Правила и нюансы использование осциллографа

Осциллограф становится относительно простым в использовании прибором после первого знакомства с ним. Затруднение может вызывать лишь изучение и запоминание функции каждого из различных органов управления на передней панели, где имеется множество ручек, лимбов, переключателей, кнопок и соединителей. Для непосвященных это кажется очень трудным.

Изучите назначение каждого органа управления и проследите за картинкой на экране при использовании этих ручек. В результате вы быстро все поймете. Одним из лучших способов изучения функций и методов использования осциллографа является получение по возможности большего опыта во время практической работы.

Кабели для осциллографа

Желательно использовать осциллограф двухканального типа, так как он позволяет наблюдать одновременно два отдельных сигнала. Следовательно, он имеет два входных кабеля и соединителя. Они обычно маркируются как канал 1 и 2 или А и В. Различают два основных типа кабелей — прямой и аттенюаторный.

Кабель прямого типа является коаксиальным кабелем с двумя выводами, которые обычно имеют концевую заделку в виде щупов-наконечников или посредством зажимов типа «крокодил» для подключения к схеме. В любом случае данный кабель подводит сигнал, который должен воспроизводиться на экране, напрямую (без ослабления) к осциллографу.

С аттенюаторным типом соединителя также используется коаксиальный кабель, но в общем случае применяется щуп вместо зажимов типа «крокодил». Узел щупа содержит последовательный резистор с большим сопротивлением, которое вместе с полным входным сопротивлением осциллографа формирует делитель напряжения. Таким образом, данный щуп и кабель выполняют ослабление (аттенюацию) сигнала в 10 раз.

Преимуществом такого кабеля является то, что он создает меньшую емкостную нагрузку для схем высокой частоты, позволяя визуализировать высокочастотные сигналы и сложные формы сигнала. Чтобы получить корректное измерение амплитуды сигнала, не забудьте измеренное значение умножить на 10.

Измерение амплитуды

Для амплитудных измерений используется откалиброванная или координатная сетка на экране электронно-лучевой трубки для определения числа делений между максимальными положительным и отрицательным отклонениями сигнала {такое измерение называется измерением размаха, или двойной амплитуды, сигнала).

Осциллограф визуализирует на экране синусоидальный сигнал. Это наиболее легкий и более точный метод для измерения размаха сигнала. Осциллограф позволяет видеть сигнал, а также любой шум, искажение или помехи, которые могут его сопровождать. Он может выполнять измерения напряжений сигналов с частотой до нескольких сот мегагерц.

В отличие от мультиметра осциллограф не позволяет измерить ток. Единственным способом измерить ток при помощи осциллографа является косвенный способ, а именно, надо измерить напряжение на участке цепи, преобразовать размах в эффективное значение, а затем разделить его на известное сопротивление участка цепи.

При выполнении тестов и измерений в электронике обычно является необходимым преобразование эффективных значении в значения размаха и наоборот. Эффективные (среднеквадратические, действующие) значения напряжения и тока связаны со значениями размаха (двойного амплитудного) следующими соотношениями: 

где индексы: РР — размах, RMS — эффективное значение.

Измерение частоты

Для измерений частоты F на осциллографе сначала нужно измерить период Т сигнала. Период — это время одного цикла. Самый простой способ сделать это — подсчитать количество горизонтальных делений между двумя последовательными пиками сигнала. Тогда частота F= 1/Т.

Проблема заземления

Сетевой шнур осциллографа снабжен заземляющим проводом, который соединен с шасси прибора внутри корпуса. Общая точка входов и выходов (зондов, синхросигналов) также связана с шасси. В домашних электроустановках корпус соединяется с заземляющим нейтральным проводом сети.

Такой тип подключения, разработанный для безопасности пользователя, вызывает серьезную проблему при проведении измерений в схемах, прямо или косвенно связанных с сетью.

К ним относятся, например, схемы на симисторах или схемы, питающиеся от устройств с конденсаторами (без трансформатора). В этих случаях существует риск короткого замыкания, которое обычно не представляет опасности, поскольку срабатывает предусмотренная защита.

Однако это плохо влияет на работу осциллографа. В таком случае следует убрать соединение с нейтралью, например, подключив переходник с трехконтактной вилки на двухконтактную или модифицировав многоконтактную вилку. Не нужно отсоединять заземляющий провод от корпуса осциллографа! Необходимо подчеркнуть, что такое подключение носит временный характер и должно быть изменено после проведения работ.

След луча

Срок службы электронно-лучевой трубки осциллографа существенно сокращается, если след луча без необходимости будет иметь вид точки, расположенной в одном и том же месте (возможно выгорание люминофора в этом месте). Поэтому после каждого измерения с такой необычной настройкой нужно возвращать временную развертку в состояние, при котором след луча имеет вид прямой линии.

Влияние зонда на работу схем

Сопротивление измерительных входов осциллографа ниже, чем аналогичное сопротивление цифрового мультиметра; оно составляет около 1 МОм против 10 МОм для мультиметра. К этому сопротивлению обычно добавляется конденсатор емкостью порядка 20 пФ.

Такие величины могут явиться причиной ошибок измерения и даже нарушения нормального функционирования схемы. Например, программа микроконтроллера может давать сбои при зондировании его тактовых схем (кварцевого генератора) или схемы обнуления.

Другим типичным примером является RC-цепь, особенно когда номиналы резисторов повышены. При подключении зонда может возникнуть впечатление, что конденсатор разряжен, хотя на самом деле он постоянно заряжен из-за ошибки в схеме.

Иногда таймер работает только при наличии зонда осциллографа из-за вызываемого им изменения параметров. Из всего сказанного можно сделать вывод, что при любом отклонении в работе устройства, которое зондируется при помощи осциллографа, следует изучить его с помощью принципиальной схемы, чтобы выявить возможные причины сбоя.

7 рекомендаций инженерам по измерению сигналов встроенных источников питания с помощью осциллографа

Достижение максимального динамического диапазона измерений

1. Используйте усреднение для повышения разрешающей способности измерений
2. Используйте режим захвата с высоким разрешением для обеспечения более высокой разрешающей способности
3. Используйте связь по переменному току для исключения постоянной составляющей
4. Ограничьте полосу пропускания осциллографа и пробников

Пробники для обеспечения оптимальной целостности сигнала

5. Используйте дифференциальные пробники для безопасного и точного измерения плавающего напряжения без заземления
6. Не используйте пробники и принадлежности, которые взаимодействуют с излучаемой мощностью
7. Выбирайте пробники, которые позволяют не использовать настройки осциллографа с максимальной чувствительностью

1 совет. Использование режима усреднения для повышения разрешающей способности измерений

Для некоторых задач измерения сигналов встроенных источников питания нужен широкий динамический диапазон, в то же время для измерения малых изменений исследуемых параметров требуется высокое разрешение. Для уменьшения случайного шума и расширения динамического диапазона измерений вместо дигитайзера с высоким разрешением можно использовать альтернативные методы сбора данных: режим захвата с усреднением и режим захвата с высоким разрешением.

Для использования режима захвата с усреднением исследуемый сигнал должен быть периодическим. Суть метода заключается в получении среднего значения напряжения в каждый момент времени по нескольким захватам. Метод позволяет уменьшить случайный шум и, тем самым, повысить вертикальное разрешение.

Сколько усреднений требуется для получения дополнительного бита вертикального разрешения? Каждые четыре усреднения выборок добавляют один дополнительный бит. Количество дополнительных битов рассчитывается по формуле:

N_b = 0,5 log₂ N,

где N_b — количество дополнительных битов; N — количество усреднений выборок.

Так, например, усреднение по 16 осциллограммам даст 2 дополнительных бита:

Таким образом, эффективное вертикальное разрешение осциллографа будет равно: 8 + 2 = 10 бит.

Этот алгоритм позволяет повысить вертикальное разрешение примерно до 12 бит, потому что потом начинают доминировать другие факторы, такие как погрешность усиления по вертикали или погрешность смещения. Достоинством режима усреднения является то, что он не ограничивает полосу пропускания осциллографа. Недостаток метода заключается в том, что для его использования требуется периодический сигнал, а также в том, что он снижает скорость обновления сигналов.

Рис. 2. Сигнал напряжения Vds импульсного источника питания, захваченный в режиме усреднения.

2 совет. Использование режима захвата с высоким разрешением для повышения разрешающей способности измерений

Другой метод уменьшения уровня шумов, который может использоваться и с непериодическими сигналами, называется режимом захвата с высоким разрешением. Большинство современных цифровых осциллографов, включая осциллографы Keysight серии InfiniiVision 3000X, в нормальном режиме захвата обеспечивают вертикальное разрешение 8 бит. Вместе с тем, режим высокого разрешения, также как и режим усреднения, позволяет повысить вертикальное разрешение осциллографа до 12 бит.

В режиме высокого разрешения усреднение осуществляется по нескольким последовательным точкам в пределах одного захвата, в отличие от режима усреднения, в котором производится усреднение значений напряжения по нескольким захватам. В режиме высокого разрешения нельзя непосредственно контролировать количество усреднений. Число дополнительных битов вертикального разрешения зависит от установленного значения горизонтальной развертки осциллографа.

При работе на медленных развертках осциллограф последовательно фильтрует точки данных и отображает результаты на дисплее. Увеличение объема памяти для отображаемых данных позволяет увеличить количество усредняемых точек. Режим высокого разрешения менее эффективен на высоких скоростях развертки, на которых количество захваченных и отображаемых точек меньше. На низких скоростях развертки эффективность этого метода значительно выше.

3 совет. Использование связи по переменному току (закрытый вход) для исключения постоянной составляющей

При исследовании пульсаций сигнала постоянная составляющая интереса не представляет. Обычно уровень шумов и пульсаций существенно ниже по сравнению с напряжением источника питания. Если динамический диапазон осциллографа используется для определения величины смещения, то вряд ли удастся тщательно изучить мелкие подробности сигнала. Использование осциллографа с закрытым входом (режим «AC») позволяет устранить влияние постоянной составляющей на измерения, повышая линейность и расширяя динамический диапазон измерений.

4 совет. Ограничение полосы пропускания осциллографа и пробников

Ограничение полосы пропускания — это простой, но зачастую недооцениваемый способ уменьшения уровня шумов и расширения динамического диапазона. Частота сигнала мощности намного меньше (от килогерц до десятков мегагерц), чем номинальная полоса пропускания осциллографа. Излишне широкая полоса пропускания не способствует получению дополнительной информации о сигнале, но вносит искажения в результаты измерений.

Именно для этой цели — ограничение полосы пропускания — большинство осциллографов имеют специальные аппаратные фильтры нижних частот с полосой 20-25 МГц. Преимущество аппаратных фильтров по сравнению с программными состоит в том, что они не оказывают влияния на скорость обновления сигналов.

Другой подход заключается в использовании пробников для ограничения полосы пропускания. Как известно, полоса пропускания измерительной системы равна полосе пропускания «самого слабого звена». Осциллограф с полосой 500 МГц при использовании совместно с пробником, имеющим полосу 10 МГц, будет иметь полосу пропускания 10 МГц. Компания Keysight предлагает широкий набор пассивных, активных несимметричных, активных дифференциальных и токовых пробников, полосы пропускания которых позволяют проводить любые специфические виды измерений.

5 совет. Использование дифференциальных пробников для безопасного и точного измерения плавающего напряжения без заземления

Заземляющий проводник пробника осциллографа подключается к шасси через корпус соединителя BNC. В целях безопасности корпус осциллографа подключается к системе заземления через провод заземления кабеля питания. Заземление осциллографа может не соответствовать способу заземления источника питания. Потенциал многих исследуемых сигналов измеряется не относительно «земли», а относительно другой точки (является «плавающим»). Для преодоления этого ограничения разработчики источников питания используют несколько методов.

Самым распространенным способом является изолирование осциллографа либо путем отключения провода защитного заземления кабеля питания, либо путем использования развязывающего трансформатора в линии питания. Однако следует иметь в виду, что этот прием может быть опасным из-за возможного наличия высокого напряжения на корпусе осциллографа. Кроме того, результаты измерений при изолированном корпусе могут быть неточными.

Другой метод измерения «плавающих» сигналов источника питания заключается в вычитании значения сигнала по каналу A из сигнала по каналу B с использованием двух несимметричных пробников напряжения. Для измерения интересующего сигнала применяются два входных канала и два пробника. Затем с помощью функции математических операций осциллографа осуществляется вычитание сигналов двух каналов с отображением результирующей осциллограммы.

Этот способ является относительно безопасным, так как осциллограф остается заземленным. Однако из-за рассогласования коэффициентов усиления применяемых пробников использование этого метода ограничено в случаях, когда синфазный сигнал сравнительно мал, а коэффициент ослабления синфазного сигнала имеет величину менее 20 дБ (10:1).

Лучшим решением для измерения «плавающего» напряжения является использование дифференциального пробника или дифференциального усилителя. Дифференциальные пробники обеспечивают высокое значение коэффициента ослабления синфазного сигнала (обычно не менее 80 дБ или 10 000:1), что позволяет проводить измерение малых величин разностных сигналов с высокой чувствительностью и точностью. Для выполнения безопасных и точных измерений «плавающего» напряжения рекомендуется использовать дифференциальные пробники с подходящим для данного приложения динамическим диапазоном и соответствующей полосой пропускания.

6 совет. Не рекомендуется использовать пробники и принадлежности, которые взаимодействуют с излучаемой мощностью

Следует быть очень внимательным при выборе осциллографических пробников и принадлежностей. Дело в том, что 15-сантиметровый провод заземления и наконечник в виде крючка, входящие в стандартный комплект поставки пассивных пробников общего назначения, способны воспринимать наводки помех, излучаемых в эфир источником питания или другими устройствами. Кроме того, индуктивная нагрузка, обусловленная длинным проводом заземления, добавляет «звон» (затухающие колебания) в измеряемый сигнал.

С другой стороны, более тонкий наконечник пробника и более короткий провод заземления — такие, какие используются в BNC адаптере или заземляющей насадке байонетного типа — позволяют существенно снизить уровень шумов. Это достигается путем минимизации контура подключения и уменьшения индуктивной нагрузки.

7 совет. Выбор пробников, которые позволяют не использовать настройки осциллографа с максимальной чувствительностью

При измерении амплитуды шумов и пульсаций источника питания может возникнуть необходимость использования осциллографа с настройками, обеспечивающими максимальную чувствительность по вертикали (В/дел.). В этом случае усилитель будет работать на пределе своих возможностей. Даже если параметры функционирования прибора находятся в рамках спецификации, то все равно не всегда удается добиться его оптимальных характеристик.

Вместо стандартных пассивных пробников с коэффициентом деления 10:1, поставляемых в комплекте с осциллографами, рекомендуется применять пробники с коэффициентом деления 1:1. При использовании пробника 10:1 не только в 10 раз увеличивается базовый уровень собственных шумов осциллографа, но и минимальные значения настроек коэффициента вертикального отклонения (В/дел.) также в 10 раз больше, чем с пробником 1:1.

Уменьшение величины отношения сигнал/шум приводит к сужению динамического диапазона измерений. Использование пробника с меньшим коэффициентом ослабления, при условии, что при этом не превышается максимальный уровень входного напряжения, позволяет достичь исключительно высокой целостности сигнала.

Для получения более подробной информации свяжитесь с техническими специалистами компании «Диполь».

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.

Основной 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.

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

Область 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.

Анализ 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.

Обзор наиболее популярных марок осциллографов с указанием их примерной стоимости в нашей стране представлен в таблице.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос №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:

Виды и типы осциллографов, их назначение и применение — Inkotel System

Осциллограф – один из наиболее распространенных контрольно-измерительных приборов, который необходим практически в любой радиотехнической лаборатории и мастерской. Основное назначение осциллографа – это исследование (наблюдение, сохранение и анализ) частотных и амплитудных характеристик электрического сигнала. Благодаря огромному количеству задач, которые необходимо решать в мире современной радиотехники, и возрастающему функционалу приборов, применение осциллографов расширяется благодаря возможностям аппаратной и цифровой обработки сигналов. Ниже мы рассмотрим ключевые типы современных осциллографов.

1) В зависимости от наличия или отсутствия цифровой обработки можно выделить 3 основных вида осциллографов:

a) Аналоговые осциллографы

b) Цифровые осциллографы

c) Анализаторы смешанных сигналов

Каждый из этих видов осциллографов имеет свои преимущества и недостатки. Так аналоговые осциллографы позволяют увидеть реальный сигнал без искажений, которые могут возникнуть в результате цифровой обработки данных. Цифровые же осциллографы имеют 2 недостатка:

1. Некоторые особенности сигнала могут быть усреднены или попросту пропущены при семплировании цифровым осциллографом, который в среднем измеряет всего лишь 0,5% времени работы, а остальные 99,5% времени обрабатывает полученные данные – «думает и не видит сигнал». Стоит отметить, что осциллографы серий RTM и RTO компании Rohde&Schwarz благодаря улучшенной архитектуре могут регистрировать сигнал на протяжении 10% времени, увеличивая количество собранной информации в 20 раз и позволяя заметить невидимые прежде особенности или «выбросы» сигнала.
2. В связи с операцией дискретизации при преобразовании аналогового сигнала в цифровой возникает минимальная величина «квантования» — значение амплитуды, ниже которого изменения амплитуды не будут отображаться прибором. Это приводит к ограниченности детектирования слабых ВЧ сигналов, наложенных на сигналы более низкой частоты и значительно большей амплитуды. Чтобы минимизировать этот негативный эффект в осциллографах R&SRTE и R&SRTO реализована функция «высокого разрешения», которая включает 16-битный АЦП вместо 8-битного, уменьшая таким образом «шаг квантования» по амплитуде в 256 раз.

Несмотря на указанные недостатки, из 2-х типов осциллографов именно цифровые осциллографы сейчас наиболее распространены благодаря огромным возможностям, которые открываются для обработки и анализа сигналов, включая демодуляцию, БПФ, запуск по выбранному условию, выявление редких особенностей сигнала с использованием наложения масок или метода послесвечения и многие другие. Более детально с характеристиками цифровых осциллографов Rohde&Schwarz Вы можете ознакомиться в разделе Осциллографы, перейдя по ссылке.

2)      Используя в качестве критерия возможность питания от батареи выделяют такие типы осциллографов как стационарные осциллографы и портативные осциллографы. Портативные осциллографы, как правило, имеют меньше возможностей и менее широкий диапазон частот. Этот тип осциллографов используются для работы в полевых условиях, когда очень важна мобильность прибора.

3) Отдельно необходимо выделить такой тип осциллографов как USB-осциллографы – портативные устройства, которые используются для рутинных работ, не требующих сверхвысокой точности и чувствительности. Одним из лидеров этого сегмента являются осциллографы PicoScope (Великобритания), более детально ознакомиться с которыми Вы можете, перейдя по ссылке.

Так же можно разделять осциллографы по полосе пропускания или наличию тех или иных функций. Однако указанные параметры важны для всех типов осциллографов и должны подбираться индивидуально под задачу, для решения которой будет применятся осциллограф. Более детально о том, как подобрать осциллограф, читайте в статье «Сравнение и выбор цифрового осциллографа».

Если у Вас возникли дополнительные вопросы – сотрудники ИНКОТЕЛ СИСТЕМ всегда с радостью помогут Вам с подбором контрольно-измерительного оборудования для решения Ваших задач.

Использование осциллографа, чтобы ничего не взрывалось

Комментарий @Tom Carpenter правильный. Все осциллографы заземлены. Это означает, что провод заземления подключен к выводу заземления его вилки питания. Итак, что вы на самом деле сделали это:

Провод заземления всегда должен быть подключен к фактическому заземлению тестируемой цепи при использовании осциллографа. *

* Если вы не используете изолирующий трансформатор на тестируемом устройстве, без шасси или заземления.

Кроме того, что Том подразумевает, «заставляя осциллограф выполнять вычитание», это соединить два канала через резистор и заземление к реальному заземлению. На дисплее появятся две осциллограммы. Войдите в «математическую» функцию осциллографа и проинструктируйте его вычесть канал 2 из канала 1. Результатом будет разница между ними, то есть напряжение на резисторе.

Без источника напряжения в сети, откуда взялась энергия, которая взорвала R_series? Я видел, что эта светодиодная трубка содержит несколько электролитических конденсаторов в своем драйвере. Пришла ли энергия от этих конденсаторов?

@QelopinUacel Как много вы знаете о выключателе, который вы открыли? Был ли это двухполюсный переключатель, как показывает диаграмма? Это мог быть однополюсный?

Переключатель должен быть подключен таким образом, чтобы «размыкание» было не совсем точным. Есть имя, номер детали для коммутатора? И как это было проведено?

«Все осциллографы заземлены». большинство из них есть, и вы, конечно, должны предполагать, что область действия пока не доказана, но области с входными данными без привязки к земле действительно существуют.

Я получил, вероятно, хорошее решение. Я пытался использовать вычитание, но это не дало хорошего результата, потому что разрешение слишком низкое. То, что я обнаружил, работает — это разместить один терминал R_series на земле, а другой на светодиодном терминале. Затем датчик заземления подключается к нейтрали, а датчик Ch 1 подключается к клемме R_series, которая подключена к клемме светодиода. Делать это так, ничего не взорвалось.

4.3. Использование осциллографа . Самоучитель по радиоэлектронике

Осциллограф становится относительно простым в использовании прибором после первого знакомства с ним. Затруднение может вызывать лишь изучение и запоминание функции каждого из различных органов управления на передней панели, где имеется множество ручек, лимбов, переключателей, кнопок и соединителей. Для непосвященных это кажется очень трудным. Изучите назначение каждого органа управления и проследите за картинкой на экране при использовании этих ручек. В результате вы быстро все поймете. Одним из лучших способов изучения функций и методов использования осциллографа является получение по возможности большего опыта во время практической работы.

4.3.1. Кабели для осциллографа

Желательно использовать осциллограф двухканального типа, так как он позволяет наблюдать одновременно два отдельных сигнала. Следовательно, он имеет два входных кабеля и соединителя. Они обычно маркируются как канал 1 и 2 или А и В. Различают два основных типа кабелей — прямой и аттенюаторный.

Кабель прямого типа является коаксиальным кабелем с двумя выводами, которые обычно имеют концевую заделку в виде щупов-наконечников или посредством зажимов типа «крокодил» для подключения к схеме. В любом случае данный кабель подводит сигнал, который должен воспроизводиться на экране, напрямую (без ослабления) к осциллографу.

С аттенюаторным типом соединителя также используется коаксиальный кабель, но в общем случае применяется щуп вместо зажимов типа «крокодил». Узел щупа содержит последовательный резистор с большим сопротивлением, которое вместе с полным входным сопротивлением осциллографа формирует делитель напряжения. Таким образом, данный щуп и кабель выполняют ослабление (аттенюацию) сигнала в 10 раз.

Преимуществом такого кабеля является то, что он создает меньшую емкостную нагрузку для схем высокой частоты, позволяя визуализировать высокочастотные сигналы и сложные формы сигнала. Чтобы получить корректное измерение амплитуды сигнала, не забудьте измеренное значение умножить на 10.

4.3.2. Измерение амплитуды

Для амплитудных измерений используется откалиброванная или координатная сетка на экране электронно-лучевой трубки для определения числа делений между максимальными положительным и отрицательным отклонениями сигнала {такое измерение называется измерением размаха, или двойной амплитуды, сигнала).

Осциллограф визуализирует на экране синусоидальный сигнал. Это наиболее легкий и более точный метод для измерения размаха сигнала. Осциллограф позволяет видеть сигнал, а также любой шум, искажение или помехи, которые могут его сопровождать. Он может выполнять измерения напряжений сигналов с частотой до нескольких сот мегагерц.

В отличие от мультиметра осциллограф не позволяет измерить ток. Единственным способом измерить ток при помощи осциллографа является косвенный способ, а именно, надо измерить напряжение на участке цепи, преобразовать размах в эффективное значение, а затем разделить его на известное сопротивление участка цепи.

При выполнении тестов и измерений в электронике обычно является необходимым преобразование эффективных значении в значения размаха и наоборот. Эффективные (среднеквадратические, действующие) значения напряжения и тока связаны со значениями размаха (двойного амплитудного) следующими соотношениями:

U_PP= 2,828·U_RMS

I_PP= 2,828·I_RMS

U_RMS= 0,3535·U_PP

I_RMS= 0,3535·I_PP

где индексы: РР — размах, RMS — эффективное значение.

4.3.3. Измерение частоты

Для измерений частоты F на осциллографе сначала нужно измерить период Т сигнала. Период — это время одного цикла. Самый простой способ сделать это — подсчитать количество горизонтальных делений между двумя последовательными пиками сигнала. Тогда частота F = 1/T.

4.3.4. Проблема заземления

Сетевой шнур осциллографа снабжен заземляющим проводом, который соединен с шасси прибора внутри корпуса. Общая точка входов и выходов (зондов, синхросигналов) также связана с шасси. В домашних электроустановках корпус соединяется с заземляющим нейтральным проводом сети.

Такой тип подключения, разработанный для безопасности пользователя, вызывает серьезную проблему при проведении измерений в схемах, прямо или косвенно связанных с сетью. К ним относятся, например, схемы на симисторах или схемы, питающиеся от устройств с конденсаторами (без трансформатора). В этих случаях существует риск короткого замыкания, которое обычно не представляет опасности, поскольку срабатывает предусмотренная защита. Однако это плохо влияет на работу осциллографа. В таком случае следует убрать соединение с нейтралью, например, подключив переходник с трехконтактной вилки на двухконтактную или модифицировав многоконтактную вилку. Не нужно отсоединять заземляющий провод от корпуса осциллографа! Необходимо подчеркнуть, что такое подключение носит временный характер и должно быть изменено после проведения работ.

4.3.5. След луча

Срок службы электронно-лучевой трубки осциллографа существенно сокращается, если след луча без необходимости будет иметь вид точки, расположенной в одном и том же месте (возможно выгорание люминофора в этом месте). Поэтому после каждого измерения с такой необычной настройкой нужно возвращать временную развертку в состояние, при котором след луча имеет вид прямой линии.

4.3.6. Влияние зонда на работу схем

Сопротивление измерительных входов осциллографа ниже, чем аналогичное сопротивление цифрового мультиметра; оно составляет около 1 МОм против 10 МОм для мультиметра. К этому сопротивлению обычно добавляется конденсатор емкостью порядка 20 пФ. Такие величины могут явиться причиной ошибок измерения и даже нарушения нормального функционирования схемы. Например, программа микроконтроллера может давать сбои при зондировании его тактовых схем (кварцевого генератора) или схемы обнуления.

Другим типичным примером является RC-цепь, особенно когда номиналы резисторов повышены. При подключении зонда может возникнуть впечатление, что конденсатор разряжен, хотя на самом деле он постоянно заряжен из-за ошибки в схеме. Иногда таймер работает только при наличии зонда осциллографа из-за вызываемого им изменения параметров. Из всего сказанного можно сделать вывод, что при любом отклонении в работе устройства, которое зондируется при помощи осциллографа, следует изучить его с помощью принципиальной схемы, чтобы выявить возможные причины сбоя.

Осциллографы.Виды и особенности.Устройство и работа.Применение

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

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

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

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

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

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

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

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

Переключатель синхронизации работает в положениях синхронизации от:

• Исследуемого сигнала.
• Сети.
• Внешнего источника.

Первое положение применяется чаще, так как оно более удобно.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Похожие темы:

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 обучения. Я был частично ответственен за то, что разрушил творческий потенциал тысяч учеников, 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 издательском деле 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 об этом видео.

Отлично! Не совсем так. Несмотря на то, что существует множество отличного контента, многое из того, что доступно в Интернете, не имеет качества и, самое главное, не имеет человеческого общения.

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, а еще лучше, если вы сможете попросить о помощи по радио.

В Tech Explorations мы вложили большие средства в наши средства коммуникации, чтобы убедиться, 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 накапливает многие сотни часов потери продуктивности обучения на каждого 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. Ничто другое не должно претендовать на 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, дружелюбной к учащимся обстановке.

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):

1. 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.
2. 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.
3. На основе вашего анализа определит ваш уровень знаний в отношении компонентов проекта .Вы можете хорошо разбираться в моторах, но у вас не хватает сенсора.
4. Спланируйте процесс создания прототипа. Эта часть процесса имеет решающее значение, потому что вам нужно принять несколько решений, которые включают оборудование, программное обеспечение и сборку гаджета, а также 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 бы вы, например, построили 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.
5. 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 свои навыки управления проектами и создания гаджетов — это сделать это.

И мы здесь, чтобы помочь вам 🙂

Как пользоваться осциллографом »Электроника Примечания

Основы или инструкции по использованию осциллографа и использованию осциллографа для измерения и поиска неисправностей в электронных схемах.

Осциллограф Учебное пособие Включает:
Основы осциллографа Типы осциллографов Характеристики Как пользоваться осциллографом Запуск области видимости Пробники осциллографа Технические характеристики пробника осциллографа

Типы областей: Аналоговый прицел Объем аналогового хранилища Цифровой люминофор Цифровой прицел Объем USB / ПК Осциллограф смешанных сигналов MSO

Осциллограф — это особенно полезный элемент испытательного оборудования, который можно использовать для тестирования и поиска неисправностей различных электронных схем, от логических схем через аналоговые схемы до радиосхем.Необходимо знать, как правильно пользоваться осциллографом, чтобы использовать его наилучшим образом. Зная основы использования осциллографа, можно более эффективно и быстро находить неисправности в цепях, а также лучше понимать, как эти цепи работают.

Хотя осциллографы дороже некоторых других единиц испытательного оборудования, включая мультиметры, их часто можно найти в домах и мастерских энтузиастов электроники. Поэтому важно, чтобы люди знали, как пользоваться осциллографом.

Основные элементы управления осциллографа

Ввиду гибкости и уровня контроля, необходимого для использования осциллографа, имеется большое количество элементов управления. Их необходимо правильно настроить, если необходимо получить требуемый вид сигнала.

К счастью, довольно легко привыкнуть к работе с осциллографом и использованию элементов управления для правильного просмотра формы сигнала.

Краткое описание основных элементов управления осциллографа приведено ниже:

Тем не менее, ниже приводится краткий обзор некоторых элементов управления:

• Вертикальное усиление: Этот регулятор на осциллографе изменяет усиление усилителя, который регулирует размер сигнала по вертикальной оси.Обычно его калибруют по определенному числу вольт на сантиметр. Поэтому, устанавливая переключатель вертикального усиления так, чтобы было выбрано меньшее количество вольт на сантиметр, затем вертикальное усиление увеличивается, а амплитуда видимой формы волны на экране увеличивается.

  При использовании осциллографа вертикальное усиление обычно устанавливается так, чтобы форма волны заполняла вертикальную плоскость как можно лучше, т. Е. Как можно больше, не выходя за пределы видимой или калиброванной области.

• Вертикальное положение: Этот элемент управления на осциллографе определяет положение кривой при отсутствии сигнала. Обычно он устанавливается на удобную линию на сетке, чтобы можно было легко измерить измерения выше и ниже «нулевого» положения. Он также имеет эквивалентный элемент управления горизонтальным положением, который устанавливает горизонтальное положение. Опять же, его следует установить в удобное положение для выполнения любых временных измерений.
• Timebase: Элемент управления timebase устанавливает скорость сканирования экрана.Он калибруется с точки зрения определенного определенного времени для каждой калибровки сантиметра на экране. Исходя из этого, можно рассчитать период формы волны. Это, если полный цикл формы волны составляет 10 микросекунд для завершения, это означает, что его период составляет 10 микросекунд, а частота является обратной величине периода времени, то есть 1/10 микросекунд = 100 кГц.

  Обычно развертка настраивается таким образом, чтобы форма волны или конкретная точка на исследуемой форме сигнала была видна наилучшим образом.

• Триггер: Элемент управления триггером на осциллографе устанавливает точку, в которой начинается сканирование сигнала. На аналоговых осциллографах сканирование запускалось только при достижении осциллограммой определенного уровня напряжения. Это позволит сканировать сигнал в одно и то же время в каждом цикле, что позволит отображать устойчивый сигнал. Изменяя напряжение запуска, сканирование может начинаться с другой точки сигнала.Также можно выбрать, запускать ли осциллограф по положительной или отрицательной части сигнала. Это может быть обеспечено отдельным переключателем, отмеченным знаками + и -.
• Задержка триггера: Это еще один важный элемент управления, связанный с функцией триггера. Известная как функция «удержания», она добавляет задержку к срабатыванию триггера, чтобы предотвратить его срабатывание слишком рано после завершения предыдущего сканирования. Эта функция иногда требуется, потому что на осциллограмме есть несколько точек, по которым может запускаться осциллограф.Регулируя функцию задержки, можно добиться стабильного отображения.
• Искатель луча: Некоторые осциллографы обладают функцией искателя луча. Это может быть особенно полезно, поскольку иногда след может быть не виден. Нажатие кнопки поиска луча позволяет найти луч и отрегулировать его так, чтобы он находился в центре экрана.

Несмотря на то, что существует множество других элементов управления, они являются основными, которые нужно понимать при изучении работы с осциллографом.Тем не менее, очень полезно разбираться в других элементах управления осциллографа, но некоторые из них могут отличаться от одного типа к другому.

Первые шаги в использовании осциллографа

Использовать осциллограф довольно просто после того, как он был использован, и можно ознакомиться с использованием элементов управления. Первый этап наступает при включении осциллографа, и именно здесь знание нескольких шагов по использованию осциллографа может быть очень полезным.

1. Включите питание: Это может показаться очевидным, но это первый шаг.Обычно переключатель имеет маркировку «Power» или «Line». Когда питание включено, загорание индикатора питания или светового индикатора линии является нормальным явлением. Это показывает, что питание было подано.
2. Подождите, пока не появится дисплей осциллографа: Хотя многие осциллографы в наши дни имеют дисплеи на основе полупроводников, многие из старых все еще используют электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), и им требуется некоторое время, чтобы нагреться до появления дисплея. Даже современным полупроводниковым устройствам часто требуется время, чтобы их электроника «загрузилась».Поэтому часто необходимо подождать около минуты, прежде чем можно будет использовать осциллограф.
3. Найдите кривую: Когда осциллограф будет готов, необходимо найти кривую. Часто это будет видно, но прежде чем будут видны другие формы волны, это первая стадия. Обычно спусковой крючок можно установить в центр, а стопор повернуть полностью против часовой стрелки. Также установите элементы управления положением по горизонтали и вертикали в центр, если их там еще нет.Обычно след становится видимым. В противном случае можно нажать кнопку «лучоискатель», и это определит местонахождение следа.
4. Установите регулировку усиления: Следующим этапом является установка регулировки усиления по горизонтали. Это должно быть установлено так, чтобы ожидаемая кривая почти заполняла вертикальный экран. Если ожидается, что форма волны будет составлять 8 вольт от пика до пика, а калиброванная часть экрана имеет высоту 10 сантиметров, установите усиление так, чтобы оно составляло 1 вольт / сантиметр. Таким образом, осциллограмма займет 8 сантиметров, почти заполнив экран.
5. Установите скорость развертки: Также необходимо установить скорость развертки на осциллографе. Фактическая настройка будет зависеть от того, что нужно увидеть. Обычно, если форма волны имеет период 10 мс, а экран имеет ширину 12 сантиметров, то выбирается скорость развертки 1 мс на сантиметр или деление.
6. Применить сигнал: При приблизительно правильной настройке элементов управления можно подать сигнал, и должно появиться изображение.
7. Отрегулируйте триггер: На этом этапе необходимо настроить уровень триггера и то, срабатывает ли он по положительному или отрицательному фронту. Регулятор уровня запуска сможет контролировать, где на осциллограмме запускается временная развертка, и, следовательно, трасса начинается на осциллограмме. Выбор того, срабатывает ли он по положительному или отрицательному фронту, также может иметь значение. Их следует отрегулировать, чтобы получить требуемое изображение.
8. Настройте элементы управления для получения наилучшего изображения: При наличии стабильной формы волны элементы управления усилением по вертикали и временной разверткой можно перенастроить для получения необходимого изображения.

Сводка

После того, как было сделано несколько измерений, становится намного проще знать, как пользоваться осциллографом. Поскольку осциллографы являются одним из основных элементов оборудования, любому, кто занимается электроникой, важно знать, как пользоваться осциллографом и как использовать его наилучшим образом.

Другие темы тестирования:
Анализатор сети передачи данных Цифровой мультиметр Частотомер Осциллограф Генераторы сигналов Анализатор спектра Измеритель LCR Дип-метр, ГДО Логический анализатор Измеритель мощности RF Генератор радиочастотных сигналов Логический зонд Тестирование и тестеры PAT Рефлектометр во временной области Векторный анализатор цепей PXI GPIB Граничное сканирование / JTAG
Вернуться в тестовое меню.. .

Практическое руководство по использованию осциллографа

Узнайте, как использовать осциллограф, который в торговле часто называют осциллографом, который является важным диагностическим инструментом, используемым при проектировании любых серьезных электронных схем.

Опубликовано 29 января 2020 г. Джон Тил

Осциллограф обеспечивает непрерывную отсечку сигнала с отметкой времени в точке измерения. Сигнал в этом случае — это просто входное напряжение.

Полезность осциллографа заключается в знании того, какую точку в цепи нужно исследовать, когда начинать собственно зондирование, как правильно настроить осциллограф и как интерпретировать то, что показывает осциллограф. Все это полностью зависит от навыков и знаний оператора прицела.

В частности, знание того, какой сигнал ожидать в данной точке цепи, интерпретация того, что на самом деле происходит в той же точке, интерпретация любых отклонений и соответствующие выводы, полностью зависит от оператора.

В этой статье мы рассмотрим, как правильно настроить и использовать осциллограф.

Как работает осциллограф?

В современных прицелах дисплей представляет собой просто прямоугольную область с сеткой X-Y. Этот узор сетки может быть фактическим наложением или наложенным изображением.

Ось x — это время, она проходит слева направо. Ось Y отображает дискретизированное значение напряжения входа во всех точках временной развертки. Тогда дисплей представляет собой просто график зависимости ввода от времени.

Обычно масштаб времени указывается как: мс / дел, или нас / дел, или нс / дел, где мс — миллисекунды, а нас — микросекунды и так далее на деление. Точно так же вертикальная ось указывается как В / дел или мВ / дел.

Чтобы лучше понять это, на рисунке 1 показано, что показывает осциллограф, когда на входе синусоидальная волна 1 кГц с пиковым напряжением 1 В. Легко видеть, что амплитуда сигнала составляет 1 В, а поскольку вертикальная установка осциллографа составляет 1 В / дел, пик сигнала составляет ровно 1 деление.

По горизонтали есть десять делений, каждое с настройкой 100 мкс / дел, всего 1000 мкс или 1 мс. Это точно период синусоидальной волны 1 кГц.

Рисунок 1 — Захват осциллографа синусоидальной волны 1 кГц, 1 В пик при 1 В / дел по вертикали и 100 мкс / дел по горизонтали

На рисунке 2 показан тот же вход с горизонтальной шкалой осциллографа, установленной на 200 мкс / дел. Теперь отображаются два полных цикла.

Рисунок 2 — Захват осциллографа синусоидальной волны 1 кГц, 1 В пик при 1 В / дел по вертикали и 200 мкс / дел по горизонтали

Рисунок 3 — это снова тот же сигнал, но отображаемый при 500 мВ / дел и 500 мкс / дел.Из этих изображений видно, что, управляя разрешением по горизонтали и вертикали, отображается большая или меньшая часть входного сигнала.

Например, поскольку размер экрана просмотра не изменился, то при просмотре только одного цикла будет отображаться больше деталей, в то время как увеличение временной развертки по горизонтали покажет большую общую картину, которая в данном конкретном случае больше та же синусоидальная волна.

Рисунок 3 — Захват осциллографа синусоидальной волны 1 кГц, 1 В пик при 500 мВ / дел по вертикали и 500 мкс / дел по горизонтали

Возвращаясь к рисунку 1, на дисплее осциллографа был зафиксирован клип ввода длительностью 1 мс.Этот ввод существовал до начала захвата и продолжался после этого. Итак, как осциллограф смог уловить ровно один цикл этого синусоидального входа, начиная с 0 В?

Другими словами, поскольку зондирование могло начаться в какое-то случайное время, как осциллограф смог начать захват в точное время начала цикла, одного из многих?

Ответ заключается в том, что все осциллографы имеют настройку уровня запуска. Горизонтальная развертка начинается при выполнении условия запуска. В этом случае осциллограф был настроен на запуск по самому входному сигналу с уровнем запуска, установленным на 0 В.Он также был настроен на срабатывание по нарастающему фронту.

Это элементы управления, которые доступны на всех осциллографах и позволяют пользователю точно определить, когда начинать захват, который, опять же, находится в левой части экрана. Для триггера можно было установить любое значение с захватом нарастающего или спадающего фронта.

Этот сигнал запуска также мог быть выбран из какого-либо другого источника помимо самого входного сигнала.

Это позволяет пользователю точно определить, какую часть сигнала необходимо отображать.

На рис. 4 показано, как выглядит дисплей с уровнем запуска 0,5 В по нарастающему фронту. На рисунке 6 показано, как это выглядит с уровнем запуска -0,5 В, нарастающий фронт.

Рисунок 4 — Захват осциллографа синусоидальной волны 1 кГц, 1 В пик с уровнем запуска, установленным на 500 мВ, нарастающий фронт

Рисунок 5 — Захват осциллографа синусоидальной волны 1 кГц, 1 В пик с уровнем запуска -500 мВ, нарастающий фронт

На рисунке 6 показан другой сценарий.Это выход 5 В постоянного тока адаптера переменного тока, что ясно показывает, что выход адаптера не чистый. Однако по этому снимку очень трудно сказать, сколько пульсаций присутствует на этой линии 5V.

Вам нужно удалить 5 В постоянного тока и просто показать только пульсацию. Это то, что показано на рисунке 7 после того, как режим связи, другой доступный параметр осциллографа, был изменен с постоянного на переменный ток.

Теперь вы можете ясно видеть, что пульсация составляет около 200 мВ.

Рисунок 6 — Пульсации на выходе постоянного тока адаптера переменного тока

Рисунок 7 — Фактическая пульсация после удаления части постоянного тока через муфту переменного тока осциллографа

На рисунке 8 показаны основные блоки базового осциллографа.Он включает в себя все, что было описано до сих пор.

Имеется временная развертка для горизонтальной развертки с триггером для ее запуска. Источник запуска может быть получен из самого входного сигнала или из других источников.

ПРИМЕЧАНИЕ: Обязательно загрузите бесплатное руководство в формате PDF 15 шагов для разработки нового электронного оборудования .

Для вертикальной развертки имеется вертикальный усилитель с прямой связью или связью по постоянному току или через конденсатор для связи по переменному току.

Рисунок 8 — Основные блоки простого осциллографа

Характеристики реальных осциллографов

Существует два основных типа прицелов — аналоговые и цифровые. Общее описание, представленное в предыдущем разделе, применимо к обоим видам. Однако аналоговые прицелы более старых технологий были заменены цифровыми, и остальная часть этой статьи будет посвящена в основном цифровым прицелам.

У них есть возможности, которых просто нет в аналоговых осциллографах.Например, аналоговые осциллографы — это в основном инструменты реального времени. Они отображают сигнал в том виде, в каком он был получен, и не имеют памяти или математических возможностей. Некоторые специализированные аналоговые осциллографы обладали функциями сохранения изображения на экране, но далеко не такими, какими могут обладать цифровые осциллографы.

В то время как все основные функции, представленные в предыдущем разделе, присутствуют во всех диапазонах, в этом разделе представлены еще больше функций, некоторые из которых присутствуют даже в относительно недорогих объемах.

Первая особенность, как уже упоминалось, — это память.Все изображения осциллографа в предыдущем разделе сначала были заморожены во внутренней памяти осциллографа, а затем сохранены на USB-накопителе.

Вот некоторые наиболее распространенные функции, доступные в цифровых прицелах:

Несколько каналов

Большинство осциллографов имеют как минимум два входных канала, а некоторые — четыре. Очень важной особенностью является возможность просмотра нескольких сигналов, которые имеют какие-то отношения друг с другом.

Здесь следует отметить одну важную вещь: одновременно может быть только один источник запуска.Однако этот источник триггера может быть на любом входном канале или это может быть внешний триггер, не основанный ни на одном из входных сигналов.

В качестве примера того, как это можно использовать, рассмотрим канал связи I ² C. Поскольку данные передаются по заднему фронту линии SCL, этот фронт можно использовать в качестве источника триггера, и тогда можно увидеть, каковы фактические считываемые данные, если линия SDA отслеживается на втором канале.

Типичный пример показан на рисунке 9.Он показывает самый первый байт инициализации I2C OLED. Между прочим, поскольку эта схема была фактически построена на макете для этой статьи, она также показывает некоторую перекрестную связь между линиями SDA и SCL. Однако, как видно из захвата прицела, этого было недостаточно, чтобы повлиять на нормальную работу.

Рисунок 9 — I ² C SCL и SDA, захваченные из последовательности инициализации OLED

Предварительный запуск и запуск с задержкой

Поскольку цифровой осциллограф всегда преобразует входной сигнал в цифровые данные, также можно просмотреть, что произошло до срабатывания триггера, и отложить начало фактического захвата сигнала до некоторого времени после условия триггера.

Например, условием запуска может быть установленный флаг ошибки, а функция предварительного запуска может показать, что произошло с некоторыми другими сигналами непосредственно перед тем, как этот флаг был установлен. С другой стороны, с отложенным триггером можно увидеть, что произошло через некоторое заранее определенное время после фактического триггерного события.

Математические функции

Поскольку собираемые данные являются цифровыми и находятся во внутренней памяти осциллографа, с ними можно проводить математические вычисления.Распространенным является вычисление среднеквадратичных и средних значений захваченного входного сигнала. Некоторые осциллографы также позволяют выполнять БПФ и другие сложные вычисления входного сигнала.

Очень простым, но весьма полезным математическим вычислением является отображение разницы между двумя входными каналами осциллографа. Если два входа являются фактическими входами для дифференциального усилителя, эта функция может показать, как должен выглядеть выход усилителя.

Еще одно использование этого — отображение формы волны тока в реальном времени в конкретном участке цепи.Для этого просто вставьте резистор низкого сопротивления в линию питания данной цепи и подключите два пробника осциллографа, канал 1 и канал 2, например, как показано на рисунке 10.

Затем настройте осциллограф, чтобы с помощью математической функции ch2 — ch3 показать разницу между этими двумя сигналами. К этому разностному сигналу также могут применяться среднеквадратичные или математические функции усреднения.

Зная номинал резистора, легко вычислить фактическое среднеквадратичное значение или среднее потребление тока и фактически увидеть форму кривой потребления тока.В качестве примечания, это значение может сильно отличаться от того, что показывает типичное показание измерения тока мультиметром, в зависимости от того, насколько «скачкообразно» потребление тока.

Большинство мультиметров, хотя и являются точными, очень медленно реагируют. Если потребление тока происходит короткими всплесками, мультиметр может их полностью пропустить. В этих случаях мультиметр покажет меньшее потребление тока, чем фактическое значение.

Рисунок 10 — Схема измерения тока на стороне высокого напряжения с использованием двух каналов осциллографа и математических функций.

Бесконечная настойчивость

Представьте себе сценарий, в котором возникают случайные, случайные сбои, которые, как вы подозреваете, вызывают неисправность. Без удачи или терпения, чтобы постоянно наблюдать за дисплеем осциллографа, невозможно фактически определить, так ли это на самом деле или нет.

Однако в режиме бесконечного сохранения вы можете диагностировать неисправности. При нормальной работе осциллографа ранее отображаемая форма волны стирается каждый раз при получении нового сигнала запуска.

В режиме бесконечного сохранения это не так. Все предыдущие следы сохраняются на экране. Это позволяет увидеть, произошел ли сбой в течение длительного периода наблюдения.

Знай свой инструмент

Все изображения, использованные в этой статье, за исключением блок-схем, были сняты на реальном осциллографе. Процесс захвата этих изображений включал в себя возиться с различными настройками, чтобы получить нужный сигнал для правильного отображения.

Однако здесь это не обсуждалось, потому что прицелы различаются расположением циферблатов, переключателей и других пунктов меню.Они также различаются по своим математическим способностям.

Даже опытный инженер будет немного возиться, пытаясь получить стабильное изображение на незнакомом прицеле. Однако основные шаги, такие как выбор правильной временной развертки, вертикальной шкалы, фронта и уровня запуска, одинаковы для всех осциллографов. \

Чтобы узнать больше об осциллографе, вот хороший ресурс.

Другой контент, который может вам понравиться:

Как использовать осциллограф

В этом руководстве объясняется, как настроить осциллограф и затем отобразить изменяющееся напряжение в виде кривой, масштабируемой по размеру экрана.

Подробнее о том, что такое осциллограф и какие проблемы он решает, можно найти в нашей предыдущей статье ниже.

Ваш осциллограф определяет напряжение с помощью пробника.Когда вы втягиваете подпружиненную пластиковую манжету на конце зонда, как показано на рисунке 1, открывается крошечный металлический крючок, который может захватить вывод компонента на печатной плате. У пробника также есть черный провод, заканчивающийся зажимом типа «крокодил», который вы подключаете к отрицательному заземлению на плате. См. Рисунок 2.

Рисунок 1: Подпружиненный металлический крючок на конце зонда

Рисунок 2: Заземляющий зажим типа «крокодил» для зонда

Другой конец кабеля зонда оканчивается вилкой BNC, как показано на Рисунок 3.Вставьте его в гнездо «A» вашего осциллографа, как показано на рисунке 4, и поверните металлическое кольцо на вилке, чтобы зафиксировать его в нужном положении. Гнезда A и B могут также обозначаться как Ch2 и Ch3, что означает каналы 1 и 2.

Рисунок 3: Пробник подключается к вилке BNC

Рисунок 4: Один из входов канала в осциллограф

Обратите внимание, что хотя некоторые осциллографы могут использоваться с входным напряжением до 300 В, другие устанавливают гораздо более низкий предел. За подробностями обращайтесь к своей документации.

Когда вы используете его в автоматическом режиме, ваш осциллограф попытается создать отображение на основе напряжения, обнаруженного пробником. Если вы просто прикоснетесь пальцем к кончику зонда, вы должны увидеть след. Это убедит вас в том, что осциллограф работает, но вам придется настроить дисплей для получения стабильного изображения, как описано ниже.

Осциллографы разных типов имеют разные пользовательские интерфейсы. Ручная модель допускает регулировку с помощью кнопок, в то время как настольная версия обычно имеет некоторые физические ручки. Осциллограф USB может показывать вам маленькие изображения ручек, которые вы можете «поворачивать» указателем мыши, или он может использовать раскрывающиеся меню. Во всех этих вариантах основные концепции остаются неизменными.

После того, как трасса будет настроена по своему вкусу, вы можете сохранить данные, которые создали трассу, перезагрузить их позже и настроить некоторые атрибуты.Ваш осциллограф также может сохранять снимок экрана в таком формате, как растровое изображение или jpeg.

Напряжение отображается на вертикальной шкале в левой части экрана, также известной как «ось Y». Ручка или меню позволят вам выбрать количество вольт или милливольт для каждого деления шкалы. Это значение часто обозначается как VOLTS / DIV или может называться «усилением».

В то время как осциллограф будет запускаться в автоматическом режиме, вы можете выбрать «уровень запуска», определяющий, когда начинать сбор и отображение данных. Ваш осциллограф может позволить вам установить уровень в процентах от общего диапазона напряжения или как удельное напряжение.Вы можете выбрать начало захвата, когда напряжение, измеряемое датчиком, поднимается выше уровня срабатывания триггера или падает ниже его.

После получения полезной трассы вы можете настроить ее местоположение, иногда называемое «смещением». Его можно перемещать с помощью кнопок со стрелками или с помощью ручек, обозначенных Y-POS (вертикальное положение) и X-POS (горизонтальное положение). На USB-осциллографе вы можете перетащить кривую с помощью мыши.

Чтобы изучить возможные варианты, вы можете использовать простую испытательную схему, в которой двухпозиционный переключатель заряжает конденсатор от батареи, а затем разряжает конденсатор через резистор, как показано на рисунке 5.

Рисунок 5: Двойной переключатель заряжает конденсатор

Если вы хотите увидеть напряжение на конденсаторе, когда он разряжается, вы можете попытаться зафиксировать его вручную с помощью кнопок RUN и STOP на вашем осциллографе, но вы можете этого не делать. смог сделать это достаточно быстро. Лучше всего начать сбор данных автоматически, установив уровень триггера.

Поскольку разряд конденсатора в цепи является единичным событием, в осциллографе следует выбрать «однократный» запуск.Затем установите уровень, который немного ниже напряжения на конденсаторе, когда он полностью заряжен, и установите запуск, когда напряжение упадет ниже этого уровня.

В идеале вы можете предпочесть начать регистрацию события за мгновение до того, как произойдет падение напряжения. Это можно сделать довольно просто, потому что цифровой осциллограф все время хранит данные в памяти. Когда начинается падение напряжения, осциллограф уже сохранил данные, которые ему предшествовали, и может генерировать кривую с этого момента.Это показано на рисунке 6.

Рисунок 6: Регистрация разряда конденсатора

Чтобы график четко отображался на экране, вам нужно установить VOLTS / DIV в соответствии с диапазоном напряжения на конденсаторе, а затем поэкспериментировать с значения для TIME / DIV. Каждое горизонтальное деление на рисунке 6 составляет 1 миллисекунду, но ваше идеальное TIME / DIV будет зависеть от размера конденсатора, номинала резистора и напряжения источника питания в вашей тестовой цепи.

Обратите внимание, что все снимки экрана в этом руководстве были обрезаны и помечены для наглядности, но каждая кривая была сохранена без какого-либо редактирования.Небольшие выпуклости на графике на Рисунке 6, вероятно, являются результатом электрического шума.

Теперь предположим, что вы хотите захватить сигнал, который постоянно повторяется, например, выходной сигнал микросхемы таймера, которая была подключена асинхронно. Когда осциллограф работает в «нормальном» режиме, кривая на экране часто обновляется, пока вы настраиваете VOLTS / DIV и TIME / DIV. Вы можете сразу увидеть результат изменения схемы, а также можете обнаружить очень короткие события.

На рисунке 7 показан непрерывный прямоугольный сигнал на выходе микросхемы таймера 7555.На рисунке 8 вы видите, как изменяется сигнал, если между выходным контактом микросхемы и землей помещается конденсатор. Выходное напряжение теперь медленно растет, когда микросхема заряжает конденсатор, а затем падает более резко, когда конденсатор разряжается в микросхему. Чтобы избежать перегрева микросхемы из-за слишком большого тока, этот тест не следует продолжать в течение длительного периода.

Рисунок 7: Непрерывный прямоугольный выходной сигнал таймера 7555

Рисунок 8: Конденсатор, помещенный на выходе таймера 7555

Отсоедините конденсатор, снимите 7555, замените таймер 555, подключенный асинхронно, и результат будет показан на рисунке 9.Он выглядит почти так же, как на рисунке 7, за исключением того, что в начале каждого высокого сегмента кривой есть небольшой всплеск напряжения. 555 — это очень старый TTL дизайн, который, как известно, создает шумный выход.

Рисунок 9: Выход старого таймера 555 с коротким скачком напряжения

Ваш осциллограф может увеличить изображение, чтобы показать вам, что происходит, но если вы попытаетесь увидеть скачок напряжения таким образом, вы, вероятно, не увидите достаточно деталей. Вам нужно чаще измерять напряжение, что произойдет автоматически, если вы уменьшите значение TIME / DIV, чтобы сосредоточиться на более коротком временном окне.На рисунке 10 ось X теперь откалибрована в микросекундах, а не в секундах.

Рисунок 10: Скачок напряжения таймера 555 увеличен в большую сторону.

Рисунок 11 использует идентичные настройки для отображения выходного сигнала таймера 7555. Вы можете видеть, что более современная конструкция CMOS в 7555 полностью устраняет переходные всплески, характерные для 555, хотя время нарастания выходного сигнала немного меньше.

Рисунок 11: Более чистый нарастающий фронт выходного сигнала таймера 7555

Запись неповторяющегося сигнала

Что делать, если у вас есть непрерывный сигнал, который не повторяется, например, выходной сигнал с микрофона? Начните с вашего осциллографа в режиме AUTO, затем настройте TIME / DIV.Поскольку все образцы теперь разные, вы можете захотеть быстро сделать серию просмотров. Типичный цифровой осциллограф может хранить 32 или более, что позволяет просматривать их после того, как они были сохранены в памяти.

В следующем руководстве мы расскажем о некоторых дополнительных функциях осциллографов.

Базовый анализ формы сигналов с помощью осциллографа

Узнайте об осциллографах текущего поколения и о том, как их использовать для измерения различных элементов схем.

Вспомогательная информация

Осциллограф — бесценный диагностический инструмент, который можно использовать для поиска неисправностей в цепях, проверки конструкции продукта перед доставкой потребителям и обратного проектирования продуктов для «взлома».

Мы рассмотрим различные варианты использования осциллографа с помощью Tektronix MDO3104, предоставленного Tektronix. Часть 1 продемонстрирует универсальность осциллографов текущего поколения.

Получение прицела

При подготовке статей мы обычно предоставляем ссылку для покупки необходимых деталей у различных поставщиков. Из-за высокой стоимости машины, использованной в этой статье, казалось разумным найти для читателей вариант приобретения машины каким-либо другим способом.Если вы не можете позволить себе купить новый осциллограф, вы можете арендовать, сдавать в аренду, сдавать в аренду, финансировать или покупать подержанные машины у таких компаний, как Microlease.

Примечание перед началом работы

Все примеры в этой статье основаны на осциллографе Tektronix MDO3104.

Во время подготовки этой статьи я связался с несколькими производителями тестовых приборов — Rigol и BK Precision также предложили сделать тестовые инструменты доступными для этой статьи, и я хотел бы поблагодарить все компании за их щедрость.Все они инструменты мирового класса.

Эта статья не является практическим руководством по Tektronix MDO3104. Он предназначен для демонстрации различных возможностей и функций большинства осциллографов среднего уровня на примере Tektronix MDO3104.

Я покажу шаги, необходимые для использования имеющейся у меня машины — читателю предоставляется возможность ознакомиться с документацией по их конкретному объему для конкретных нажатий клавиш и опций меню. Я использую жирный шрифт для обозначения физических манипуляций с прицелом посредством поворота ручки или нажатия кнопки и кавычки для обозначения выбора в меню.

Осциллографы дисплеи

Осциллографы позволяют нам определять отношения между определенными переменными в электрических цепях. Ранние осциллографы могли показать только взаимосвязь между разностью потенциалов и временем. Современные осциллографы продолжают традицию измерения напряжения в зависимости от времени, а также предоставляют обширный набор сложных функций анализа данных, функций отображения и вариантов запуска.

Чтобы понять, какие электрические отношения существуют в ваших цепях, вы должны знать, как интерпретировать то, что вам преподносят.

Это типичный дисплей осциллографа с одной осциллограммой, отображающий время по горизонтальной оси и разность потенциалов по вертикальной оси.

В левой нижней части изображения вы увидите ① 500 мВ

Это указывает на две вещи:

• Канал 1 отображается на осциллографе желтым цветом.
• Для первого канала каждый прямоугольник сетки соответствует 500 мВ в вертикальном направлении. Итак, у нас есть «500 милливольт на деление» с 8 видимыми вертикальными прямоугольниками, и, таким образом, $$ \ frac {500 \; \ text {mV}} {1 \; \ text {деление}} \ times 8 \; \ text {divisions } = 4 \; \ text {V} $$, видимый в вертикальном направлении

В левом нижнем углу вы увидите еще одно поле с надписью AFG Sine 100.00 кГц 1.0000 Впик .:

• AFG Указывает, что генератор произвольной функции активен (я использовал его для создания этой формы сигнала)
• Синусоидальная форма волны
• 100 000 кГц — это частота сигнала: 100 000 циклов в секунду.
• 1.0000 Vpp — амплитуда передаваемого сигнала.

Внизу по центру есть еще одна коробка с:

  DVM: MODe FREQuency // Устанавливает режим измерения DVM на частоту
DVM: ИЗМЕРЕНИЕ: ЗНАЧЕНИЕ? // Запрашивает осциллограф и возвращает результат измерения частоты