Как работает цифровой осциллограф

Принцип работы осциллографа

Осциллограф — это прибор для измерения характеристик электрических сигналов во времени. Его используют радиолюбители, мастера сервисов по ремонту электроники Принцип работы осциллографа заключается в ступенчатом анализе поступающего сигнала. Ниже мы более подробно рассмотрим особенности функционирования прибора.

Принцип работы осциллографа

Прежде чем изучить принцип действия осциллографа, следует ознакомиться с конструкцией устройства. Мы рассмотрим общие конструктивные особенности цифровых агрегатов, они в настоящий момент более распространены.

Независимо от типа, важными частями конструкции осциллографа являются:

  • усилитель и делитель напряжения;
  • преобразователь (АЦП);
  • контроллер;
  • запоминающее устройство;
  • оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);
  • экран;
  • органы управления (кнопки, ).

Принцип работы осциллографа основан на преобразовании электрического сигнала в аналоговый или цифровой. В последнем случае алгоритм будет следующим:

  1. Входное напряжение проходит через усилитель с делителем, преобразуется с помощью АЦП в дискретную последовательность кодов.
  2. Мгновенные значения напряжения отображаются в кодах, а затем записываются в ОЗУ. Во время записи все предыдущие отсчёты сдвигаются на одну ячейку. Процедура продолжается до тех пор, пока не будет выполнено заданное пользователем условие.
  3. После того, как условие выполнено, содержимое ячеек ОЗУ переписывается в запоминающее устройство.
  4. На экране начинает появляться рисунок сигнала. Появление изображения связано с тем, что каждой ячейке запоминающего устройства соответствует точка на экране, отличающаяся по цвету от фона.

Представленное описание принципов действия осциллографа является упрощенным.

Основные параметры

При рассмотрении принципа действия осциллографа обязательно нужно упомянуть о его характеристиках. Параметры оборудования крайне важны для изучения сигналов. Основные характеристики измерительного прибора:

  • Полоса пропускания. Это рабочий диапазон частот, в котором спад АЧХ не превышает 3 дБ относительно опорной частоты. На опорной частоте спад АЧХ отсутствует.
  • Неравномерность характеристики (АЧХ).
  • Нелинейность амплитудной характеристики усилителей.
  • Параметры выходов. Обязательно указывается сопротивление с входной ёмкостью.
  • Форма сигнала, синусоида, пилообразные импульсы, прямоугольные импульсы, единичные выбросы
  • Длительность импульса или ширина. Обозначается в мс или мкс.

Характеристики неисправного обследуемого оборудования всегда отличаются от тех, что указаны в заводском паспорте. Именно эта особенность электрических сигналов позволяет быстро диагностировать неполадку, используя осциллограф.

Области применения и методика измерения

Осциллографы используются во многих областях промышленности. Их применяют для диагностики блоков питания, преобразователей, при ремонте мобильных телефонов, на телевидении для настройки поступающего сигнала, при разработке электроаппаратуры Рассматривая принципы работы осциллографа, важно изучить методики измерения. Всего их 4:

  1. Измерение напряжения. Процедура осуществляется в режиме линейной развертки. Генератор подключается к измеряемому устройству. Обычно одна из точек подключения выступает в качестве «земли», но это правило не является обязательным. Значения напряжения измеряются от пика до пика. Как только напряжение получено, другие параметры можно определить с помощью простейших расчетов.
  2. Измерение времени и частоты. Для этой процедуры применяется горизонтальная шкала устройства. Прибор замеряет длительность и период импульсов, а частота — обратная периоду величина.
  3. Измерение продолжительности импульса и длительности нарастания фронта. Искаженные импульсы — одна из распространенных причин неправильной работы электрических схем. Для запуска этого алгоритма измерения необходимо точно настроить прибор. Особенно важно правильно использовать режимы удержания запуска и функцией растяжки по горизонтали (для просмотра мелких деталей коротких импульсов).
  4. Измерение сдвига по фазе. Прибор анализирует разницу синхронизации между двумя одинаковыми сигналами. Один сигнал подается на систему вертикального отклонения устройства, а второй — на систему горизонтального отклонения устройства.

Не стоит забывать и о прочих измерительных технологиях, применяемых в современных типах оборудования. С их помощью можно настроить прибор для захвата быстротекущих процессов на производстве, тестирования электронных компонентов

Типы осциллографов

После того, как мы выяснили для чего нужен осциллограф, настало время разобраться в его классификациях. Измерительное оборудование подразделяют непосредственно по алгоритмам работы. Основных типов осциллографов 7:

  1. Аналоговые. Именно с этих устройств и началось анализа сигналов. Аналоговый осциллограф — это прибор для быстрого измерения электрических сигналов средней частоты. Главным плюсом оборудования этого типа является низкая стоимость, поэтому у многих начинающих радиолюбителей есть аналоговая измерительная техника. В университетах и в современных лабораториях их практически не используют. Основные узлы устройства:
    a. делитель входного сигнала;
    b. схема синхронизации и отклонения горизонтальной плоскости;
    c. лучевая трубка;
    d. блок питания.
  2. Цифровые запоминающие. Это оборудование выделяется не только возможностью сохранения данных. Цифровые устройства способны производить глубокий анализ поступающей информации, поэтому их стоимость во много раз больше, чем аналоговой техники. После настройки, они смогут записывать поступающие информацию в цифровом формате. Сигнальные данные более устойчиво отображаются на мониторе. К итоговому результату пользователь может применить масштабирование или другие функции. Примеры запоминающих осциллографов: Tektronix, R&S RTC1002+, TBS2074 Tektronix. Основные компоненты прибора:
    a. делитель входного сигнала;
    b. усилитель нормализации;
    c. преобразователь;
    d. устройства вывода и ввода информации;
    e. запоминающее устройство.
  3. Цифровые люминофорные. Эта техника отличается высокой стоимостью. За точность измерений в этом приборе отвечает цифровой люминофор. Данные, поступающие в прибор, обрабатываются параллельно, поэтому сигнал отображается в особом виде. При записи устройство создает очень много снимков. Благодаря этой особенности, операторы смогут быстро обнаружить редкие сигнальные явления. Примеры люминофорных осциллографов: R&S RTM3004+, Tektronix DPO75002SX, Tektronix DPO73304DX.
  4. Цифровые стробоскопические. Работа техники этого типа строится на эффекте последовательного сигнального стробирования. Устройство последовательно выбирает множество точек за несколько заданных временных периодов, а после воссоздает исходную форму волны. Стробоскопические приборы применяются в лабораториях для изучения высокочастотных повторяющихся сигналов с частотой дискретизации превышающей частоту дискретизации измерительного оборудования. Такая техника очень дорогая. Ее рабочая частота выше 50 Гц. Примером стробоскопического осциллографа является DSA8300 Tektronix. Его рабочая частота около 80 ГГц.
  5. Портативные. В настоящее время наблюдается тенденция к уменьшению схем измерительного оборудования, поэтому появились компактные модели устройств для исследования сигналов. Они отличаются минимальной погрешностью измерений, хорошей автономностью и малыми габаритами, потому часто становятся спутниками мобильных электронщиков. Примеры портативной техники для проведения измерений: R&S RTH1002, R&S RTC1002+, R&S .
  6. Комбинированные или смешанных сигналов. Отличительной особенностью приборов является наличие анализатора спектра. С его помощью можно проводить более сложное исследование электрических схем, путем оценки сигнальных гармоник. Примеры комбинированного оборудования: MSO2014B Tektronix, Tektronix MSO72504DX, R&S RTC1002+.

Заключение

Принцип работы осциллографа заключается в анализе электрического сигнала путем ступенчатого преобразования. При выборе осциллографов важным критерием является тип предстоящих работ. Измерительное оборудование необходимо подбирать к виду сигналов, с которыми вы собираетесь работать.

Что такое цифровой осциллограф и как он работает

Содержание статьи

  • Конструкция и принцип работы цифрового осциллографа
  • Применение цифрового осциллографа
  • Разновидности
  • Отличие аналогового осциллографа от цифрового

Поскольку человек не может увидеть радиоволны и ток, работа со сложной радиоэлектронной аппаратурой требует наличия специального оборудования, способного не только зафиксировать колебания, помехи и искажения сигналов, но и отразить их наглядно. Поэтому в 1985 году были разработаны первые цифровые осциллографы. Данные контрольно-измерительные приборы позволяют исследовать амплитудные и временные параметры.

История создания началась еще в 1893 году, после изобретения французским физиком-инженером магнитоэлектрического прибора, способного регистрировать характеристики электрического сигнала. Позже, в 1946 году, был создан осциллограф со ждущей разверткой, который начинал функционировать только после определенного импульса. Аналоговые агрегаты совершенствовались и изменялись, пока в 1985 году и не была представлена эффективная цифровая модель.

Конструкция и принцип работы цифрового осциллографа

Современное устройство включает в себя ПЗУ и ОЗУ, масштабирующий модуль, АЦП, контроллер, органы управления и дисплей.

Измерение цифровым осциллографом позволяет совершать множество операций, получая разнообразные данные:

  • напряжение постоянного и переменного тока;
  • частоту и период;
  • характеристики и сопротивление напряжения;
  • звук, шум и соотношение шума к сигналу;
  • амплитуду и сдвиг фаз;
  • рабочий цикл;
  • падение напряжения;
  • время подъема и падения.

Наблюдение и контроль периодических сигналов разных форм (треугольной, прямоугольной и синусоидальной) осуществляется посредством прохождения входного сигнала через масштабирующее устройство, где он усиливается и разделяется в аналогово-цифровой преобразователь, отвечающий за визуализацию. После модификации информация сохраняется в блоке памяти. Далее происходит реконструкция и вывод значений на дисплей.

Применение цифрового осциллографа

Широкий диапазон развертки позволяет контролировать даже наносекундные интервалы, наблюдать сигналы в различных точках схемы и измерить время нарастания импульса, что имеет большую важность в работе с цифровой аппаратурой.

Оборудование разных типов помогает осуществлять проверку, настройку и регулировку многообразной радиоэлектроники, электронной техники, ремонт бытовой техники и диагностику ТС. Такие устройства широко применяются в медицине, прикладных, лабораторных и научно-исследовательских сферах.

Разновидности

Типы цифровых осциллографов, в зависимости от конструкции и возможностей, обладают емким сенсорным дисплеем, большим набором измерительных приложений, высокой скоростью обновления показателей на экране и внушительной памятью. Классифицировать их можно по-разному. Например, по принципу действия различают две группы:

  • электронные – подразделяются в свою очередь на цифровые и аналоговые приборы (по принципу обработки информации);
  • электромеханические – подразделяются на выпрямительные, магнитоэлектрические, электродинамические, электромагнитные, термоэлектрические и электростатические модели.

По количеству лучей и каналов различают однолучевые и многолучевые разновидности (16 и более), а также одноканальные и многоканальные (до 16 каналов) аналоги. Эти две группы контрольно-измерительных устройств имеют одно существенное отличие. Многоканальные осциллографы переключатся с одного канала на другой, чтобы наблюдать разные сигналы, из-за чего на высоких скоростях развертки сигналов «рвутся». Благодаря многолучевой трубке такой проблемы не возникает.

В зависимости от характеристик различают:

  • аналоговые;
  • аналогово-цифровые;
  • цифровые – делятся на запоминающие (DSO) и люминофорные (DPO);
  • комбинированные;
  • виртуальные (на базе ПК).

В последнее время производители выпускают достаточно много портативных аппаратов, сочетающих в себе функции цифрового осциллографа и мультиметра, которые позволяют работать в полевых условиях. По назначению осциллографы подразделяются на 5 видов: специальные, скоростные, запоминающие, стробоскопические и универсальные (моноблочные модели и вариации со сменными блоками).

Отличие аналогового осциллографа от цифрового

Принципиальная разница между этими разновидностями заключается в габаритах, возможностях запоминания, а также в методах обработки. Например, аналоговые осциллографы транслируют сигнал в реальном времени, без возможности записи. Аналогово-цифровые модели позволяют увидеть динамику изменения времени или амплитуды.

Полностью цифровые аналоги, соответственно, способны осуществлять цифровую обработку, оцифровывая синусоиду и передавая полученную информацию на дисплей. Следует учитывать то, что циклическая память не позволяет хранить большие массивы данных. Поэтому в случае если пользователю требуется записать сигналы длиной пять-десять минут, потребуется осциллограф с большой глубиной памяти (запоминающий).

Также существуют цифровые осциллографы с режимом сегментированной памяти, позволяющие записывать только определенную информацию, форма которой задается пользователем через меню. Это позволяет исследовать однократные или редко повторяющиеся процессы.

Что такое осциллограф?

Осциллограф – электронный прибор для измерения электрических сигналов в цепи и наблюдения за ними. Определение формы и параметров колебаний необходимо для отслеживания корректности работы оборудования.

Первые попытки создать прибор для определения электрических колебаний относятся ещё к 1880 году. Их делали французские и русские физики. Первые осциллографы были аналоговыми. С 1980-х годов сигналы стали фиксироваться с помощью цифрового оборудования.

Устройство и принцип действия прибора

Объясним устройство аналогового осциллографа просто, «для чайников». Прибор состоит из следующих элементов:

  • лучевая трубка;
  • блок питания;
  • канал вертикального / горизонтального отклонения;
  • канал модуляции луча;
  • устройство синхронизации и запуска развёртки.

Для управления параметрами сигнала и его отображения на экране есть регуляторы. У старых моделей экрана не было. Изображение фиксировалось на фотоленте.

Принцип работы

При запуске прибора сигнал подаётся на вход канала вертикального отклонения. Он имеет высокое входное сопротивление. По тому же принципу работает вольтметр, измеряющий напряжение. Однако вольтметр не показывает временного графика колебаний напряжения.

Сигнал усиливается до необходимого уровня после подачи на вход. Он отображается на экране по вертикальной оси. Усиление требуется для работы отклоняющей системы лучевой трубки или преобразователя сигнала из аналогового в цифровой. Оно позволяет менять масштаб отображения колебаний на экране от крупного до мелкого.

Устройство

Лучевая трубка чувствительна к электрическим импульсам. Чем ниже их частота, тем выше чувствительность. В нынешних трубках количество лучей может составлять от одного до 16. Их количеству соответствует число сигнальных входов и отображающихся одновременно графиков.

Особенность цифрового осциллографа в том, что он имеет экран и преобразователь аналогового сигнала. У него есть память для сохранения данных о полученном графике колебаний. Часть информации анализируется в автоматическом режиме и отображается в обработанном виде. Аналоговый осциллограф не запоминает данные, а только показывает их в реальном времени.

Разверткой называется траектория движения луча, который улавливает колебания и выводит изображение на экран. Она бывает разной формы – эллиптической, круговой. Значение развёртки регулируется в зависимости от исследуемого сигнала по горизонтальной оси (временнóй).

Блок питания подаёт напряжение от сети 220 В на электронные схемы. Есть и аккумуляторные модели, способные работать автономно.

Виды осциллографов

По принципу действия осциллографы бывают цифровыми и аналоговыми. Существуют смешанные аналого-цифровые приборы. Всё чаще выпускают виртуальные. Там в качестве экрана используется другой прибор – монитор компьютера, телевизора.

Работа некоторых моделей основана на электромеханическом принципе:

  • электродинамический;
  • электростатический;
  • выпрямительный;
  • электромагнитный;
  • магнитоэлектрический;
  • термоэлектрический.

Прибор может работать самостоятельно или являться приставкой к другому оборудованию (например, компьютеру). Во втором случае цена ниже, но сам прибор зависим от внешнего устройства.

Виды развёрток

В разных режимах работы осциллографа линейные (создаваемых пилообразным напряжением) развёртки могут различаться:

  • Однократная. Генератор запускается один раз, затем блокируется. Такая развёртка нужна для фиксирования неповторяющихся сигналов.
  • Ждущая. Запуск происходит сразу после сигнала. Нужна для наблюдения за редкими колебаниями.
  • Автоколебательная. Генератор периодически включается при отсутствии сигнала. Удобна для отображения частых периодических импульсов.

Измеряемые процессы

По принципу работы приборы делят на:

  • Специальные. Имеют блоки для целевого использования (например, телевизионные осциллографы).
  • Стробоскопические. Чувствительные приборы для исследования кратковременных повторяющихся процессов.
  • Скоростные. Используют для фиксации процессов с высокой скоростью (с точностью до нано- и пикосекунд).
  • Запоминающие. Сохраняют полученное изображение. Обычно применяют для изучения редких однократных действий.
  • Универсальные. Исследуют разные процессы.

Где применяют осциллографы?

Информация, которую даёт осциллограф:

  • значения напряжения, временные параметры колебаний;
  • сдвиг фаз, искажение импульса на разных участках цепи;
  • частота (определяется путем фиксирования его временных характеристик);
  • переменная и постоянная составляющие колебаний;
  • процессы в цепи.

Осциллографы используют как в практических, так и в научно-исследовательских целях. Для простых измерений можно воспользоваться мультиметром, но в большинстве случаев осциллограф незаменим.

Приборы для измерения колебаний применяют при настройке электронного оборудования. К примеру, для регулировки телевизионного сигнала необходимо получить его осциллографическое изображение. Приборы также используются при ремонте блоков питания, диагностике печатных плат.

При ремонте автомобилей устройство поможет получить данные о положении коленчатого и распределительного валов, датчиков положения. Данные осциллограммы расскажут о наличии импульса на катушке, укажут на неисправность свечей и проводов, диодного моста генератора.

Медицинское оборудование (кардиографы, энцефалографы) тоже работает по принципу осциллографирования. Только электрические колебания, измеряемые ими, происходят в живых организмах.

Методика измерений

Осциллограф измеряет электрическое напряжение и формирует амплитудный график электрических колебаний. Цифровые приборы могут запоминать полученный график, возвращаться к нему.

Колебания отображаются на экране в двухмерной системе координат (напряжение – вертикальная ось, время – горизонтальная ось), формируя график – осциллограмму. Есть ещё третий компонент исследований – интенсивность сигнала (или яркость).

При отсутствии входных импульсов на экране горизонтальная линия – «нулевая», обозначающая отсутствие напряжения. Как только на вход (или входы) прибора подаётся напряжение, на экране становятся видны один или несколько графиков одновременно (зависит от количества измеряемых сигналов).

График электрических колебаний по форме может представлять собой:

  • синусоиду;
  • затухающую синусоиду;
  • прямоугольник;
  • меандр;
  • треугольники;
  • пилообразные колебания;
  • импульс;
  • перепад;
  • комплексный сигнал.

Для получения стабильного графика колебаний в приборе стоит блок синхронизации. Получить цикличное отображение колебаний можно только после установки значения синхронизации. Оно принимается за «стартовое», служит отправной точкой графика. Все скачки отображаются по отношению к этой точке.

Как выбрать

Нужно представлять, в каких целях и как часто будет использоваться прибор, для изучения каких сигналов он предназначен. Учитывайте количество точек для одновременного измерения, одиночность или периодичность колебаний. Иногда используются устройства советского производства. Но получить точную настройку с их помощью трудно.

Количество каналов

По количеству каналов осциллографы могут быть одноканальными, простыми (2-4 канала), продвинутыми (до 16 каналов). Несколько каналов позволяют одновременно анализировать поступающие сигналы.

Тип питания

Прибор с аккумулятором можно брать с собой на выезд. Это удобно для мастеров, которые проверяют оборудование по месту его нахождения. Если выезды не производятся, лучше брать работающий от сети осциллограф, поскольку он стабильнее и надёжнее.

Частота дискретизации

Частота дискретизации важна для измерения однократных и переходных процессов. Чем выше этот параметр, тем более точное изображение сигнала на экране удастся получить.

Полоса пропускания

Для простых исследований цифровых схем и усилителей оптимальная звуковая частота – 25 МГц. Для профессионального измерения нужен прибор, у которого этот параметр – до 200 или даже до 500 МГц. Современные линии связи работают на очень высоких частотах. Частота исследуемых сигналов должна быть в 3-5 раз меньше величины полосы пропускания.

Настройка осциллографа

Перед использованием нового устройства проводится его калибровка с помощью находящихся на корпусе генератора прямоугольных импульсов. Сигнальный щуп подключают к калибровочному выходу, при этом на экране появляется «пила» – зигзагообразная линия. Нужно проверить работу всех функций и регуляторов.

Сейчас осциллографы регулярно используют в сфере электроники. Есть большой выбор устройств, позволяющих наблюдать за параметрами электрических колебаний. Без осциллографа не обойтись ни инженеру-профи, ни рядовому любителю радиоэлектроники.

Амперка / Блог

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

Осциллограмма на экране прибора с цифровым люминофором

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

Аналоговый осциллограф

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

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

Цифровые осциллографы

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

Существует несколько различных типов цифровых осциллографов:

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

Цифровой запоминающий осциллограф

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

Осциллограф с цифровым люминофором

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

Осциллограф с анализатором спектра

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

Осциллограф смешанных сигналов

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

— Гостевая статья от автора блога Роботоша Андрея Антонова

  • Вконтакте
  • Facebook
  • Twitter

Для чего нужен осциллограф и как им выполнять измерения тока, напряжения, частоты и сдвига фаз

Осциллограф — устройство, демонстрирующие силу тока, напряжение, частоты и сдвиг фаз электрической цепи. Прибор отображает соотношение времени и интенсивности электрического сигнала. Все значения изображены при помощи простого двумерного графика.

Для чего предназначен осциллограф

Осциллограф используется электронщиками и радиолюбителями для того, чтобы измерить:

  • амплитуду электрического сигнала — соотношение напряжения и времени;
  • проанализировать сдвиг фаз;
  • увидеть искажение электрического сигнала;
  • на основе результатов вычислить частоту тока.

Несмотря на то, что осциллограф демонстрирует характеристики анализируемого сигнала, чаще его используют для выявления процессов происходящих в электрической цепи. Благодаря осциллограмме специалисты получают следующую информацию:

  • форму периодического сигнала;
  • значение положительной и отрицательной полярности;
  • диапазон изменения сигнала во времени;
  • длительность положительного и отрицательного полупериода.

Большинство из этих данных можно получить при помощи вольтметра. Однако тогда придётся производить замеры с частотностью в несколько секунд. При этом велик процент погрешности вычислений. Работа с осциллографом значительно экономит время получения необходимых данных.

Принцип действия осциллографа

Осциллограф выполняет замеры при помощи электронно-лучевой трубки. Это лампа, которая фокусирует анализируемый ток в луч. Он попадает на экран прибора, отклоняясь в двух перпендикулярных направлениях:

  • вертикальное – показывает исследуемое напряжение;
  • горизонтальное – демонстрирует затраченное время.

За отклонение луча отвечают две пары пластин электронно-лучевой трубки. Те, что расположены вертикально, всегда находятся под напряжением. Это помогает распределять разнополюсные значения. Положительное притяжение отклоняется вправо, отрицательное — влево. Таким образом, линия на экране прибора движется слева направо с постоянной скоростью.

На горизонтальные пластины также действует электрический ток, что отклоняет демонстрирующий показатель напряжения луча. Положительный заряд — вверх, отрицательный — вниз. Так на дисплее устройства появляется линейный двухмерный график, который называется осциллограммой.

Расстояние, которое проходит луч от левого до правого края экрана называется развёрткой. Линия по горизонтали отвечает за время измерения. Помимо стандартного линейного двухмерного графика существует также круглые и спиральные развёртки. Однако пользоваться ими не так удобно как классическими осциллограммами.

Классификация и виды

Различают два основных вида осциллографов:

  • аналоговые — аппараты для измерения средних сигналов;
  • цифровые — приборы преобразовывают получаемое значение измерений в «цифровой» формат для дальнейшей передачи информации.

По принципу действия существуют следующая классификация:

  1. Универсальные модели.
  2. Специальное оборудование.

Наиболее популярными являются универсальные устройства . Эти осциллографы используют для анализа различных видов сигналов:

  • гармонических;
  • одиночных импульсов;
  • импульсных пачек.

Универсальные приборы предназначены для разнообразных электрических устройств. Они позволяют измерять сигналы в диапазоне от нескольких наносекунд. Погрешность измерений составляет 6-8%.

Универсальные осциллографы делятся на два основных вида:

  • моноблочные — имеют общую специализацию измерений;
  • со сменными блоками — подстраиваются под конкретную ситуацию и тип прибора.

Специальные устройства разрабатываются под определённый вид электрической техники. Так существуют осциллографы для радиосигнала, телевизионного вещания или цифровой техники.

Универсальные и специальные устройства делятся на:

  • скоростные – применяются в быстродействующих приборах;
  • запоминающие — аппараты, сохраняющие и воспроизводящие ранее сделанные показатели.

При выборе устройства следует внимательно изучить классификации и виды, чтобы приобрести прибор под конкретную ситуацию.

Устройство и основные технические параметры

Каждый прибор имеет ряд следующих технических характеристик:

  1. Коэффициент возможной погрешности при измерении напряжения (у большинства приборов это значение не превышает 3%).
  2. Значение линии развёртки устройства — чем больше эта характеристика, тем дольше временной промежуток наблюдения.
  3. Характеристика синхронизации, содержащая в себе: диапазон частот, максимальные уровни и нестабильность системы.
  4. Параметры вертикального отклонения сигнала с входной ёмкостью оборудования.
  5. Значения переходной характеристики, показывающие время нарастания и выброс.

Помимо перечисленных выше основных значений, у осциллографов присутствуют дополнительные параметры, в виде амплитудно-частотная характеристики, демонстрирующей зависимость амплитуды от частоты сигнала.

Цифровые осциллографы также обладают величиной внутренней памяти. Этот параметр отвечает за количество информации, которую аппарат может записать.

Как выполняются измерения

Экран осциллографа поделён на небольшие клетки, которые называются делениями. В зависимости от прибора каждый квадрат будет равен определённому значению. Наиболее популярное обозначение: одно деление – 5 единиц. Также на некоторых приборах присутствует ручка для управления масштабом графика, чтобы пользователям было удобнее и точнее производить измерения.

Прежде чем начать измерение любого рода следует присоединить осциллограф к электрической цепи. Щуп подключается на любой из свободных каналов (если в приборе, больше чем 1 канал) или на генератор импульсов, при его наличии в устройстве. После подключения на дисплее аппарата появятся различные изображения сигналов.

Если сигнал получаемый прибором обрывистый, то проблема заключается в присоединении щупа. Некоторые из них оборудованы миниатюрными винтами, которые необходимо закрутить. Также в цифровых осциллографах решает проблему обрывистого сигнала фикция автоматического позиционирования.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий