Google что такое осциллограф

Осциллограф – это прибор, широко используемый в лабораториях, научно-исследовательских центрах, мастерских и сервисах. Его применяют для наблюдения за амплитудными и временными параметрами электрического сигнала, их измерениями и записью. Этот инструмент станет незаменимым помощником любого инженера, тех, кто работает с аналоговыми и цифровыми приборами любого назначения.

Им пользуются и радиолюбители, домашние мастера. Познакомимся более подробно с тем, что представляет собой осциллограф, для чего нужен он, как устроен и работает, для решения каких задач подходит. Определим основные моменты, которые помогут правильно подобрать прибор под определенные эксплуатационные условия.

Для чего нужен осциллограф

Основное назначение осциллографа – предоставление пользователю визуального отображения сигналов, поступающих на вход прибора с целью их последующего измерения и анализа в частотной, временной и логической области. Эти картинки можно сохранять, преобразовывать, что актуально при последующем исследовании, сравнении.

Урок №50. Осциллограф. Первое знакомство.

Один из важных моментов использования прибора – целостность поступающего сигнала. Осциллограф способен чрезвычайно точно воспроизводить форму входящего сигнал. В этом случае говорят, что его целостность высокая. Но если же она будет низкой, то работа осциллографа будет бесполезной: сигнал, который будет фиксировать прибор будет значительно отличаться от реального.

Надо понимать, что достичь 100% идентичности не удастся даже на самом современном и качественном осциллографе. Проблема в том, что при подключении прибора к сети, он сам становится частью этой электрической схемы с ее нагрузкой, сопротивлением. Производители осциллографов пытаются минимизировать сторонние воздействия с целью повышения точности фиксации сигнала, но все же достичь полного подобия не удастся.

Принцип работы осциллографа

На сегодня наибольшее применение на практике получили цифровые осциллографы. Именно на их примере и рассмотрим принцип действия этих приборов:

1. Входное напряжение проходит через усилитель вертикального отклонения с делителем. Обеспечивается дополнительное масштабирование сигнала перед его подачей в аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). При помощи АЦП напряжение преображается в дискретную последовательность кодов – выполняется выработка и оцифровка сигнала.
2. В кодах находят отображение мгновенные значения напряжения, после чего они записываются в оперативной памяти. Предыдущие записи и отчеты не удаляются, а сдвигаются на одну ячейку. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока задача, поставленная пользователем, не будет выполнена.
3. После решения вопроса, содержимое всех ячеек передается на запись в запоминающее устройство. Система синхронизации в автоматическом порядке ищет события запуска. Одновременно с этим блок временной развертки устанавливает продолжительность временного интервала.
4. Только после этого на дисплее прибора начинает формироваться изображение сигнала. Каждая ячейка – это определенная цветная точка на экране. В результате осциллограф показывает общую картинку входящего сигнала.

Это упрощенное описание прибора. В реальности в нем происходит много дополнительных процессов, повышающий масштабируемость, точность и удобство работы пользователя.

Основные блоки осциллографа

Устройство осциллографа также рассмотрим на примере цифровой модели. Он состоит из следующих основных узлов:

• АЦП (аналогово-цифровой преобразователь). Компонент, способный преобразовать входящий аналоговый сигнал в цифровой.
• Аттенюатор. В его обязанности входит масштабирование сигнала. Допустимый предел увеличения определяется динамическим диапазоном усилителя и возможностями АЦП.
• Блок смещения. Речь идет о постоянной составляющей сигнала. Здесь также выполняется масштабирование, но уже учитывается динамический диапазон самого аналогово-цифрового преобразователя.
• Усилитель вертикального отклонения. В обязанности этого компонента входит линейное усиление сигнала. Необходимо довести его до того предела, чтобы он не выходил за рамки диапазона АЦП.
• Система запуска. Используется в случае комбинирования нескольких входных сигналов. Она способна находить уникальный момент времени внутри сигнала, согласно которому будут синхронизироваться данные.
• Блок развертки по времени. Определяет начало и конец работы АЦП в зависимости от события запуска. Также в его обязанности входит определение частоты дискретизации аналогово-цифрового преобразователя. Этот параметр напрямую связан со свободной памятью прибора, что позволяет настраивать данные развертки по времени.
• Внутренняя память каналов. Это своего рода оперативная память, в которой будет храниться информация в цифровом виде, поступающая от АЦП.

Также в конструкцию прибора входит дисплей, кнопки управления, интерфейсы, разъемы и другие элементы коммутации.

Виды осциллографов

Чтобы разобраться, как пользоваться осциллографом, необходимо понимать, с каким прибором вы имеете дело, то есть надо знать его вид. Сегодня рынок предлагает потребителям следующие варианты:

1. Аналоговые осциллографы. Самое простое решение. Способны отображать входящий сигнал в режиме реального времени. Изображение получается четким, без цифровых шумов, искажений. Оно формируется в электронно-лучевой трубке. Опции записи не предусмотрено. Функциональность ограничена. Предусмотрена только возможность наблюдения за формой сигнала и приближенные измерения самых простых параметров.
2. Цифровые осциллографы с функцией запоминания (DSO). В таких приборах исключены недостатки аналоговых моделей. В их конструкции уже есть АЦП, преобразующий сигнал. В цифровом виде можно хранить данные любой период времени, можно выполнять множество разных измерений. Информацию можно передавать с одного ПК на другой через сеть, внешние диски, флэшки или через LAN и USB интерфейсы. Управление приборами выполняется с панели, расположенной рядом с дисплеем.
3. Цифровые осциллографы смешанных сигналов (MSO). Также относятся к запоминающим. Таким осциллографом измеряют смешанные сигналы. Они одновременно работают и с аналоговыми, и с цифровыми потоками, но выдают результат в едином масштабе времени.
4. Цифровые стробоскопические осциллографы. Построены на принципе последовательного сигнального стробирования. Здесь при помощи коротких стробирующих импульсов измеряются мгновенные значения повторяющихся сигналов. Благодаря стробоскопическому эффекту обеспечивается повышенная чувствительность прибора одновременно с широкой полосой пропускания. Рабочая частота таких устройств измеряется десятками ГГц.
5. Портативные осциллографы. От стационарных моделей отличаются меньшими размерами, низким потреблением энергоресурсов. Они могут функционировать и от сети, и от аккумуляторной батареи. Предназначаются для работы на открытых площадках, в полевых условиях.
6. Комбинированные осциллографы. Помимо функций осциллографа, в них могут быть реализованы генераторы сигналов, логические анализаторы, анализаторы спектры, мультиметры, вольтметры, частотомеры. С их помощью выполняется анализ сигнала сразу в нескольких областях: частотной, временной, логической.

Чтобы подобрать вид осциллографа, необходимо четко понимать, с какими задачами он будет сталкиваться в рабочем процессе. И уже под них подбирается прибор.

Области применения

Что такое осциллограф хорошо знают все, кто связан с разработкой или испытаниями компонентов электроники, радиоэлектроники и готовой аппаратуры. Сфера применения этих приборов очень разносторонняя. Их повсеместно используют в:

• учебных, научно-исследовательских лабораториях для обучения студентов-электронщиков, выполнения рабочих исследований;
• автомобильной промышленности для проверки работоспособности и выявления ошибок в работе электронной системы машин;
• процессе проверки целостности сигналов и микроэлектронике;
• аэрокосмической, оборонной области для тестирования средств связи радиолокационных сетей;
• работах, связанных с тестированием систем и приборов на соответствие нормативным данным в области передачи данных;
• разработке, тестировании передовых технологий и пр.

Область применения приборов очень широкая. И чем выше будет качество осциллографа, тем надежнее он будет в работе, а его данные – точными и корректными.

Как выбрать осциллограф: параметры, на которые стоит обратить внимание

Чтобы подобрать прибор под особенности предстоящей эксплуатации, мало знать, что осциллограф измеряет и как он работает. Необходимо еще выбрать его технические характеристики. К наиболее важным показателям относят:

1. Полосу пропуская. Определяет максимальный диапазон частот, в котором обеспечивается точное измерение сигналов с ослабление не более чем до 70,7%.
2. Частота дискретизации. Определяет число выборок, осуществляемых прибором за 1 секунду работы. Оптимально подобрать такой показатель, чтобы он более, чем в 5 раз превышал самую высокую частоту исследуемого сигнала.
3. Время настройки. Определяет точность прибора при измерении длительности фронта изучаемых сигналов.
4. Глубина памяти. Каждый прибор имеет свой ресурс для записи. И чем больше будет глубина памяти, тем более длинную запись он позволит получить.
5. Время нарастания. Влияет на точность прибора при определении длительности фронта входящих сигналов.
6. Вертикальное разрешение аналогово-цифрового преобразователя. Указывает на точность прибора в процессе перевода аналогового сигнала в цифровой. Чем выше оно, тем большей будет целостность сигнала.
7. Чувствительность по вертикали. Отображает возможности усилителя системы вертикального отклонения. Особенно актуально при работе со слабыми входными сигналами.
8. Число и тип рабочих каналов. Для аналоговых осциллографов вполне будет достаточно 2, 4 или 8 каналов. С их помощью можно будет получить всю информацию, необходимую для исследования. А вот в случае цифровых моделей, где реализована параллельная передача информации, не обойтись без 8, а иногда и 16 дополнительных каналов.
9. Система запуска. Отвечает за захват событий сигналов. Применяется в случае выполнения более подробного анализа. С ее помощью повторяющиеся осциллограммы отображаются четко и корректно. Погрешность изображения и анализа входящего сигнала зависит от гибкости работы системы запуска и ее изначальной точности.
10. Согласованные пробники. К пробникам предъявляется ряд жестких требований. Так, его собственная емкость должна быть минимальной и не создавать чрезмерную нагрузку на сеть тестируемого прибора. А вот полоса пропускания пробника должна быть максимально близкой к полосе пропускания самого осциллографа.
11. Простота и удобство управления. С прибором должны уверенно работать люди с разным уровнем квалификации и подготовки. За удобство работы отвечает интерфейс, продуманность навигации и пр.
12. Выполнение автоматических измерений. Ускоряют и упрощают получение сигнала.
13. Программное обеспечение. Чем более гибким будет ПО осциллографа, тем большую эффективность можно получить в процессе диагностики электрических и оптических схем. Будет особо полезным при выполнении тестирования на соответствие стандартам.
14. Систему навигации и анализа. Незаменима на этапе поиска аномалий сигнала. Автоматизирует этот процесс, ускоряет получение результата.
15. Тип питания. Осциллограф может работать от электрической сети или встроенной аккумуляторной батареи. Последний вариант питания преимущественно реализован в полевых приборах.
16. Наличие дополнительных программных опций. Прибор должен обеспечивать как нынешние требования, так и потенциально возможные. Некоторые модели дополнительно позволяют расширять полосу пропускания, добавлять новые рабочие опции, увеличивать память каналов.
17. Интерфейсы. Удобно, когда прибор можно подключать непосредственно к ПК или передавать информацию через сменные носители. Так работа с документированием, обменом данными будет более простой и быстрой.

Чтобы сориентироваться во всех этих параметрах и подобрать осциллограф, максимально точно соответствующий предстоящей задаче, необходимо обладать глубокими знаниями. И если у вас есть сомнения, рекомендуем обратиться за профессиональной помощью к специалистам компании «Sernia Инжиниринг». Они помогут подобрать подходящее сертифицированное оборудование под запросы каждого клиента. Консультации можно получить по телефону или через онлайн-форму.

Источник: sernia.ru

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.

Источник: www.equipnet.ru

Что такое цифровой осциллограф и как он работает

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.

Источник: www.radioelementy.ru