земляной» вывод. Оснащенный, как правило, зажимом типа «крокодил». А также сигнальный провод («фаза»), обычно с игольчатым контактом, позволяющим воткнуться в контактную площадку маленького размера.
Щупы могут быть сменными. Помимо стандартных, популярны аттенюаторные щупы, содержащие дополнительный резистор большого сопротивления. Он нужен для ослабления входного сигнала и расширения возможностей по измерению высоких напряжений без риска сжечь входной усилитель.
Управление и настройка осциллографа
У подавляющего большинства моделей настройка организована таким образом, что одна группа устанавливает амплитудные режимы, а вторая управляет разверткой.
Самым крупным и заметным органом амплитудной настройки является регулятор масштаба сигнала по оси Y, маркируемый «V/дел». Его функция — установить масштаб таким образом, чтобы изображение соответствовало размеру экрана.
Например, для измерения сигналов амплитудой 30V необходимо установить масштаб 10V на деление, тогда сигнал на экране будет достигать 3 делений. Конструктивно регулировка выполнена в виде вращающейся рукоятки со ступенчатым переключением. Имеется риска, указывающая на значение, выбранное из тех, которые расположены вокруг рукоятки.
Обычно присутствует еще дополнительная рукоятка плавной подстройки, скомпонованная с основной. Второй по важности орган управления — регулятор вертикального сдвига, перемещающий изображение сигнала вверх-вниз по вертикали. Это нужно как для калибровки прибора, так и для более точного измерения амплитуды. Смещение позволяет использовать для измерения весь экран и совмещать сигнал с линиями сетки.
На любом осциллографе также имеется тумблер переключения с прямого входа на емкостной (через конденсатор). Использование последнего позволяет отсечь постоянную составляющую и работать только с переменной составляющей сигнала. Что очень полезно, например, при оценке уровня шумов блока питания.
В группе управления разверткой центральным элементом является переключатель скорости развертки, маркируемый «Время/дел». Конструктивно он аналогичен переключателю масштаба сигнала, с ручками ступенчатого переключения и плавной подстройки. Этим переключателем выставляется значение в ms или µs на деление в соответствии с частотой исследуемого сигнала таким образом, чтобы на экране помещался один или несколько периодов.
Всегда имеется рукоятка горизонтального сдвига луча, маркируемая обычно стрелками вправо-влево. Используя эту рукоятку, можно подвести исследуемый участок под линии сетки для более точного измерения.
Все модели осциллографов имеют возможность вместо внутреннего генератора использовать внешний источник развертки. Именно с его помощью на экране получаются фигуры Лиссажу, по которым можно видеть соотношение частот и фаз двух сисусоид. Вход для внешней развертки маркируется «Вход Х» и располагается в группе управления разверткой.
Отдельную группу составляют настройки синхронизации. В нее входят переключатель «внутренняя-внешняя синхронизация», вход для внешней синхронизации и ручка точной подстройки.
Помимо этого, присутствуют технические органы управления:
- кнопка включения/выключения прибора;
- регулировка яркости и фокусировки луча электронно-лучевой трубки;
- включение подсветки шкалы экрана.
Измерение сигнала
Порядок измерения параметров периодического сигнала следующий:
- Зажим «земля» фиксируется на общем проводе схемы, а сигнальный щуп присоединятся в контролируемое место схемы, где будут сниматься показания.
- С помощью регулятора устанавливаем масштаб по вертикали таким образом, чтобы полезная информация помещалась на экране целиком и занимала большую ее часть.
- Регулятором частоты добиваемся того, чтобы на экране помещалось несколько периодов сигнала.
- Точной подстройкой частоты добиваемся стабильного изображения, чтобы картинка не плыла.
- Теперь, когда на экране установлено стабильное изображение, можно определить по экранной шкале его форму, амплитуду и период.
- Для более точного измерения можно использовать ручки смещения по вертикали и по горизонтали, подводя интересующие элементы изображения под перекрестье линий сетки.
Для того чтобы быть уверенным в точности показаний, необходимо соблюдать несколько простых требований:
- после включения осциллографа на ЭЛТ необходимо дать ему прогреться в течение 10-15 минут;
- после каждого включения прибор необходимо откалибровать. Большинство моделей имеет встроенный калибровочный генератор, выдающий прямоугольный сигнал с фиксированной амплитудой и частотой;
- прибор должен быть заземлен;
- сигнал с очень низкой частотой (до 10 Гц) при подключении через емкостный вход сильно искажается. Работа в этом режиме не рекомендуется.
Лучший способ обучения — практическая работа. Получив первые навыки работы с простым аналоговым осциллографом, в дальнейшем можно будет приступать к более сложным устройствам. Которые будут иметь дополнительные функции и расширенные возможности. Главное — наличие желания и интереса к электронной технике.
Как пользоваться осциллографом — видео
Уникальная статья на нашем сайте — electricity220.ru.
О других регулировках . Осциллограф-ваш помощник [Как работать с осциллографом]
Вот вы и познакомились с некоторыми ручками управления на лицевой панели осциллографа. А теперь о других регулировках. Под переключателем 6 длительностей развертки расположен переключатель 7 режима работы развертки. Если кнопка переключателя отжата (максимально выступает над панелью), генератор развертки работает в автоматическом режиме — генерирует пилообразное напряжение заданной длительности. Если же кнопка переключателя нажата (утоплена внутрь), генератор переходит в ждущий режим, т. е. «ожидает» прихода входного сигнала, и с его появлением запускается. Этот режим бывает необходим при исследовании сигналов, появляющихся случайно, либо при исследовании параметров импульса, когда его передний фронт должен быть в начале развертки.
В автоматическом режиме работы случайный сигнал может появиться в любом месте развертки, что усложняет его наблюдение. Удобства ждущего режима вы сможете оценить во время импульсных измерений описываемым осциллографом.
Ниже переключателя 7 находится ручка синхронизации 8 («СИНХР.»), которую можно поворачивать от крайнего левого положения (знак «—») до крайнего правого (знак «+»). Это регулировка синхронизации развертки от сигнала соответствующей полярности. Для чего она нужна? Если между генератором развертки и сигналом нет никакой связи, то начинаться развертка и появляться сигнал будут в разное время, и изображение сигнала на экране осциллографа будет перемещаться либо в одну, либо в другую сторону в зависимости от разности частот сигнала и развертки.
Чтобы остановить изображение, нужно засинхронизировать генератор, т. е. обеспечить такой режим работы, при котором начало развертки будет совпадать с началом появления периодического сигнала (скажем, синусоидального). Причем синхронизировать генератор можно как от внутреннего сигнала (он берется с усилителя вертикального отклонения), так и от внешнего, подаваемого на гнезда 12 «ВХОД х /СИНХР./». Выбирают тот или иной режим кнопкой 9 «ВНУТР.-ВНЕШН.» (при отжатой кнопке действует внутренняя синхронизация, при нажатой — внешняя).
Когда ручка 8 находится в крайнем левом положении («—»), генератор развертки синхронизируется отрицательным сигналом (или полупериодом синусоидального напряжения), а в крайнем правом («+») — положительным. В среднем положении («0») ручки синхронизация выключается. Кроме того, при перемещении этой ручки изменяется амплитуда синхронизирующего сигнала, что также способствует получению устойчивой синхронизации.
И последняя кнопка — 10 («РАЗВ.-ВХ.Х.»). Когда она отжата, на вход усилителя канала горизонтального отклонения поступает пилообразное напряжение и на экране видна линия развертки. Когда же кнопка нажата, вход усилителя подключается к гнездам «ВХОД х /СИНХР./». Теперь горизонтальная линия развертки будет получаться только при подаче сигнала на указанные гнезда. Причем чувствительность этого канала равна примерно 0,5 В/дел., т. е. для отклонения луча на 8 клеток масштабной сетки на гнезда нужно подать сигнал амплитудой не менее 4 В.
Такой режим работы осциллографа бывает нужен, например, при исследовании частотных и фазовых соотношений гармонических колебаний так называемым методом фигур Лиссажу, когда одни колебания подают на вход Y осциллографа, а другие — на вход X. С этим методом мы встретимся во время практических работ.
На задней стейке осциллографа можно увидеть гнездо, около которого стоит обозначение треугольного импульса. На это гнездо выведен сигнал генератора горизонтального отклонения — он бывает нужен при специальных видах измерений, например, при снятии амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) усилителей.
Как использовать осциллограф: Полное руководство по установке
Методы измерения осциллографом
Двумя основными осциллографическими измерениями, которые вы можете выполнить, являются:
- Измерения напряжения
- Измерения времени
Практически любое другое измерение основано на одном из этих двух фундаментальных методов.
В этом разделе обсуждаются методы использования осциллографа для визуального выполнения измерений с помощью экрана осциллографа.Это распространенный метод с аналоговыми приборами, который также может быть полезен для «быстрой» интерпретации изображений цифровых осциллографов.
Обратите внимание, что большинство цифровых осциллографов включают в себя автоматизированные измерительные инструменты, которые упрощают и ускоряют общие задачи анализа, тем самым повышая надежность и достоверность ваших измерений. Однако знание того, как производить измерения вручную, как описано здесь, поможет вам понять и проверить автоматические измерения.
Измерения напряжения
Напряжение — это величина электрического потенциала, выраженная в вольтах, между двумя точками в цепи.Обычно одна из этих точек заземляется (ноль вольт), но не всегда. Напряжения также можно измерять от пика до пика. То есть от точки максимума сигнала до точки минимума. Будьте внимательны, чтобы указать, какое напряжение вы имеете в виду. Осциллограф — прибор для измерения напряжения. После того, как вы измерили напряжение, другие величины можно будет просто вычислить. Например, закон Ома гласит, что напряжение между двумя точками в цепи равно току, умноженному на сопротивление. Из любых двух из этих величин вы можете вычислить третье, используя формулу, показанную ниже.
Напряжение = ток x сопротивление
Еще одна удобная формула — это степенной закон, который гласит, что мощность сигнала постоянного тока равна напряжению, умноженному на ток. Вычисления для сигналов переменного тока более сложны, но суть в том, что измерение напряжения — это первый шаг к вычислению других величин. На рисунке 66 показано напряжение одного пика (V p ) и размах напряжения (V p – p ).
Рисунок 66 : Пиковое напряжение (В p ) и размах напряжения (В p-p ).
Самый простой метод измерения напряжения — это подсчет количества делений, которые охватывает осциллограмма на вертикальной шкале осциллографа. Регулировка сигнала для покрытия большей части дисплея по вертикали обеспечивает наилучшие измерения напряжения, как показано на рисунке 67. Чем большую площадь дисплея вы используете, тем точнее вы можете считывать результаты измерения.
Рисунок 67 : Измерьте напряжение на центральной вертикальной линии координатной сетки.
Многие осциллографы оснащены курсорами, которые позволяют автоматически выполнять измерения формы сигнала без необходимости считать отметки на сетке.Курсор — это просто линия, которую можно перемещать по дисплею. Две горизонтальные линии курсора можно перемещать вверх и вниз, чтобы ограничить амплитуду сигнала для измерения напряжения, а две вертикальные линии перемещаются вправо и влево для измерения времени. Показания показывают напряжение или время в их положениях.
Измерения времени и частоты
Вы можете измерять время, используя горизонтальную шкалу осциллографа. Измерения времени включают измерение периода и ширины импульсов.Частота — это величина, обратная периоду, поэтому, если вы знаете период, частота делится на единицу, деленную на период. Как и измерения напряжения, измерения времени становятся более точными, если вы настраиваете часть измеряемого сигнала, чтобы покрыть большую область дисплея, как показано на рисунке 68.
Рисунок 68 : Измерьте время по центральной горизонтальной линии координатной сетки.
Измерение ширины импульса и времени нарастания
Во многих приложениях важны детали формы импульса.Импульсы могут искажаться и вызывать сбои в работе цифровой схемы, а синхронизация импульсов в последовательности импульсов часто бывает значительной.
Стандартными измерениями импульсов являются время нарастания и ширина импульса. Время нарастания — это время, необходимое импульсу для перехода от низкого к высокому напряжению. Обычно время нарастания измеряется от 10% до 90% полного напряжения импульса. Это устраняет любые неровности на переходных углах импульса.
Ширина импульса — это время, которое требуется импульсу для перехода от низкого уровня к высокому и снова к низкому уровню.Обычно ширина импульса измеряется при 50% от полного напряжения. Рисунок 69 иллюстрирует эти точки измерения.
Рисунок 69 : Точки измерения времени нарастания и ширины импульса.
Импульсные измерения часто требуют точной настройки запуска. Чтобы стать экспертом в захвате импульсов, вы должны научиться использовать задержку запуска и как настроить цифровой осциллограф на сбор данных до запуска, как описано в главе 4 — Системы осциллографа и элементы управления. Горизонтальное увеличение — еще одна полезная функция для измерения импульсов, поскольку она позволяет видеть мелкие детали быстрого импульса.
Узнайте больше об использовании осциллографа в Центре обучения осциллографов и загрузите наш плакат «Основы осциллографа» с пошаговыми инструкциями по настройке осциллографа и повесьте его в своей лаборатории. Если вы не приобрели осциллограф или хотите обновить его для выполнения более сложных тестов, приобретите осциллографы Tektronix сегодня.
Как пользоваться осциллографом
Введение
Вы когда-нибудь обнаруживали, что при поиске неисправностей в цепи вам требуется больше информации, чем может предоставить простой мультиметр? Если вам нужно получить информацию, такую как частота, шум, амплитуда или любые другие характеристики, которые могут измениться со временем, вам понадобится осциллограф!
О-образные диафрагмы— важный инструмент в лаборатории любого инженера-электрика.Они позволяют видеть электрические сигналы , поскольку они меняются с течением времени, что может иметь решающее значение для диагностики, почему ваша схема таймера 555 не мигает правильно или почему ваш генератор шума не достигает максимальных уровней раздражения.
Цифровое аналоговое открытие 2
В наличии TOL-13929Digilent Analog Discovery 2 — это USB-осциллограф и многофункциональный прибор, который позволяет пользователям измерять, контролировать…
14HAMlab — 160-6 10 Вт
Осталось всего 3! WRL-15001HAMlab — это полнофункциональный SDR-трансивер с диапазоном 160-10 м и выходной мощностью 10 Вт, построенный на платформе STEMlab…
рассматривается в этом учебном пособии
Это руководство предназначено для ознакомления с концепциями, терминологией и системами управления осциллографов.Он разбит на следующие разделы:
- Основы O-Scopes — Введение в осциллографы, что они измеряют и почему мы их используем.
- Oscilloscope Lexicon — Глоссарий, охватывающий некоторые из наиболее распространенных характеристик осциллографов.
- Анатомия осциллографа — Обзор наиболее важных систем осциллографа — экрана, элементов управления по горизонтали и вертикали, триггеров и пробников.
- Использование осциллографа — Советы и рекомендации для тех, кто впервые использует осциллограф.
Мы будем использовать Gratten GA1102CAL — удобный цифровой осциллограф среднего уровня — в качестве основы для обсуждения осциллографа. Другие o-области могут выглядеть иначе, но все они должны иметь одинаковый набор механизмов управления и интерфейса.
Рекомендуемая литература
Прежде чем продолжить изучение этого руководства, вы должны быть знакомы с приведенными ниже концепциями. Ознакомьтесь с руководством, если хотите узнать больше!
Видео
Основы O-Scopes
Основное назначение осциллографа — графическое представление электрического сигнала, изменяющегося во времени .Большинство осциллографов создают двумерный график с временем по оси x и напряжением по оси y .
Пример дисплея осциллографа. Сигнал (в данном случае желтая синусоида) отображается на горизонтальной оси времени и вертикальной оси напряжения.
Элементы управления, окружающие экран осциллографа, позволяют регулировать масштаб графика как по вертикали, так и по горизонтали, что позволяет увеличивать и уменьшать масштаб сигнала.Есть также элементы управления для установки триггера на прицеле, который помогает сфокусировать и стабилизировать изображение.
Что могут измерить прицелы?
В дополнение к этим основным функциям многие осциллографы имеют инструменты измерения, которые помогают быстро определять частоту, амплитуду и другие характеристики формы сигнала. Как правило, осциллограф может измерять характеристики как по времени, так и по напряжению:
- Временные характеристики :
- Частота и период — Частота определяется как количество повторений сигнала в секунду.И период является обратной величиной (количество секунд, которое занимает каждый повторяющийся сигнал). Максимальная частота, которую может измерить осциллограф, варьируется, но часто она находится в диапазоне 100 МГц (1E6 Гц).
- Рабочий цикл — Процент периода, когда волна является либо положительной, либо отрицательной (есть как положительные, так и отрицательные рабочие циклы). Рабочий цикл — это соотношение, которое показывает, как долго сигнал «включен» по сравнению с тем, как долго он «выключен» в каждом периоде.
- Время нарастания и спада — Сигналы не могут мгновенно переходить от 0 В до 5 В, они должны плавно нарастать.Продолжительность волны, идущей от нижней точки к верхней точке, называется временем нарастания, а время спада измеряет обратное. Эти характеристики важны при рассмотрении того, насколько быстро цепь может реагировать на сигналы.
- Характеристики напряжения :
- Амплитуда — Амплитуда — это мера величины сигнала. Существует множество измерений амплитуды, включая размах амплитуды, который измеряет абсолютную разницу между точкой высокого и низкого напряжения сигнала.Пиковая амплитуда, с другой стороны, измеряет только то, насколько высокий или низкий сигнал превышает 0 В.
- Максимальное и минимальное напряжение — осциллограф может точно сказать вам, насколько высоким и низким становится напряжение вашего сигнала.
- Среднее и среднее напряжение — Осциллографы могут вычислять среднее или среднее значение вашего сигнала, а также могут сообщать вам среднее значение минимального и максимального напряжения вашего сигнала.
Когда использовать O-Scope
o-scope полезен в различных ситуациях поиска и устранения неисправностей, в том числе:
- Определение частоты и амплитуды сигнала, которые могут иметь решающее значение при отладке входа, выхода схемы или внутренних систем.По этому вы можете определить, неисправен ли какой-либо компонент в вашей цепи.
- Определение уровня шума в вашей цепи.
- Определение формы волны — синуса, квадрата, треугольника, пилообразной формы, сложной формы и т. Д.
- Количественное определение разности фаз между двумя разными сигналами.
Осциллограф Lexicon
Научиться пользоваться осциллографом — значит познакомиться со всей лексикой терминов.На этой странице мы познакомим вас с некоторыми важными модными словечками o-scope, с которыми вам следует ознакомиться, прежде чем включать его.
Основные характеристики осциллографаНекоторые прицелы лучше других. Эти характеристики помогают определить, насколько хорошо вы можете ожидать от прицела:
- Полоса пропускания — Осциллографы чаще всего используются для измерения сигналов определенной частоты. Однако ни один прицел не идеален: у всех есть пределы того, насколько быстро они могут видеть изменение сигнала.Полоса пропускания осциллографа определяет диапазон частот , который он может надежно измерить.
- Цифровой и аналоговый — Как и большинство всего электронного, осциллографы могут быть аналоговыми или цифровыми. Аналоговые осциллографы используют электронный луч для прямого отображения входного напряжения на дисплей. Цифровые осциллографы включают микроконтроллеры, которые дискретизируют входной сигнал с помощью аналого-цифрового преобразователя и отображают это показание на дисплее. Как правило, аналоговые осциллографы старше, имеют меньшую полосу пропускания и меньше функций, но они могут иметь более быстрый отклик (и выглядеть намного круче).
- Количество каналов — Многие осциллографы могут считывать более одного сигнала одновременно, отображая их все на экране одновременно. Каждый сигнал, считанный осциллографом, подается в отдельный канал. Очень распространены осциллографы от двух до четырех каналов.
- Частота дискретизации — Эта характеристика уникальна для цифровых осциллографов, она определяет, сколько раз в секунду считывается сигнал. Для областей с более чем одним каналом это значение может уменьшиться, если используется несколько каналов.
- Время нарастания — Указанное время нарастания осциллографа определяет самый быстрый нарастающий импульс, который он может измерить. Время нарастания осциллографа очень тесно связано с полосой пропускания. Его можно рассчитать как
Время нарастания=0,35/Пропускная способность. - Максимальное входное напряжение — Каждая электроника имеет свои пределы, когда дело касается высокого напряжения. Все осциллографы должны быть рассчитаны на максимальное входное напряжение. Если ваш сигнал превышает это напряжение, есть большая вероятность, что прицел будет поврежден.
- Разрешение — разрешение осциллографа показывает, насколько точно он может измерять входное напряжение. Это значение может изменяться при настройке вертикального масштаба.
- Вертикальная чувствительность — Это значение представляет собой минимальное и максимальное значения вертикальной шкалы напряжения. Это значение указано в вольтах на деление.
- Time Base — Временная база обычно указывает диапазон чувствительности на горизонтальной оси времени. Это значение указывается в секундах на каждый div.
- Входное сопротивление — Когда частота сигнала становится очень высокой, даже небольшой импеданс (сопротивление, емкость или индуктивность), добавленный к цепи, может повлиять на сигнал. Каждый осциллограф добавляет к цепи, которую он считывает, определенное сопротивление, называемое входным сопротивлением. Входные импедансы обычно представлены как большое сопротивление (> 1 МОм), соединенное параллельно (||) с малой емкостью (в диапазоне пФ). Влияние входного импеданса более очевидно при измерении очень высокочастотных сигналов, и используемый пробник может помочь его компенсировать.
На примере GA1102CAL приведены характеристики, которые можно ожидать от прицела среднего класса:
| Характеристика | Значение |
|---|---|
| Полоса пропускания | 100 МГц |
| Частота дискретизации | 1 Гвыб / с (1E9 выборок в секунду) |
| Время нарастания канала | |
| Максимальное входное напряжение | 400 В |
| Разрешение | 8 бит |
| Вертикальная чувствительность | 2 мВ / дел — 5 В / дел |
| Развертка времени | / дел.|
| Входное сопротивление | 1 МОм ± 3% || 16 пФ ± 3 пФ |
Понимая эти характеристики, вы сможете выбрать осциллограф, который наилучшим образом соответствует вашим потребностям.Но вы все равно должны знать, как им пользоваться … на следующей странице!
Анатомия O-Scope
Хотя никакие осциллографы не создаются абсолютно равными, все они должны иметь некоторые общие черты, которые заставляют их функционировать одинаково. На этой странице мы обсудим некоторые из наиболее распространенных систем осциллографа: дисплей, горизонтальную, вертикальную, триггер и входы.
Дисплей
Осциллограф бесполезен, если он не может отображать информацию, которую вы пытаетесь проверить, что делает дисплей одним из наиболее важных разделов осциллографа.
Каждый дисплей осциллографа должен быть пересечен горизонтальными и вертикальными линиями, называемыми делениями . Масштаб этих делений изменен с помощью горизонтальной и вертикальной систем. Вертикальная система измеряется в «вольтах на деление», а горизонтальная — в «секундах на деление». Как правило, прицелы имеют 8-10 делений по вертикали (напряжение) и 10-14 делений по горизонтали (секунд).
Старые осциллографы (особенно аналоговые) обычно имеют простой монохромный дисплей, хотя интенсивность волны может варьироваться.Более современные осциллографы оснащены многоцветными ЖК-экранами, которые очень помогают отображать более одной формы сигнала за раз.
Многие дисплеи осциллографа расположены рядом с набором из пяти кнопок — сбоку или под дисплеем. Эти кнопки могут использоваться для навигации по меню и управления настройками осциллографа.
Вертикальная система
Вертикальная секция осциллографа управляет шкалой напряжения на дисплее. В этом разделе традиционно есть две ручки, которые позволяют индивидуально управлять вертикальным положением и вольт / дел.
Более критичная ручка вольт на деление позволяет вам установить вертикальный масштаб на экране. Вращение ручки по часовой стрелке уменьшает масштаб, а против часовой стрелки — увеличивает. Меньший масштаб — меньшее количество вольт на деление экрана — означает, что вы в большей степени «увеличиваете масштаб» формы волны.
Например, дисплей GA1102 имеет 8 делений по вертикали, а ручка вольт / дел может выбрать шкалу от 2 мВ / дел до 5 В / дел. Таким образом, при полном увеличении до 2 мВ / дел на дисплее может отображаться осциллограмма 16 мВ сверху вниз.Полностью уменьшенный, осциллограф может отображать сигнал в диапазоне более 40 В. (Зонд, как мы обсудим ниже, может еще больше увеличить этот диапазон.)
Положение Ручка управляет вертикальным смещением формы сигнала на экране. Поверните ручку по часовой стрелке, и волна будет двигаться вниз, против часовой стрелки — вверх по дисплею. Вы можете использовать ручку положения, чтобы сместить часть сигнала за пределы экрана.
Используя одновременно ручки положения и вольт / деления, вы можете увеличить только крошечную часть сигнала, которая вас больше всего волнует.Если у вас есть прямоугольная волна 5 В, но вы заботитесь только о том, насколько сильно она звенит по краям, вы можете увеличить нарастающий фронт, используя обе ручки.
Горизонтальная система
Горизонтальная часть осциллографа контролирует шкалу времени на экране. Как и в вертикальной системе, горизонтальный элемент управления дает вам две ручки: положение и секунды / дел.
Регулятор секунды на деление (с / дел) вращается для увеличения или уменьшения горизонтального масштаба.Если вы повернете ручку s / div по часовой стрелке, количество секунд, которое представляет каждое деление, уменьшится — вы «увеличите масштаб» временной шкалы. Поверните против часовой стрелки, чтобы увеличить шкалу времени и показать на экране большее количество времени.
Если снова использовать GA1102 в качестве примера, дисплей имеет 14 горизонтальных делений и может отображать от 2 нс до 50 с на деление. Таким образом, при полном увеличении по горизонтали осциллограф может показывать 28 нс формы волны, а при увеличении масштаба он может отображать сигнал, когда он изменяется в течение 700 секунд.
Регулятор положения может перемещать форму сигнала вправо или влево от дисплея, регулируя горизонтальное смещение .
Используя горизонтальную систему, вы можете настроить , сколько периодов сигнала вы хотите видеть. Вы можете уменьшить масштаб и показать несколько пиков и впадин сигнала:
Или вы можете увеличить масштаб и использовать ручку положения, чтобы показать только крошечную часть волны:
Система запуска
Раздел триггера посвящен стабилизации и фокусировке осциллографа.Триггер сообщает осциллографу, какие части сигнала «запускать» и начинать измерение. Если ваша форма волны периодическая , триггером можно управлять, чтобы дисплей оставался статичным и устойчивым. Плохо инициированная волна приведет к возникновению таких широких волн, как это:
Секция триггера осциллографа обычно состоит из ручки уровня и набора кнопок для выбора источника и типа триггера. Ручка уровня может быть повернута для установки триггера на определенную точку напряжения.
Ряд кнопок и экранных меню составляют остальную часть триггерной системы. Их основное назначение — выбор источника и режима запуска. Существует множество типов триггеров , которые управляют тем, как триггер активируется:
- Спусковой механизм Edge — это самая простая форма спускового механизма. Он заставит осциллограф начать измерение, когда напряжение сигнала перейдет на определенный уровень. Триггер по фронту может быть настроен на захват нарастающего или спадающего фронта (или обоих).
- Триггер импульс сообщает осциллографу ввести заданный «импульс» напряжения. Вы можете указать длительность и направление импульса. Например, это может быть крошечный скачок 0 В -> 5 В -> 0 В, или это может быть секундный провал с 5 В на 0 В, обратно на 5 В.
- Триггер крутизны наклона может быть настроен на запуск осциллографа по положительному или отрицательному наклону в течение заданного промежутка времени.
- Существуют более сложные триггеры, позволяющие сосредоточиться на стандартизированных формах сигналов, передающих видеоданные, например NTSC или PAL .Эти волны используют уникальный шаблон синхронизации в начале каждого кадра.
Обычно вы также можете выбрать режим запуска , который, по сути, сообщает осциллографу, насколько сильно вы относитесь к своему триггеру. В режиме автоматического запуска осциллограф может попытаться нарисовать сигнал, даже если он не запускается. Нормальный режим будет рисовать вашу волну, только если видит указанный триггер. И single mode ищет ваш указанный триггер, когда он его видит, он рисует вашу волну, а затем останавливается.
Зонды
Осциллограф хорош только в том случае, если вы действительно можете подключить его к сигналу, а для этого вам нужны пробники. Зонды — это устройства с одним входом, которые направляют сигнал от вашей схемы к осциллографу. У них есть острый наконечник , который исследует точку на вашей цепи. Наконечник также может быть оснащен крючками, пинцетом или зажимами, чтобы упростить фиксацию на цепи. Каждый пробник также включает зажим заземления , который следует надежно прикрепить к общей точке заземления на тестируемой цепи.
В то время как пробники могут показаться простыми устройствами, которые просто фиксируются на вашей схеме и передают сигнал в осциллограф, на самом деле многое нужно сделать в конструкции и выборе пробника.
В оптимальном случае зонд должен быть невидимым — он не должен влиять на ваш тестируемый сигнал. К сожалению, все длинные провода обладают собственной индуктивностью, емкостью и сопротивлением, поэтому, несмотря ни на что, они будут влиять на показания осциллографа (особенно на высоких частотах).
Существует множество типов пробников, наиболее распространенным из которых является пассивный пробник , входящий в состав большинства прицелов.Большинство «стандартных» пассивных пробников — это аттенуированный . Ослабляющие пробники имеют большое сопротивление, намеренно встроенное и шунтируемое небольшим конденсатором, что помогает минимизировать влияние длинного кабеля на нагрузку вашей цепи. Этот ослабленный пробник, подключенный последовательно к входному сопротивлению осциллографа , будет создавать делитель напряжения между вашим сигналом и входом осциллографа.
Большинство пробников имеют резистор 9 МОм для ослабления, который в сочетании со стандартным входным сопротивлением 1 МОм на осциллографе создает делитель напряжения 1/10.Эти зонды обычно называют 10X аттенуированные зонды . Многие пробники включают переключатель для выбора между 10X и 1X (без затухания).
Аттенюированные пробники отлично подходят для повышения точности на высоких частотах, но они также уменьшат амплитуду вашего сигнала. Если вы пытаетесь измерить сигнал очень низкого напряжения, вам, возможно, придется использовать пробник 1X. Вам также может потребоваться выбрать настройку на вашем осциллографе, чтобы сообщить ему, что вы используете ослабленный зонд, хотя многие осциллографы могут это обнаружить автоматически.
Помимо пассивного ослабленного пробника, существует множество других пробников. Активные пробники — это пробники с питанием (для них требуется отдельный источник питания), которые могут усилить ваш сигнал или даже предварительно обработать его, прежде чем он попадет в ваш осциллограф. Хотя большинство пробников предназначены для измерения напряжения, существуют пробники, предназначенные для измерения переменного или постоянного тока. Токовые пробники уникальны, потому что они часто зажимают провод, фактически не контактируя с цепью.
Использование осциллографа
Бесконечное разнообразие сигналов означает, что вы никогда не сможете использовать один и тот же осциллограф дважды. Но есть несколько шагов, на выполнение которых вы можете рассчитывать практически каждый раз, когда тестируете схему. На этой странице мы покажем пример сигнала и шаги, необходимые для его измерения.
Выбор и настройка датчика
Во-первых, вам нужно выбрать зонд. Для большинства сигналов простой пассивный пробник , входящий в комплект поставки осциллографа, будет работать идеально.
Затем, прежде чем подключать его к осциллографу, установите ослабление на пробнике. 10X — наиболее распространенный коэффициент затухания — обычно является наиболее всесторонним выбором. Однако, если вы пытаетесь измерить сигнал очень низкого напряжения, вам может потребоваться использовать 1X.
Подсоедините зонд и включите осциллограф
Подключите пробник к первому каналу осциллографа и включите его. Наберитесь здесь терпения, некоторые осциллографы загружаются так же долго, как и старый компьютер.
При загрузке осциллографа вы должны увидеть деления, масштаб и зашумленную ровную линию формы волны.
На экране также должны отображаться ранее установленные значения для времени и вольт на деление. Игнорируя пока эти шкалы, внесите эти корректировки, чтобы поместить ваш прицел в стандартную установку :
- Включите канал 1 и выключите канал 2.
- Установите канал 1 на Связь по постоянному току .
- Установите источник запуска на канал 1 — без внешнего источника или срабатывания по альтернативному каналу.
- Установите тип запуска на нарастающий фронт и режим запуска на автоматический (в отличие от одиночного).
- Убедитесь, что ослабление пробника осциллографа на вашем прицеле соответствует настройке на вашем пробнике (например, 1X, 10X).
Для получения помощи по настройке этих параметров обратитесь к руководству пользователя осциллографа (например, к руководству GA1102CAL).
Проверка датчика
Давайте подключим этот канал к значимому сигналу. Большинство осциллографов будут иметь встроенный частотный генератор , который излучает надежную волну заданной частоты — на GA1102CAL в правом нижнем углу передней панели имеется прямоугольный выходной сигнал частотой 1 кГц.Выход генератора частоты имеет два отдельных проводника — один для сигнала и один для заземления. Подключите заземляющий зажим пробника к земле, а наконечник пробника к выходу сигнала.
Как только вы подключите обе части зонда, вы должны увидеть, как сигнал начинает танцевать по вашему экрану. Попробуйте поиграть с помощью системных регуляторов горизонтального и вертикального , чтобы перемещать сигнал по экрану. Поворот регуляторов шкалы по часовой стрелке «увеличивает» осциллограмму, а против часовой стрелки — уменьшает.Вы также можете использовать ручку положения для дальнейшего определения вашего сигнала.
Если ваша волна все еще нестабильна, попробуйте повернуть ручку положения триггера на . Убедитесь, что триггер не выше самого высокого пика сигнала . По умолчанию тип триггера должен быть установлен по фронту, что обычно является хорошим выбором для таких прямоугольных волн.
Попробуйте повозиться с этими ручками, чтобы отобразить на экране один период вашей волны.
Или попробуйте уменьшить масштаб временной шкалы, чтобы отобразить десятки квадратов.
Компенсация затухающего пробника
Если ваш датчик настроен на 10X, и у вас нет идеально прямоугольной формы волны, как показано выше, вам может потребоваться компенсировать ваш датчик . Большинство пробников имеют утопленную головку винта, которую можно повернуть, чтобы отрегулировать шунтирующую емкость пробника.
Попробуйте использовать небольшую отвертку, чтобы повернуть этот триммер, и посмотрите, что происходит с осциллограммой.
Отрегулируйте подстроечный колпачок на ручке зонда так, чтобы получился прямоугольный сигнал с прямым краем и .Компенсация необходима только в том случае, если ваш зонд ослаблен (например, 10X), и в этом случае это критично (особенно если вы не знаете, кто использовал ваш прицел последним!).
Наконечники для пробников, срабатывания и масштабирования
После того, как вы скомпенсировали зонд, пришло время измерить реальный сигнал! Иди найди источник сигнала (генератор частоты ?, Террор-Мин?) И возвращайся.
Первый ключ к зондированию сигнала — найти прочную и надежную точку заземления . Прикрепите зажим заземления к известному заземлению, иногда вам, возможно, придется использовать небольшой провод для промежуточного звена между зажимом заземления и точкой заземления вашей цепи.Затем подключите наконечник пробника к тестируемому сигналу. Наконечники пробников существуют в различных форм-факторах — подпружиненный зажим, острие, крючки и т. Д. — постарайтесь найти тот, который не требует от вас постоянного удерживания его на месте.
⚡ Внимание! Будьте осторожны при установке заземляющего зажима при проверке неизолированной цепи (например, без батарейного питания или при использовании изолированного источника питания). При проверке цепи, которая заземлена на сетевую землю, обязательно подключите заземляющий зажим к стороне цепи , подключенной к сетевой земле .Это почти всегда отрицательная сторона / земля цепи, но иногда может быть и другая точка. Если точка, к которой подключен заземляющий зажим, имеет разность потенциалов, вы создадите прямое короткое замыкание и можете повредить вашу схему, осциллограф и, возможно, вас самих! Для дополнительной безопасности при проверке цепей, подключенных к сети, подключайте его к источнику питания через изолирующий трансформатор.Как только ваш сигнал появится на экране, вы можете начать с настройки горизонтального и вертикального масштабов, по крайней мере, так, чтобы приблизиться к вашему сигналу.Если вы исследуете прямоугольную волну 5 В и 1 кГц, вам, вероятно, понадобится значение вольта на деление где-то около 0,5-1 В и установите секунды / деление примерно на 100 мкс (14 делений покажут примерно полтора периода).
Если часть вашей волны поднимается или опускается за пределы экрана, вы можете отрегулировать вертикальное положение , чтобы переместить его вверх или вниз. Если ваш сигнал является чисто постоянным током, вы можете настроить уровень 0 В в нижней части дисплея.
После приблизительной настройки весов для сигнала может потребоваться запуск. Запуск по фронту — когда осциллограф пытается начать сканирование, когда видит повышение (или падение) напряжения выше заданного значения, — это самый простой в использовании тип. Используя триггер по фронту, попробуйте установить уровень триггера на точку на вашей форме сигнала, которая видит только нарастающий фронт один раз за период .
Теперь просто масштабируйте , позиционируйте, запускайте и повторяйте , пока не получите именно то, что вам нужно.
Отмерь дважды, отрежь один раз
При наличии сигнала с определенным диапазоном, запуском и масштабированием пора измерять переходные процессы, периоды и другие свойства формы сигнала.У некоторых осциллографов больше инструментов измерения, чем у других, но все они, по крайней мере, будут иметь деления, по которым вы сможете по крайней мере оценить амплитуду и частоту.
Многие осциллографы поддерживают различные инструменты автоматического измерения, они могут даже постоянно отображать самую важную информацию, например частоту. Чтобы получить максимальную отдачу от своей области, вы захотите изучить все функции измерения , которые он поддерживает. Большинство осциллографов автоматически рассчитают частоту, амплитуду, рабочий цикл, среднее напряжение и множество других волновых характеристик.
Используя инструменты измерения осциллографа, найдите V PP , V Max , частоту, период и рабочий цикл.
Третий измерительный инструмент, который предоставляют многие прицелы, — это курсора . Курсоры — это подвижные маркеры на экране, которые можно размещать либо на оси времени, либо на оси напряжения. Курсоры обычно бывают парами, поэтому вы можете измерить разницу между ними.
Измерение звона прямоугольной волны курсорами.
После того, как вы измерили искомую величину, вы можете приступить к корректировке вашей схемы и еще раз измерить! Некоторые осциллографы также поддерживают сохранение , печать или сохранение осциллограммы, поэтому вы можете вспомнить ее и вспомнить те старые добрые времена, когда вы определяли этот сигнал.
Чтобы узнать больше о возможностях вашего прицела, обратитесь к его руководству пользователя!
Как пользоваться осциллографом, учебное пособие для начинающих
Давай сделаем что-нибудь вместе
Привет, я Питер.
Я онлайн-преподаватель и создатель, автор Maker Education Revolution, KiCad Like a Pro и основатель Tech Explorations.
Я создаю весь контент на веб-сайте Tech Explorations.
Почему? Потому что, как я уже упоминал, я педагог и Творец, и у меня есть Миссия.
Моя миссия — помогать людям изучать электронику, программирование, проектирование печатных плат и многое другое. Самое главное, я хочу помочь как можно большему количеству людей получить удовольствие от своих приключений в области технологического образования.
После 15-летней карьеры преподавателя в университете я снова решил стать Творцом. Как и большинству из нас, в детстве мне было любопытно, и я узнал, как все работает, экспериментируя с ними (обычно это означало разбирать их и надеяться не потерять винты, когда я собирал вещи обратно).
Повзрослев, я стал инженером только для того, чтобы потерять детское любопытство во имя карьеры.
Я снова стал ребенком, когда получил свою первую Arduino. С его помощью я начал создавать вещи, возиться с компонентами, тестировать идеи. Несмотря на то, что я был «профессиональным педагогом», только сейчас я понял, насколько неправильными были мои последние 15 лет образования. Я был частично ответственен за то, что разрушил творческий потенциал тысяч студентов, точно так же, как мой был уничтожен во имя «настоящего взрослого».
Моя работа в Tech Explorations — учиться и творить. Я узнаю то, что мне интересно, и создаю образовательный контент. Этот контент — запись моего обучения.
Я создаю этот контент не для обучения «студентов». Я создаю его, чтобы помочь учащимся узнать то, что они хотят узнать.
В конце концов, мы все учимся и учимся друг у друга.
Я искренне надеюсь, что благодаря контенту, который я создаю в Tech Explorations, как можно больше людей будут вдохновлены возродить свое детское любопытство, учиться и создавать удивительные вещи.
Обучение носит социальный характер
Интернет произвел революцию в публикациях и обучении. Это самое большое хранилище знаний из когда-либо существовавших, и оно становится все больше и больше. Для всего, что вы хотите узнать, есть большая вероятность, что кто-то написал сообщение в блоге или снял видео об этом.
Отлично! Не совсем так. Несмотря на то, что существует множество отличного контента, многое из того, что доступно в Интернете, не имеет качества и, что самое важное, не имеет человеческой связи.
Лучшее обучение — социальное. Когда вы общаетесь с другими людьми, которые были там, где вы сейчас, вы учитесь быстрее и лучше. Вам есть к кому отступить, когда вам понадобится помощь, или обсудить идею, когда вы застряли.
В Tech Explorations мы поддерживаем наших студентов с помощью инструментов сообщества, потому что мы знаем, что это лучший способ учиться и преподавать.
Помощь — это часть обучения
Изучение новых навыков и технологий — это путешествие в неизведанную территорию.Гораздо лучше, если у вас есть карта, и даже лучше, если вы сможете попросить о помощи по радио.
В Tech Explorations мы вложили большие средства в наши средства коммуникации, чтобы гарантировать, что ни один студент не останется позади. У нас есть три уровня поддержки: форумы сообщества для каждого курса, инструмент вопросов и ответов на уровне лекций и служба поддержки.
Наш контент находится в режиме реального времени и отслеживается нашей командой, поэтому мы можем быстро отвечать на вопросы студентов. Скорость важна, потому что препятствия в обучении могут иметь разрушительный эффект в нашем учебном процессе, поэтому мы делаем все возможное, чтобы помочь нашим ученикам преодолеть их.
Сохраняйте спокойствие и продолжайте учиться
Мир и Интернет — очень шумные места. Многие «бесплатные» ресурсы для заработка больше похожи на шумные базары под открытым небом, с раздражающими отвлекающими факторами, которые стремятся помешать вам делать то, что вы хотите (чтобы узнать что-то новое), чтобы вы могли щелкнуть следующее видео (часто о кошке делает забавный трюк).
Одна только потеря концентрации приводит к многим сотням часов потери продуктивности обучения на одного учащегося в год.
Сможете ли вы научиться программировать Arduino в фуд-корте торгового центра? В каком-то смысле это то, что многие из нас делают.
В Tech Exploration мы создали спокойную обстановку, подходящую для иммерсивного обучения. Сконцентрируйтесь, выключите мобильный телефон, запустите видео лекции и продолжайте эксперимент.
Вот и все. Больше ничто не должно привлекать ваше внимание.
Путь вперед
На этой странице мы предоставили вам множество бесплатных и качественных учебных материалов, возможностей для практических экспериментов и даже более крупных проектов, которые вы можете использовать для закрепления своего обучения.И все это в спокойной, дружественной к учащимся среде.
Мне часто задают вопрос: «Что мне делать дальше?»
Люди, которые только что научились новому навыку, например, как заставить мигать светодиод или вращать мотор, часто бывают ошеломлены. Они только что осознали что-то новое, но им трудно понять, что будет дальше.
Это совершенно понятно, и я сам там был. На самом деле, я чувствую это каждый раз, когда узнаю что-то новое, изолированное от его возможностей.
Подумайте об этом: вы только что научились вращать мотор.Как из этого сделать робота? Как происходит переход от одного рабочего компонента к системе, объединяющей множество компонентов, в рабочий гаджет?
Лучший ответ, который я могу дать на этот вопрос, — это простой процесс плюс большая настойчивость (она понадобится вам, когда вы решите заняться чем-то важным):
- Вам нужен проект, который вас вдохновляет. Этот проект дает вам цель и даже путь (хотя вначале путь не ясен).Подумайте, о чем идет речь в проекте, и особенно о том, что он должен делать. Это («что он должен делать») и дает вам цель вашего проекта. Он понадобится вам на шаге 5 этого процесса.
- Вам необходимо проанализировать свой проект и разбить его на компоненты. Робот состоит из двигателей, контроллеров двигателей и микроконтроллеров, датчиков, программного обеспечения и рамы, объединяющей все вместе. Выясните, каковы основные компоненты вашего проекта.
- На основе вашего анализа, определит ваш уровень знаний в отношении компонентов проекта .Вы можете хорошо разбираться в моторах, но у вас не хватает сенсора.
- Спланируйте процесс создания прототипа. Эта часть процесса очень важна, потому что вам нужно принять несколько решений, которые включают оборудование, программное обеспечение и сборку гаджета, но также и обучение, которое вы должны принять, чтобы сделать это возможным. Вам не нужно знать все, прежде чем начать, но вам нужно выбрать место для начала. Если, например, вам нужно было построить колесного робота, вы могли бы начать с сборки колеса и двигателя, чтобы ваш робот мог двигаться, а датчики оставьте на потом.Почему? Потому что теперь вы знаете, как использовать моторы. Позже вы узнаете, как использовать датчики. Как и многое в жизни, начало — это половина всего, что вы делаете. Первая итерация придаст вам импульс и уверенность, необходимые для второй, третьей итерации, до последней итерации.
- Повторяйте, пока проект не будет завершен. Итерационный процесс прототипирования — ваш ориентир. Каждая итерация решает проблемы и создает новые. Новые проблемы обычно требуют, чтобы вы узнали что-то новое.Продолжайте, изучите это и вернитесь, чтобы продолжить текущую итерацию. Проект завершен, когда вы достигли цели, поставленной на шаге 1. Но вот загвоздка: в прототипировании, как и в жизни, все плавно. Ваша первоначальная цель была основана на ранних предположениях о том, чего вы хотели достичь, еще до того, как вы действительно проделали какую-либо работу для достижения этой цели. В процессе работы над своей целью цель меняется! Помните об этом и знайте, что это нормально. Наслаждайтесь процессом и достижением результата.
Это процесс, которому я следую в своих проектах, в том числе в моих книгах и курсах. Со временем вы научитесь лучше выбирать проекты и особенно анализировать их, чтобы то, что вы в конечном итоге создавали, было очень близко к вашей первоначальной цели.
Единственный способ развить навыки управления проектами и создания гаджетов — это сделать это.
И мы здесь, чтобы помочь вам 🙂
Как работают осциллографы — Объясните это, материал
Криса Вудфорда.Последнее изменение: 29 ноября 2020 г.
Вспышка … вспышка … вспышка … вспышка … woooooooooooooooo …. «Быстро медсестра, она разбилась … весла! »Никакая телевизионная больничная драма не быть полным без взгляда и звука кардиомонитора со стороны у постели больного. Мы все видели эти ярко освещенные следы прыжки вверх и вниз — но вы когда-нибудь задумывались, как именно они работают? Подобные кардиомониторы основаны на чем-то вроде электронного машина для рисования графиков, называемая осциллографом, которая очень похожа на старомодный телевизор.Давайте подробнее рассмотрим эти удобные инструменты и узнайте, как они работают!
Фото: Взрыв из прошлого! Представьте, что вы пытаетесь построить компактный осциллограф до того, как миниатюрные электронные компоненты были легко доступны. Это была проблема, которую ученые из Национального Бюро стандартов и Бюро аэронавтики ВМС США (BuAer) столкнулись еще в 1950-х годах до того, как они могли заполучить транзисторы. То, что они придумали, — это удивительно компактный прибор, Субминиатюрный радарный индикатор-осциллограф, который был выпущен в 1954–1956 годах.Фото любезно предоставлено Национальным институтом стандартов и технологий цифровых коллекций, Гейтерсбург, Мэриленд 20899.
Что такое осциллограф?
Фото: Типичная диаграмма / график. Это показывает устойчивый рост электронной коммерции в последние годы. Ось X (время) проходит горизонтально по странице; ось Y (доход) проходит вертикально вверх по странице. Предоставлено Бюро переписи населения США.
Вы почти наверняка рисовали диаграммы в школе и видели их в газеты.Многие из них показывают, как определенное количество чего-то (например, пульс, цена акций корпорации или обменный курс страны) меняется со временем: у них есть количество наносится в вертикальном направлении (известном как ось Y) и период времени, нанесенный в горизонтальном направлении (ось x). Проблема с такими диаграммами в том, что они могут занять целую вечность, чтобы сюжет — если, конечно, вы не осциллограф! Это удобный маленький гаджет, который автоматически рисует диаграммы, используя сигналы, которые вы ему подаете. зонды, подключенные к электронной схеме, научному прибору, или часть медицинского оборудования для наблюдения.
Для чего можно использовать осциллографы?
Фото: Электрик ВМС США использует осциллограф для проверки работоспособности электродвигатель на борту авианосца. Фото Паоло Баяса любезно предоставлено ВМС США.
Мы можем использовать осциллографы для просмотра всех видов сигналов во всех виды способов. Если вы когда-нибудь изучаете электронику, вы будете использовать осциллографы, чтобы наблюдать за изменением сигналов в цепях с течением времени; ты также могут найти неисправности в сломанных телевизорах, радиоприемниках и т. д. виды аналогичного оборудования.Пробники на типичном осциллографе позволяют вы подаете электрический ток через коаксиальные кабели, но это не значит, что осциллограф может измерять только электричество. Подключите преобразователь (который преобразует один вид энергии в другой), и вы можете использовать осциллограф для измерения практически всего. Например, вы можете использовать микрофон (тип преобразователя, который преобразует звуковую энергию в электрический сигнал) для изучения звука сигналы с осциллографа; вы можете использовать термопару ( преобразователь, преобразующий тепло в электричество) для измерения температуры изменения; или вы можете использовать пьезоэлектрический преобразователь (который генерирует электричество, когда вы его сжимаете) для изучения вибраций, таких как сердцебиение человека.
Одна из действительно полезных особенностей осциллографов — это то, как они превращают невидимые сигналы в то, что мы можем видеть и понимать. Так, например, вы не можете слышать ультразвук — звук за пределами диапазона человеческого слуха — по определению. Но вы можете очень легко увидеть и изучить его с помощью осциллографа. Точно так же осциллографы предоставляют людям с нарушениями слуха очень полезный способ видеть и изучать звуки. они могут быть не в состоянии оценить другими способами.
Фото: Сделать звук видимым.Вы можете использовать осциллографы как звуковые «визуализаторы». Фактически, это след от компьютерного визуализатора, в который я загрузил фрагмент Бетховена, но ничто не мешает вам делать аналогичные вещи с физическим осциллографом, подключенным к Hi-Fi (или приложением на вашем телефоне). .
Как работает осциллограф
Традиционный осциллограф работает почти так же, как и традиционное (с электронно-лучевой трубкой) телевидение; действительно, вы иногда увидите осциллографы, называемые электронно-лучевыми осциллографами или CRO.В телевизоре электронные лучи заставляются сканировать вперед и назад через экран с покрытием на спине специальными химическими веществами, называемыми люминофором. Каждый раз Луч попадает на экран, от него загораются люминофоры. За меньшее время чем нужно моргнуть, электронные лучи проходят через весь экран и создайте картинку, которую вы можете видеть. Затем они это делают все сначала. И опять. И опять. Итак, вы видите движущееся изображение вместо неподвижного. (Взгляните на нашу телевизионную статью, чтобы увидеть схему, показывающую Вы, как все это работает на практике.) В осциллографе электрон лучи работают точно так же, но вместо построения изображения они рисуют граф. Когда вы смотрите на линию на экране осциллографа, что вы на самом деле это электронный луч, качающийся вверх и вниз!
Вот что нужно отметить: электрические сигналы, поступающие в соединения x и y, эффективно становятся значениями x и y на вашей экранной диаграмме. Поскольку есть индивидуальный соответствие между этими двумя вещами, традиционный осциллограф аналоговое устройство.(Другой способ смотреть это значит, что след на экране — это аналог того, что вы изучения или измерения.)
Фотография: осциллограф рисует кривую (график) некоторой величины (нанесенной на ось y), которая изменяется со временем (нанесена на ось x). Один из распространенных паттернов, который вы увидите, — это плавно волнистая, змееподобная восходящая и нисходящая линия, которая называется синусоидальной волной или синусоидальной волной (зеленая верхняя линия). Другой довольно распространенный паттерн — это пилообразная волна (синяя ступенчатая кривая, показанная под синусоидой).Это демонстрационный снимок экрана Oscium, подключаемого осциллографа, который воспроизводит некоторые функции традиционного осциллографа на вашем смартфоне или планшете.
Графики электронные
Как на самом деле осциллограф рисует кривую? Представьте, что вы осциллограф! Представьте, что вы держите в руке карандаш в нулевой точке на кусочке. миллиметровой бумаги. Теперь предположим, что ваша рука привязана к двум электродвигатели, один из которых может перемещать его на точное количество по вертикали (y) направление (то есть вверх и вниз по странице), а другой может переместите его в горизонтальном (x) направлении (поперек страницы из стороны в боковая сторона).Двигатели подключены к электронной схеме, которая может дискретизировать сигналы разных типов.
Для начала предположим, что мы подключить x-цепь к электронному кварцу Часы. Каждый раз часы тикают, он посылает сигнал на двигатель x, который перемещает вашу руку немного правее. Итак, в течение нескольких секунд ваша рука постепенно перемещается вправо, рисуя горизонтальную линию по мере продвижения. Теперь предположим, что мы подключили Y-цепь к какой-то электронной прибор, определяющий сердцебиение человека.Если схемы x и y связаны одновременно, ваша рука будет перемещаться по странице, как и раньше, но каждый раз, когда сердце бьется, подпрыгивает вертикально, классический след сердцебиения, который вы видите в сериалах о больницах. Замените карандаш и миллиметровку электронным луч и экран телевизора, и вы можете точно увидеть, как осциллограф рисует его следы. Каждый раз, когда сигнал проходит через цепь y, электронный луч подпрыгивает. Все это время сигнал времени подает кривая перемещается слева направо по горизонтальной оси (x).
Иллюстрация: Как осциллограф рисует синусоидальную волну. 1) Внутри электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) электронная пушка (желтая) выпускает пучок электронов (зеленые точки) в направлении люминофорного экрана. 2) При отсутствии сигнала, подключенного к осциллографу, схема синхронизации питает катушки электромагнита (синие), которые заставляют электронный луч медленно перемещаться по экрану слева направо (эффективно запитывая ось x графика). 3) Когда вы подаете волнообразный сигнал (оранжевый) на щупы осциллографа, другая схема питает перпендикулярную пару катушек (красный), которые заставляют луч качать вверх и вниз.4) Действуя вместе, катушки заставляют электронные лучи перемещаться по восходящей и нисходящей, извивающейся дорожке (синусоидальная волна).
Как пользоваться осциллографом?
Все просто! Вы подключаете сигнал, который хотите изучить, к y-схему и используйте x-схему (иногда называемую временной разверткой), чтобы изучите, как сигнал меняется со временем. В качестве альтернативы вы можете подключить второй сигнал для x-цепи, а затем изучите, как y и x сигналы меняются вместе. Когда осциллограф включен и подключен в сигнал вы увидите след, образующийся на фоне экранная «миллиметровка» (известная как сетка, отмечены квадратами, называемыми делениями).
Если след слишком мал для правильного отображения, необходимо отрегулировать калибровка осей x и y — как при использовании другого размера масштабировать, когда вы рисуете диаграмму на бумаге. Если вы включите Контроль времени / деления (часто обозначается как Time / Div или Secs / Div), вы изменяете каждое деление экрана по оси X поэтому входящему сигналу требуется больше времени для прохождения. Например, если сердцебиение делает пульс каждую секунду и экран настроен до одной секунды на деление, вы получите пульс, появляющийся на каждом деление (линия) экрана.Если вы включите время / деление так что он установлен на 0,5 секунды на деление, импульсы будут распространяться на вдвое больше горизонтальной комнаты (потому что одна секунда времени сейчас представлен двумя делениями экрана). Вы можете настроить ось Y таким же образом (часто обозначается как «Вольт / деление» или «Вольт / деление»). Как правило, идея состоит в том, чтобы растянуть след и заполнить весь экран, чтобы вы могли использовать сетку для точных измерений.
Типы осциллографов
CRO и ЖК-дисплей
Фото: Типичный полноразмерный цифровой осциллограф.фото Брайан Рид любезно предоставил ВМС США.
Как мы уже видели, осциллографы изначально основывались на электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), которые относительно громоздкие, тяжелые, энергоемкий, ненадежный и дорогой. Так же, как у ЭЛТ-телевизоров сейчас во многом заменен на более удобный LCD технологии, поэтому многие осциллографы с ЭЛТ были заменены плоскими ЖК-экранами. Вместо использования движущихся электронных лучей для рисования следов ЖК-дисплей осциллографы используют цифровую электронику, чтобы нарисовать кривую вместо этого — эффективно имитируя то, что происходит со старшими технология.Осциллографы с ЖК-дисплеем, как правило, намного дешевле и дороже. компактные: их можно положить даже в карман!
Фото: Цифровые осциллографы намного меньше и портативнее, чем старомодные аналоговые. Это портативный осциллограф Fluke, который используется для проверки сигналы связи в стойке с электронным оборудованием сзади. Фото Эндрю Ли любезно предоставлено ВВС США.
В отличие от традиционных осциллографов, в которых используются полностью аналоговые технологии (отображение различных сигналов на экране, которые точно соответствуют к сигналам, которые вы в них подаете), ЖК-осциллографы обычно цифровой: они используют аналого-цифровые преобразователи для включения входящих (аналоговые) сигналы в числовую (цифровую) форму, а затем вместо этого выводят эти числа на экран.
Осциллографы с подключаемым модулем(USB)
Поскольку на вашем компьютере, планшете или смартфоне уже есть ЭЛТ- или ЖК-дисплей, нет необходимости не покупайте осциллограф для случайного использования в хобби. Такие компании, как Cleverscope, продают недорогие съемные осциллографы. (с USB-разъемами или эквивалентными выводами для мобильных устройств), которые имитируют схему в традиционном осциллографе и отображают кривую на вашем ПК или экране мобильного телефона. Как это удобно!
Приложения осциллографа
Поищите в своем любимом магазине приложений, и вы найдете немало совпадений по запросу «осциллограф», начиная от простых демонстрация трасс сигнала вплоть до полнофункциональных осциллографов, принимающих сигналы от подключаемых пробников.Основные приложения использовать микрофон как источник очень грубого сигнала. С помощью переходного кабеля USB для вашего мобильного телефона и вставного зонда, Ваш мобильный телефон мгновенно превращается в карманный осциллограф! Oscium производит самые известные съемные пробники осциллографов для iPhone / iPod Touch и Android, и, несомненно, они доступны и от других производителей.
Фото: вот скриншоты двух типичных приложений осциллографа. 1) Очень простое приложение Oscillo (доступное в обычных магазинах приложений) рисует простой график амплитуды любого звукового сигнала, который в настоящее время подается через микрофон вашего мобильного устройства.Это отличный способ продемонстрировать детям, как звуки разного тона и высоты создают волны разной формы. Здесь я напеваю один тон в свой мобильный телефон, чтобы сгенерировать приблизительную синусоидальную волну — и я могу изменять громкость и высоту звука и наблюдать, что происходит со следом, когда я это делаю. Что произойдет, если я свистну, напеваю или пытаюсь сделать свой голос похожим на трубу или флейту? Это отличное введение в осциллографы и гораздо более интересный интерактивный способ изучения волн, чем вы найдете в традиционных научных книгах.2) Немного более сложное приложение Sound Oscilloscope (от Denis Bolshoiden для Android) может рисовать ту же амплитудную кривую или, альтернативно (как показано здесь), частотную характеристику (FFT) звукового сигнала от вашего микрофона, что добавляет дополнительное измерение. к деятельности.
Как работает осциллограф?
Обзор осциллографов
Рисунок 1: Цифровой осциллограф в действии
По своей сути осциллограф позволяет вам наблюдать, как напряжение между двумя точками в цепи изменяется во времени.Например, если вам нужно измерить синусоидальное напряжение, ваш осциллограф может отобразить что-то похожее на рисунок 2.
Рисунок 2: Синусоидальная волна, измеренная осциллографом
Глядя на такие формы сигналов, вы можете понять, как цепь работает. Это может помочь вам определить потенциальные проблемы со схемой, охарактеризовать ее работу или просмотреть целостность сигнала по линии передачи. Эта статья поможет вам лучше понять основы осциллографа: Что такое осциллограф?
Самым популярным современным осциллографом является цифровой запоминающий осциллограф (DSO).Прежде чем мы рассмотрим, как работает DSO, давайте взглянем на его скромное начало.
Одной из первых попыток автоматизации системы преобразования электрических сигналов в отображение был ондограф Hospitalier в начале 1900-х годов. Это устройство, показанное на рисунке 3, основывалось на разряде конденсатора в гальванометр, на конце которого была ручка. При изменении напряжения перо двигалось вперед и назад, рисуя форму волны на листе бумаги с прокруткой.
Рисунок 3: Госпитальный ондограф
К сожалению, большинство электрических сигналов менялись слишком быстро для механической системы ондографа.В результате, для точного рисования на бумаге требовалось множество выборок сигнала.
В конце 1800-х годов ученые обнаружили, что субатомные частицы (теперь известные как электроны) будут двигаться по прямым линиям от катодного конца трубки Крукса. В результате ученые окрестили эти частицы «катодными лучами». В последующие годы другие ученые обнаружили, что эти лучи можно искривлять, прикладывая электрическое или магнитное поле.
В 1897 году немецкий физик и изобретатель Карл Фердинанд Браун построил первую электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) осциллографа, подав напряжение на вертикальные пластины над и под электронным пучком.Электронный луч попадет на люминофорную пластину на противоположном конце и раскрасит яркую точку. При изменении напряжения на пластинах точка будет танцевать вверх и вниз, как показано на рисунке 4.
Рисунок 4: Электронно-лучевая трубка с одним набором пластин
Джонатан Зеннек, физик и инженер-электрик из Королевства Вюртемберг ( теперь часть Германии), добавил в 1899 г. набор горизонтальных пластин к ЭЛТ, что позволило электронному лучу перемещаться вперед и назад по экрану. Имея возможность управлять вертикальным и горизонтальным движением, теперь мы можем построить график электрического сигнала на экране в реальном времени.
В следующем видео показано, как аналоговый осциллограф можно использовать для измерения напряжения в цепи:
Теперь, когда мы увидели, как появились аналоговые осциллографы, давайте разберемся в их работе. На рисунке 5 показано внутреннее устройство такой области (в виде блок-схемы) вместе с описанием каждого из компонентов.
Рисунок 5: Блок-схема аналогового осциллографа
Пробник: Элемент, который подключается к проверяемой цепи. Большинство пробников имеют два наконечника, поскольку осциллографы измеряют разность электрических потенциалов (напряжение) между двумя точками.
Усилитель / аттенюатор: Часто электрический сигнал необходимо усиливать (увеличивать по амплитуде) или ослаблять (уменьшать по амплитуде), чтобы эффективно отображать его пользователю или не повредить внутренние схемы осциллографа.
Система запуска: Триггер — это определяемое пользователем условие (например, пороговое значение напряжения), которое определяет, когда осциллограф должен начать рисовать сигнал. Это может быть чрезвычайно полезно при обнаружении спорадических импульсов в цепи или синхронизации дисплея с повторяющимся шаблоном, например синусоидальной волной, чтобы он выглядел устойчивым на экране.
Генератор развертки: Для управления горизонтальными пластинами в ЭЛТ генератор развертки создает повторяющуюся диаграмму напряжения пилообразной формы. Это заставляет луч перемещаться с одной стороны на другую в ЭЛТ. Частота и запуск генератора развертки устанавливаются пользователем.
Горизонтальный усилитель: Подобно усилителю, установленному после пробника, горизонтальный усилитель увеличивает амплитуду пилообразной волны от генератора развертки, чтобы он мог управлять горизонтальными пластинами в ЭЛТ.
CRT: Электронная пушка выстреливает постоянным потоком электронов на покрытый люминофором экран, который производит яркую точку. Два набора пластин контролируют отклонение балки. Вертикальные пластины напрямую контролируются напряжением, наблюдаемым на зонде, а горизонтальные пластины контролируются генератором развертки. Поскольку отклонение луча быстро изменяется, на экране появляется сплошная линия. Эта линия на дисплее отображает напряжение (как видно на датчике), изменяющееся во времени.
В 1980-х годах компания Nicolet Test Instrument создала первый цифровой запоминающий осциллограф (DSO), использующий относительно медленный (1 МГц) аналого-цифровой преобразователь (ADC). По мере развития цифровых технологий цифровые осциллографы становились быстрее, меньше и популярнее.
Современные DSO — это, по сути, компьютеры с высокопроизводительными АЦП, используемыми для измерения напряжения. Однако многие функции и интерфейс такие же, как и в старых аналоговых осциллографах, как показано на рисунке 6.
Рисунок 6: Использование современного цифрового запоминающего осциллографа
На Рисунке 7 показано внутреннее устройство цифрового запоминающего осциллографа.
Рисунок 7: Блок-схема цифрового запоминающего осциллографа
Пробник: Осциллографу требуется способ измерения напряжения между двумя точками в проверяемой цепи. У большинства пробников есть два наконечника, которые вы прикрепляете к разным узлам в вашей цепи.
Усилитель / аттенюатор: Большинство осциллографов имеют схемы, которые усиливают или ослабляют захваченные электрические сигналы, чтобы их можно было эффективно отобразить для пользователя и избежать повреждения компонентов внутри осциллографа.
Выбор триггера: Многие современные осциллографы позволяют выбирать между внутренним или внешним сигналом (от отдельного источника) для запуска отображения формы сигнала.
Логика управления: Логика или программное обеспечение, которое позволяет пользователю настраивать способ захвата и отображения сигналов. Логика управления аналогична горизонтальным элементам управления аналогового осциллографа, но часто предлагает больше возможностей.
ADC: Аналого-цифровой преобразователь производит выборку электрического сигнала из тестовой схемы через равные промежутки времени, заданные управляющей логикой.Эти выборки преобразуются в двоичные числа, которые хранятся в памяти.
Память: Цифровая информация, представляющая дискретизированный сигнал, хранится в памяти. Эта информация используется для восстановления близкого приближения к исходному электрическому сигналу на дисплее в графическом формате.
Развертка времени: Как установлено логикой управления, развертка времени управляет горизонтальной осью на дисплее. Пользователь может установить одну или несколько точек запуска, чтобы настроить временную развертку для захвата спорадических сигналов или удержания периодических сигналов, таких как синусоидальные волны, на дисплее.
Дисплей: Осциллограф берет данные из памяти, объединяет их с информацией из временной развертки и отображает форму сигнала на экране. Часто эта форма волны будет близким представлением первоначально дискретизированного сигнала с напряжением по оси Y и временем по оси X. В некоторых старых цифровых осциллографах в качестве дисплеев используются ЭЛТ, тогда как в большинстве современных цифровых осциллографов используются ЖК-дисплеи.
Развитие осциллографов
С момента своего изобретения осциллографы превратились в более умное и мощное испытательное оборудование.Осциллографы на базе ПК очень портативны и используют вычислительную мощность компьютера для анализа и отображения сигналов. Осциллографы с цифровым люминофором (DPO) добавляют функции, имитирующие способность аналогового осциллографа отображать частоту появления сигнала.
Осциллографы открыли путь для логических анализаторов, которые специализируются на отображении цифровых сигналов. В конце концов, эти две мощные части оборудования будут объединены в осциллограф смешанных сигналов (MSO). MSO могут отображать аналоговые сигналы так же хорошо, как осциллограф, при анализе цифровых сигналов, как логический анализатор.
Как пользоваться осциллографом
Умение пользоваться осциллографом очень полезно при создании электронных схем. Когда ваша схема не работает, это поможет вам понять, что происходит.
Я научился пользоваться осциллографом практически самостоятельно. В первый раз, когда я попробовал один, я получил только несколько простых инструкций, а затем я был предоставлен самому себе во всем разбираться.
Но я обнаружил, что это было не так уж и сложно…
Осциллограф может быть немного подавляющим со всеми своими функциями.Но не обязательно знать все детали. Вы действительно можете пройти долгий путь, зная всего несколько простых вещей.
Итак, я хочу передать вам эти простые вещи, чтобы вы могли начать пользоваться осциллографом самостоятельно.
Для чего нужен осциллограф?
Осциллограф измеряет напряжение во времени. Это означает, что он позволяет вам «видеть» сигнал в цепи по мере его изменения со временем.
Например, если вы измеряете напряжение до мигающего светодиода с помощью осциллографа, вы увидите что-то вроде этого:
Оранжевая линия представляет напряжение.Когда он находится сверху, напряжение высокое и горит светодиод. А когда он внизу, напряжение низкое и светодиод не светится.
Но когда это нужно?
Допустим, вы создали музыкальный проигрыватель. Но когда вы подключаете питание, оно не работает. Нет звука…
С помощью осциллографа вы можете измерить различные точки в вашей цепи, где должен быть звуковой сигнал, и посмотреть, есть ли он на самом деле или нет.
То, что вы не смогли бы сделать с мультиметром.
Это значительно упрощает отладку схемы:
Во-первых, вы можете измерить, где звуковой сигнал входит в цепь.
Нет сигнала? Ага! Тогда есть проблема с источником звука.
Если там есть сигнал, вы переходите к следующей части цепи, по которой проходит звук. Нет звука? Что ж, тогда проблема должна быть в этой части. И так далее…
Как пользоваться осциллографом
Типичный осциллограф выглядит так:
Все эти кнопки немного пугают, правда? Что ж, не волнуйтесь, я научу вас ярлыку за секунду.
Но сначала вам нужно подключить осциллограф к тому, что вы хотите измерить.
Провода, которые вы используете для измерения, называются зондами . Зонд поставляется в виде кабеля с двумя выводами и разъемом BNC для подключения к осциллографу:
Оригинальное фото Нуно Ногейры с Wikimedia CommonsИтак, первое, что вы делаете, это прикрепляете зонды к тому, что вы хотите измерить.
Осциллограф измеряет напряжение. А поскольку напряжение всегда измеряется между двумя точками, вам необходимо подключить как отрицательную, так и положительную стороны зонда.
В большинстве случаев вы подключаете отрицательный щуп (зажим «крокодил») к земле или к минусу в вашей цепи. Затем подключите положительную сторону к предмету, который вы хотите измерить.
После подключения пора настроить осциллограф на правильные настройки.
А кнопок столько! Итак, вот суперсекретный (или, может быть, не такой уж секретный) трюк о том, как пользоваться осциллографом:
Нажмите кнопку «Auto Set».
Эта кнопка проанализирует сигнал и попытается установить наилучшие настройки осциллографа.Это не всегда срабатывает, но во многих ситуациях работает.
Управляйте осциллографом вручную
Что делать, если вы хотите знать, как использовать осциллограф без «Auto Set» — например, как аналоговый осциллограф старой школы?
Далее следует сосредоточиться на трех основных ручках:
- Вертикальное положение
- Вертикальное Вольт / Дел
- Горизонтальное Сек / Дел
Если сигнал, на который вы смотрите, имеет большие колебания напряжения, вам необходимо отрегулировать вертикальную ручку с надписью «Volts / Div» на большое значение Volts / Div.Если у него очень маленькие колебания напряжения, вам нужно установить крошечный параметр Volts / Div.
Если ваш сигнал отсутствует на экране, прокрутите вверх или вниз вертикальную ручку с надписью «Position», чтобы найти ваш сигнал.
Затем используйте горизонтальную ручку Сек / Дел, чтобы установить время на деление на экране. Если у вас есть сигнал с действительно высокой частотой, вам потребуется низкая настройка Sec / Div, чтобы правильно его видеть. Если у вас очень низкочастотный сигнал, вам нужно установить его выше.
Эти настройки — все, что вам нужно для начала работы.
Где купить осциллограф
Теперь, когда вы знаете, как пользоваться осциллографом, пора приобрести его себе. Rigol DS1054Z — очень хороший осциллограф, который пригодится как новичкам, так и более продвинутым сборщикам схем.
Если вы хотите сэкономить, поищите USB-осциллографы. Это осциллографы, которые вы подключаете к USB-разъему вашего компьютера и смотрите на сигнал в каком-либо компьютерном программном обеспечении.
Или вы можете узнать, как создать свой собственный суперпростой осциллограф Arduino.Это немного грубо, но может быть полезно для очень простого устранения неполадок.
Вопросы?
У вас есть вопросы по использованию осциллографа? Позвольте мне знать в комментариях ниже!
Как работать с осциллографом
Для работы с осциллографом пользователь должен научиться заземлять осциллограф и настроить его элементы управления. Пользователь также должен научиться калибровать осциллограф, а также подключать и компенсировать его пробники.
Заземлить осциллограф означает подключить его к электрически нейтральной контрольной точке.Этого можно добиться, подключив трехконтактный шнур питания осциллографа к розетке, заземленной на землю.
Заземление осциллографа жизненно важно для безопасности пользователя. При контакте высокого напряжения с корпусом незаземленного осциллографа любая часть корпуса может вызвать у пользователя электрошок. Но с заземленным осциллографом ток проходит через заземляющий путь прямо на землю, а не через пользователя на землю.
После того, как осциллограф был правильно подключен, пользователь должен найти входные разъемы, к которым будут прикреплены пробники.Большинство осциллографов имеют как минимум два входных канала, каждый из которых отображает форму сигнала на экране. Между тем, несколько каналов очень полезны для сравнения сигналов.
Некоторые осциллографы поставляются с кнопками DEFAULT и / или AUTOSET, которые можно использовать для настройки элементов управления всего за один шаг в соответствии с сигналом. Если осциллограф не предлагает эту возможность, пользователь может установить элементы управления в стандартные положения перед выполнением измерений.
Чтобы установить осциллограф в стандартные положения, пользователь должен сначала настроить осциллограф для отображения канала 1, затем установить вертикальную шкалу вольт / деления и установить элементы управления в средние положения.Следующим шагом является отключение переменного напряжения на деление осциллографа, а также всех настроек увеличения. Затем пользователь должен установить входную связь канала 1 на постоянный ток, режим запуска на автоматический и источник запуска на канал 1. После этого функция задержки запуска осциллографа должна быть установлена на минимум или выключена, а время горизонтальной развертки / элементы управления разделением и положением должны быть установлены на средние позиции. Наконец, необходимо настроить вольт / деление канала 1, чтобы сигнал мог занимать как можно больше из 10 вертикальных делений без искажения или ограничения сигнала.
Помимо правильной настройки осциллографа, для достижения точных измерений также рекомендуется откалибровать устройство. Калибровка осциллографа необходима, если с момента последней самокалибровки температура окружающей среды изменилась выше 5 ° C (9 ° F). Это можно запустить как «Компенсацию пути прохождения сигнала» в меню осциллографа.
Следующим шагом является подключение пробника к осциллографу.