Осциллограф. Устройство и принцип работы. Органы управления.
Назначение, устройство и описание осциллографа
Если спросить профессионального регулировщика электронной аппаратуры или радиоинженера: «Какой самый главный прибор на вашем рабочем месте?» Ответ будет однозначным: «Конечно, осциллограф!». И это действительно так.
Конечно, невозможно обойтись без мультиметра. Измерить напряжение в контрольных точках схемы, замерить сопротивление и ток, «прозвонить» диод или проверить транзистор все это важно и нужно.
Но когда речь заходит о регулировке и настройке любого электронного устройства от простого телевизора до многоканального передатчика орбитальной станции, то без осциллографа обойтись невозможно.
Осциллограф предназначен для визуального наблюдения и контроля периодических сигналов любой формы: синусоидальной, прямоугольной и треугольной. Благодаря широкому диапазону развёртки он позволяет так развернуть импульс, что можно контролировать даже наносекундные интервалы.
Например, измерить время нарастания импульса, а в цифровой аппаратуре это очень важный параметр.
Осциллограф – это своего рода телевизор, который показывает электрические сигналы.
Как работает осциллограф?
Чтобы понять, как работает осциллограф, рассмотрим блок-схему усреднённого прибора. Практически все осциллографы устроены именно так.
На схеме не показаны только два блока питания: высоковольтный источник, который используется для вырабатывания высокого напряжения поступающего на ЭЛТ (электронно-лучевая трубка) и низковольтный, обеспечивающий работу всех узлов прибора. И отсутствует встроенный калибратор, который служит для настройки осциллографа и подготовки его к работе.
Исследуемый сигнал подаётся на вход «Y» канала вертикального отклонения и попадает на аттенюатор, который представляет собой многопозиционный переключатель, регулирующий чувствительность. Его шкала отградуирована в V/см или V/дел.
Имеется в виду одно деление координатной сетки нанесённой на экран ЭЛТ. Там же нанесены сами величины: 0,1 В,10 В, 100 В. Если амплитуда исследуемого сигнала неизвестна, мы устанавливаем минимальную чувствительность, например 100 вольт на деление. Тогда даже сигнал амплитудой 300 вольт не выведет прибор из строя.
В комплект любого осциллографа входят делители 1 : 10 и 1 : 100 они представляют собой цилиндрические или прямоугольные насадки с разъёмами с двух сторон. Выполняют те же функции, что и аттенюатор. Кроме того при работе с короткими импульсами они компенсируют ёмкость коаксиального кабеля. Вот так выглядит внешний делитель от осциллографа С1-94. Как видим, коэффициент деления его составляет 1 : 10.
Благодаря внешнему делителю удаётся расширить возможности прибора, так как при его использовании становится возможным исследование электрических сигналов с амплитудой в сотни вольт.
С выхода входного делителя сигнал поступает на предварительный усилитель.
Генератор развёртки формирует пилообразное напряжение, которое подаётся на усилитель горизонтального отклонения и на пластины «X» ЭЛТ и обеспечивает горизонтальное отклонение луча. Он имеет переключатель, градуированный как время на деление («Время/дел»), и шкалу времени развёртки в секундах (s), миллисекундах (ms) и микросекундах (μs).
Устройство синхронизации обеспечивает начало запуска генератора развёртки одновременно с возникновением сигнала в начальной точке экрана. В результате на экране осциллографа мы видим изображение импульса развёрнутое во времени.
Переключатель синхронизации имеет следующие положения:
Синхронизация от исследуемого сигнала.
Синхронизация от сети.
Синхронизация от внешнего источника.
Первый вариант наиболее удобный и он используется чаще всего.
Осциллограф С1-94.
Кроме сложных и дорогих моделей осциллографов, которые используются при разработке электронной аппаратуры, нашей промышленностью был налажен выпуск малогабаритного осциллографа C1-94 специально для радиолюбителей. Несмотря на невысокую стоимость, он хорошо зарекомендовал себя в работе и обладает всеми функциями дорогого и серьёзного прибора.
В отличие от своих более «навороченных» собратьев, осциллограф С1-94 обладает достаточно небольшими размерами, а также прост в использовании. Рассмотрим его органы управления. Вот лицевая панель осциллографа С1-94.
Справа от экрана сверху вниз.
Ручка: «Фокус».
Ручка «Яркость».
Этими регуляторами можно настроить фокусировку луча на экране, а также его яркость. В целях продления срока службы ЭЛТ желательно выставлять яркость на минимум, но так, чтобы показания были видны достаточно чётко.
Кнопка «Сеть». Кнопка включения прибора.
Кнопка установки времени развёртки. Грубое переключение коэффициентов развёртки. Можно установить миллисекунды (ms) и микросекунды (μs). Напомним, что 1 ms = 1000 μs. Подробнее о сокращённой записи численных величин.
Кнопка режима «Ждущ-Авт
Это кнопка выбора ждущего и автоматического режима развёртки. При работе в ждущем режиме запуск и синхронизация развёртки производится исследуемым сигналом. При автоматическом режиме запуск развёртки происходит без сигнала. Для исследования сигнала чаще используется ждущий режим запуска развёртки.
Вот этой кнопкой производится выбор полярности запускающего импульса.
Можно выбрать запуск от импульса положительной или отрицательной полярности.Кнопка установки синхронизации «Внутр-Внешн».
Обычно используется внутренняя синхронизация, так как для использования внешнего синхросигнала нужен отдельный источник этого внешнего сигнала. Понятно, что в условиях домашней мастерской это в подавляющем случае не нужно. Вход внешнего синхросигнала на лицевой панели осциллографа выглядит вот так.
Кнопка выбора «Открытого» и «Закрытого» входа.
Тут всё понятно. Если предполагается исследование сигнала с постоянной составляющей, то выбираем «Переменный и постоянный». Этот режим называется «Открытым», так как на канал вертикального отклонения подаётся сигнал, содержащий в своём спектре постоянную составляющую или низкие частоты.
При этом, стоит учитывать, что при отображении сигнала на экране он уйдёт вверх, так как к амплитуде переменной составляющей добавиться и уровень постоянной составляющей.
По центру лицевой панели переключатель «развёртка» — Время/дел. Именно этот переключатель управляет работой генератора развёртки.
Чуть ниже располагается переключатель входного делителя (аттенюатора) — V/дел. Как уже говорилось, при исследовании сигнала с неизвестной амплитудой, необходимо выставить максимально возможное значение V/дел. Так для осциллографа С1-94 нужно установить переключатель в положение 5 (5V/дел.). В таком случае одна клетка на координатной сетке экрана будет равна 5-ти вольтам. Если ко входу «Y» осциллографа подключить делитель с коэффициентом деления 1 к 10 (1 : 10), то одна клетка будет равна 50-ти вольтам (5V/дел. * 10 = 50V/дел.).
Можно выбрать запуск от импульса положительной или отрицательной полярности.
Клемма «корпус» служит для заземления корпуса прибора. Это делается в целях безопасности. В условиях домашней мастерской порой нет возможности заземлить корпус прибора. Поэтому приходится работать без заземления. При этом важно помнить, что во включенном состоянии на корпусе осциллографа может быть потенциал напряжения. При касании корпуса может «дёрнуть». Особенно опасно дотрагиваться одной рукой до корпуса осциллографа, а другой рукой до батарей отопления или других работающих электроприборов. В таком случае опасный потенциал с корпуса пройдёт через ваше тело («рука» — «рука») и вы получите электрический удар! Поэтому при работе осциллографа без заземления желательно не дотрагиваться до 
Также на панели осциллографа имеются:
Ручка «Перемещение луча по горизонтали».
Она служит для корректировки положения луча в горизонтальном направлении. Если покрутить данную ручку, то изображение развёртки будет смешатся либо вправо, либо влево.
Также есть и ручка «Перемещение луча по вертикали».
С помощью её можно отрегулировать положение развёртки на экране по вертикали.
Ручки «Перемещение луча по горизонтали» и «Перемещение луча по вертикали» служат исключительно для настройки комфортного отображения осциллограммы сигнала на экране. Они никак не влияют на настройку работы самого осциллографа.
А вот ручка «Уровень синхронизации» необходима для того, чтобы «остановить» осциллограмму сигнала на экране.
Поворотом этой ручки добиваются того, чтобы изображение сигнала «застыло», а не «убегало». Иногда, чтобы поймать изображение с помощью ручки «Уровень» приходится изменить время развёртки переключателем Время/дел.
Входной разъём «Y» , к которому подключается измерительный щуп или внешний делитель выглядит так.
Внизу указываются параметры входа, а именно входное сопротивление (1 MΩ) и входная ёмкость (40pF).
Чем выше входное сопротивление измерительного прибора, тем лучше. Таким образом при измерении прибор не шунтирует элементы тестируемой схемы и не вносит искажений в измеряемый сигнал. Входная ёмкость прежде всего влияет на возможность исследования высокочастотных сигналов.
Чем выше входное сопротивление измерительного прибора, тем лучше. Таким образом при измерении прибор не шунтирует элементы тестируемой схемы и не вносит искажений в измеряемый сигнал. Входная ёмкость прежде всего влияет на возможность исследования высокочастотных сигналов.В настоящее время, с развитием цифровой техники, стали широко внедряться цифровые осциллографы. По сути это гибрид аналоговой и цифровой техники. Отношение к ним неоднозначное, как к мясорубке с процессором или к кофемолке с дисплеем.
Аналоговая аппаратура всегда была надежной и удобной в работе. Кроме того она легко ремонтировалась. Цифровой осциллограф стоит на порядок дороже и очень сложен в ремонте. Плюсов конечно много. Если аналоговый сигнал с помощью АЦП (аналогово-цифрового преобразователя) перевести в цифровую форму, то с ним можно делать всё что угодно. Его можно записать в память и в любой момент вывести на экран для сравнения с другим сигналом, складывать в фазе и противофазе с другими сигналами.
Конечно, аналоговая техника это хорошо, но за цифровой электроникой будущее.
Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница
Также Вам будет интересно узнать:
О других регулировках . Осциллограф-ваш помощник [Как работать с осциллографом]
Вот вы и познакомились с некоторыми ручками управления на лицевой панели осциллографа. А теперь о других регулировках. Под переключателем 6 длительностей развертки расположен переключатель 7 режима работы развертки. Если кнопка переключателя отжата (максимально выступает над панелью), генератор развертки работает в автоматическом режиме — генерирует пилообразное напряжение заданной длительности. Если же кнопка переключателя нажата (утоплена внутрь), генератор переходит в ждущий режим, т. е. «ожидает» прихода входного сигнала, и с его появлением запускается. Этот режим бывает необходим при исследовании сигналов, появляющихся случайно, либо при исследовании параметров импульса, когда его передний фронт должен быть в начале развертки.
В автоматическом режиме работы случайный сигнал может появиться в любом месте развертки, что усложняет его наблюдение. Удобства ждущего режима вы сможете оценить во время импульсных измерений описываемым осциллографом.
Ниже переключателя 7 находится ручка синхронизации 8 («СИНХР.»), которую можно поворачивать от крайнего левого положения (знак «—») до крайнего правого (знак «+»). Это регулировка синхронизации развертки от сигнала соответствующей полярности. Для чего она нужна? Если между генератором развертки и сигналом нет никакой связи, то начинаться развертка и появляться сигнал будут в разное время, и изображение сигнала на экране осциллографа будет перемещаться либо в одну, либо в другую сторону в зависимости от разности частот сигнала и развертки.
Чтобы остановить изображение, нужно засинхронизировать генератор, т. е. обеспечить такой режим работы, при котором начало развертки будет совпадать с началом появления периодического сигнала (скажем, синусоидального).
Причем синхронизировать генератор можно как от внутреннего сигнала (он берется с усилителя вертикального отклонения), так и от внешнего, подаваемого на гнезда 12 «ВХОД х /СИНХР./». Выбирают тот или иной режим кнопкой 9 «ВНУТР.-ВНЕШН.» (при отжатой кнопке действует внутренняя синхронизация, при нажатой — внешняя).
Когда ручка 8 находится в крайнем левом положении («—»), генератор развертки синхронизируется отрицательным сигналом (или полупериодом синусоидального напряжения), а в крайнем правом («+») — положительным. В среднем положении («0») ручки синхронизация выключается. Кроме того, при перемещении этой ручки изменяется амплитуда синхронизирующего сигнала, что также способствует получению устойчивой синхронизации.
И последняя кнопка — 10 («РАЗВ.-ВХ.Х.»). Когда она отжата, на вход усилителя канала горизонтального отклонения поступает пилообразное напряжение и на экране видна линия развертки.
Когда же кнопка нажата, вход усилителя подключается к гнездам «ВХОД х /СИНХР./». Теперь горизонтальная линия развертки будет получаться только при подаче сигнала на указанные гнезда. Причем чувствительность этого канала равна примерно 0,5 В/дел., т. е. для отклонения луча на 8 клеток масштабной сетки на гнезда нужно подать сигнал амплитудой не менее 4 В.
Такой режим работы осциллографа бывает нужен, например, при исследовании частотных и фазовых соотношений гармонических колебаний так называемым методом фигур Лиссажу, когда одни колебания подают на вход Y осциллографа, а другие — на вход X. С этим методом мы встретимся во время практических работ.
На задней стейке осциллографа можно увидеть гнездо, около которого стоит обозначение треугольного импульса. На это гнездо выведен сигнал генератора горизонтального отклонения — он бывает нужен при специальных видах измерений, например, при снятии амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) усилителей.
Параметры | Значения |
Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) | |
Тип | прямоугольный, 6 дюймов |
Экспозиционная площадь | 8 х 10 дел (1 дел = 1 см) |
Ускоряющее напряжение | 2 кВ |
Z-вход | |
Входной сопротивление | ~47 кОм |
Входной уровень | ≥ 5 Впик-пик |
Частотный диапазон | 2 МГц |
Канал вертикального отклонения | |
Чувствительность | 5 мВ /дел … 5 В /дел ±3% |
Полоса пропускания (-3 дБ) | 0 МГц … 20 МГц (открытый вход) 10 Гц … 20 МГц (закрытый вход) |
Время нарастания | ≤ 17. |
Входной импеданс | ~ 1МОм /25 пФ |
Максимальное входное напряжение | 400 В |
Вход усилителя | открытый (DC), закрытый (АС), заземленный (GND) |
Режим работы | канал 1 (Ch2), канал 2 (Ch3), оба канала (DUAL) (попеременно (ALT) /поочередно (CHOP)), сумма каналов (ADD), разность каналов (Ch3 INV) |
Канал горизонтального отклонения | |
Коэффициент развертки | 0.2 мкс /дел … 0.5 с /дел 20 нс /дел … 50 мс /дел при масштабировании |
Точность | ±3% ±5% при масштабировании (20 нс /дел … 50 нс /дел некалиброванное) |
Масштабирование развертки | х 10 |
Максимальный коэффициент развертки | 20 нс /дел |
Линейность развертки | ±5% ±10% при масштабировании |
Синхронизация | |
Режим | автоматический (AUTO), ждущий (NORM), ТВ-строки (TV-H), ТВ-кадры (TV-V) |
Синхронизация | блокировка уровня синхронизации |
Источник синхронизации | канал 1 (Ch2), канал 2 (Ch3), сложение каналов синхронизации (ALT), сеть (LINE), внешний (EXT) |
Вход усилителя | закрытый (AC) |
Полярность синхронизации | «+» или «-» |
Чувствительность (20 Гц … 2 МГц) | 0. 2.0 дел (ALT) 200 мВ (EXT) ТВ-синхронизация > 1дел или 1 В (EXT) |
Чувствительность (2 МГц … 20 МГц) | 1.5 дел (Ch2, Ch3) 3.0 дел (ALT) 800 мВ (EXT) ТВ-синхронизация > 1дел или 1 В (EXT) |
Внешний вход синхронизации | |
Входной импеданс | 1 МОм ±3% /25 пФ ±5 пФ |
Максимальное входное напряжение | 400 В при 1 кГц |
Режим X-Y | |
Чувствительность | 5 мВ /дел … 5 В /дел ±4% |
Частотный диапазон X-входа | 500 кГц |
Сдвиг фазы | ≤3° (50 кГц) |
Выходной сигнал | |
Выход сигнала канала 1 | |
Калибратор | |
Форма сигнала | положительный меандр |
Частота | 1 кГц |
Коэффициент | в пределах 48:52 |
Выходное напряжение | 2 Впик-пик ±2% |
Выходной импеданс | 1 кОм |
Частотомер | |
Разрядность | 6-разрядный |
Частотный диапазон | 10 Гц … 20 МГц |
5 нс
5 дел (Ch2, Ch3)Полезные статьи по автодиагностике — Школа Пахомова
Мотортестер – один из трех основных диагностических приборов, на которых базируется вся процедура современной моторной диагностики.
Он является инструментом, позволяющим снимать информацию непосредственно с двигателя. Если сканер образно можно назвать «глазами блока управления», то мотортестер – это «глаза диагноста».
Какого рода информацию позволяет получать мотортестер?
Это формы напряжений и токов различных устройств, в том числе системы зажигания. Это осциллограммы давлений в цилиндре, во впускном коллекторе, в картере двигателя. Кроме того, возможна оценка состояния механической части двигателя путем выполнения тестов неравномерности вращения и относительной компрессии.
Методик применения этого прибора очень много, мотортестер не есть нечто незыблемое, нечто консервативное в плане применения, как сканер. Мотортестер — это универсальный инструмент, который можно применить где угодно и как угодно. В этом цикле статей будут показаны некоторые аспекты применения прибора, во всяком случае, известные автору аспекты, описаны методики применения, в том числе и нестандартные.
Некие прообразы мотортестеров, которые можно сравнить с современными приборами лишь с большой натяжкой, появились достаточно давно. Конечно, по нынешним меркам они выглядят весьма комично, но, тем не менее, эти приборы позволяли измерить ток, напряжение, угол замкнутого состояния контактов в распределителе зажигания.
Позднее к этому набору добавился электронно-лучевой осциллограф, позволяющий визуально оценить процесс высоковольтного пробоя. Такой прообраз современного мотортестера достаточно успешно применялся на станциях для диагностики двигателей. Насколько полноценно выполнялась диагностика с применением подобных приборов – сказать сложно; возможно, для двигателей тех лет выполняемых ими функций было достаточно.
Настоящая революция в мире мотортестеров произошла, конечно же, с появлением компьютера. Современный мотортестер чаще всего представляет собой приставку к компьютеру и работает с ним в паре: можно выделить аппаратную часть (адаптер) и программную часть прибора.
Существуют и портативные версии мотортестеров, они бесспорно имеют свои плюсы вроде компактности и мобильности. Но огромный минус заключается в графических возможностях их дисплеев. Как правило, они монохромные, с низкой четкостью отображения по сравнению с монитором компьютера. Поэтому следует отдавать предпочтение приборам, построенным по схеме «компьютер + приставка».
Чтобы понять, как формируется изображение на экране современного мотортестера, а фактически на мониторе компьютера, нужно вспомнить, как устроена электронно-лучевая трубка и как работает осциллограф. В основном этот прибор используется для работы с электронными устройствами.
Основой осциллографа является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Она представляет собой запаянную стеклянную колбу, из которой удален воздух, с установленной в ее горловине электронной пушкой. Дно колбы покрыто люминофором – веществом, которое светится при бомбардировке его электронами.
Электронная пушка формирует узкий пучок электронов, так называемый электронный луч, и направляет его на экран. Люминофор под воздействием пучка электронов начинает светиться, и в итоге на экране возникает яркая точка.
Трубка снабжена отклоняющей системой, которая способна изменять направление движения луча, тем самым перемещая его по экрану. На горизонтальные отклоняющие пластины Х1 и Х2 подается пилообразное напряжение, иначе называемое напряжением развертки, в результате чего луч совершает относительно медленное перемещение от левого края экрана к правому, затем быстрое перемещение обратно. Поэтому при отсутствии входного сигнала на экране осциллографа видна горизонтальная полоса.
На вертикальные отклоняющие пластины Y1 и Y2 после необходимой обработки подается исследуемый сигнал. Теперь при движении луча по горизонтали он будет отклоняться вверх или вниз, формируя картинку, представляющую собой визуальный аналог этого сигнала, называемый осциллограммой.
Что является очень важным моментом в рассмотренной схеме работы?
Важным является тот факт, что частота сигнала должна совпадать с частотой пилообразного напряжения, только в этом случае «картинка» на экране ЭЛТ будет стабильной. В противном случае увидим просто светящийся экран. Поэтому частота «пилы» постоянно подстраивается под частоту сигнала с помощью синхронизирующей схемы. Она, основываясь на входном сигнале, вырабатывает опорные импульсы для генератора пилообразного напряжения. Генератор в свою очередь формирует пилообразное напряжение, подаваемое на горизонтальные отклоняющие пластины. В результате на экране осциллографа наблюдается стабильное изображение. Отсюда вытекает понятие синхронизации осциллографа.
Синхронизация – это привязка частоты горизонтальной развертки к частоте исследуемого сигнала.
Само слово «синхронизация» происходит от греческого «хронос» (время). Синхронно – это одинаково во времени, в один момент времени.
Понятие синхронизации – очень важное понятие, необходимо до конца осознать его, потому что в мотортестерах выбор типа синхронизации и работа с ней являются одной из важнейших составляющих работы с прибором.
Говоря о синхронизации, следует классифицировать ее по признаку происхождения. Если источником синхронизации является сам исследуемый сигнал, то такая синхронизация называется внутренней. В этом случае синхронизирующая схема вырабатывает опорные импульсы для генератора пилообразного напряжения, основываясь на периоде исходного сигнала. Если же оператор подает на соответствующий вход прибора некий опорный сигнал извне, то синхронизирующая схема работает на его основе. Такая синхронизация называется внешней и применяется при исследовательских и конструкторских работах, в основном с радиоэлектронной аппаратурой.
Синхронизация мотортестера осуществляется аналогично осциллографу. В различных приборах она реализована по-разному, но общая идея остается неизменной: синхронизация может быть либо внутренняя, от исследуемого сигнала, либо внешняя, путем подачи в прибор синхронизирующих импульсов.
Ими могут служить, например, высоковольтные импульсы в системе зажигания.
Для дальнейшего разговора нужно ввести понятие канала осциллографа. Канал – это совокупность цепей усиления и обработки сигнала, от входа осциллографа до вертикальных отклоняющих пластин. Она включает в себя входные цепи, усилители, фильтры, через которые проходит исследуемый сигнал от входа до вывода его на экран. Количество каналов – один из важных параметров осциллографа. Попросту говоря, от количества каналов зависит, сколько сигналов одновременно будет возможно наблюдать на экране.
Каков основной недостаток электронно-лучевого осциллографа? К сожалению, большинство таких приборов имеют всего один канал. Связано это в основном со сложностью реализации нескольких лучей в электронно-лучевой трубке. Существуют осциллографы с двумя каналами обработки сигнала и с отображением одновременно двух сигналов на экране, но нужно понимать, что эти сигналы прорисовываются одним электронным лучом по очереди.
Два сигнала – это уже хорошо, но на практике при диагностике двигателя требуется увидеть одновременно три, четыре, пять и даже более сигналов. Сложность в реализации многоканальности является большим недостатком классических осциллографов и ограничивает их применение в качестве мотортестеров.
Что же принципиально представляет собой современный компьютерный мотортестер?
Фактически это некая виртуальная модель электронно-лучевого осциллографа. Конечно, там нет ЭЛТ, а информация выводится на монитор компьютера. Реализация многоканальности в этом случае не представляет собой больших трудностей: количество каналов ограничено только наличием соответствующих цепей обработки сигнала в адаптере и разумной необходимостью. Обычно количество каналов мотортестера не превышает 4-8.
Подавляющее большинство современных мотортестеров представляют собой комплекс из подключаемой к автомобилю аппаратной части (адаптера) и компьютерной программы. Связь между компьютером и адаптером осуществляется разными способами: через USB-порт, посредством сетевого кабеля либо с применением беспроводной связи Wi-Fi.
Тот факт, что мотортестер представляет собой виртуальную модель осциллографа, наложил отпечаток на вид окна программы. Такое окно содержит поле осциллограмм, представляющее собой фактически экран ЭЛТ и имеющее зачастую те же атрибуты в виде измерительной сетки и различных шкал, кнопки включения каналов, кнопки выбора типа синхронизации, полозок уровня синхронизации, кнопки включения фильтров. Конечно, есть и специфические элементы типа выпадающих меню или измерительных линеек, но, в общем и целом, экран монитора отображает виртуальную модель осциллографа.
Мотортестер, ваш помощник: итоги 1 частиСовременный мотортестер представляет собой виртуальную модель электронно-лучевого осциллографа и состоит из компьютерной программы и адаптера для подключения к автомобилю. Как и при работе с осциллографом, при использовании мотортестера необходимо применять тот или иной тип синхронизации. Многоканальность мотортестера обусловлена наличием нескольких цепей обработки сигнала и отсутствием сложностей с отображением осциллограмм сигналов на экране монитора.
Все материалы цикла «Мотортестер, ваш помощник»:Мотортестер, ваш помощник. Часть 2
Мотортестер, ваш помощник. Часть 3
Мотортестер, ваш помощник. Часть 4
Мотортестер, ваш помощник. Часть 5
Мотортестер, ваш помощник. Часть 6
Мотортестер, ваш помощник. Часть 7
Мотортестер, ваш помощник. Часть 8
20 самых важных характеристик осциллографов!
Попробуем разобраться в том, какую роль играет полоса пропускания, чувствительность и память осциллографа при измерениях, в каких случаях лучше использовать аналоговые и цифровые, двухканальные и двухлучевые осциллографы, а когда вместо современного стационарного цифрового или портативного осциллографа достаточно иметь под рукой старый советский прибор? Ответы на эти и другие вопросы, а также все типовые заблуждения, связанные с этими приборами, вы найдете в нашей подборке — 20 самых важных характеристик осциллографов!
Когда мы говорим «осциллограф», то представляем себе прибор, на лицевой панели которого расположен экран, отображающий графики входных электрических сигналов (амплитудные и временных характеристики). Однако поскольку видов этих сигналов «великое множество», очевидно, что не может быть одного универсального прибора, способного адекватно показать все. Поэтому, выбирая осциллограф, нужно ориентироваться во всех разновидностях этого «многоликого» по областям применения прибора, чтобы выбрать именно тот, который подходит для решения стоящих перед вами задач. И здесь немудрено запутаться или упустить какие-то моменты, что может привести к покупке «ненужного чуда» электронной техники. А чтобы не попасть впросак, стоит прислушаться к отзывам опытных практиков, помогающим системно подойти к своим запросам и сделать действительно безошибочный выбор. Далее разбираются основные параметры и технические характеристики осциллографов.
1. Чем хорош двухлучевой осциллограф?
Двухлучевой осциллограф позволяет двумя лучами одновременно наблюдать на общей временной развертке два независимых процесса. Двухканальный осциллограф содержит электронный коммутатор, коммутирующий либо намного чаще, чем частота процесса, либо намного реже, чем частота процесса два процесса на один луч. При этом получается, как бы два луча, но график отображается «кусками, хотя, если частота коммутации выбрана верно, то визуально это не заметно. Все это верно до тех пор, пока исследуются строго периодические процессы. Если же процессы импульсные или не строго периодические (форма сигнала отличается в разных периодах или период меняется), качественно наблюдать два таких процесса на двухканальном однолучевом осциллографе невозможно, потому что в каждый момент времени мы видим только кусочек одного процесса. В принципе двухлучевой осциллограф, конечно, намного лучше однолучевого двухканального. У двухлучевого есть и недостаток: вертикальная развертка каждого луча линейна в своей половине экрана, верхнего – в верхней, нижнего – в нижней. При попытке использовать весь экран одним лучом нас ждет разочарование – отклонение луча у двухлучевой ЭЛТ в «чужой» половине экрана существенно нелинейно.
2. Ограничения двухканального (многоканального) осциллографа
Двухканальный (многоканальный) осциллограф отличается от двухлучевого (многолучевого) тем, что у него одновременное наблюдение разных сигналов обеспечивается быстрым переключением с одного канала на другой, т. к. применяется однолучевая трубка. Из-за чего на высоких скоростях развертки он «рвет» сигналы на экране. Двухлучевой (многолучевой) – имеет трубку с несколькими лучами, поэтому он сигналы не «рвет», но стоит обычно дороже.
3. Любой осциллограф – это не измерительный, а наблюдательный прибор
Хотя в цифровых осциллографах используются также измерительные функции (можно, например, проводить измерения амплитуды сигнала и т. д.). У аналоговых осциллографов погрешность по экрану 5-10%. Цифровые, к которым относятся также USB-осциллографы, вроде более точные, но есть такое понятие, как «Вертикальное разрешение». Например, у типового USB-осциллографа – указано 9 бит вертикального разрешения (реально часто – 8 бит). Это значит, что входной сигнал, надо поделить на 2 в 8-й степени, то есть на 256, что при входном сигнале 10 В даст ступеньку в 0,4 В.
4. Цифровой или аналоговый осциллограф?
Выбор «цифровой или аналоговый осциллограф» зависит от характера исследуемых процессов. Цифровой имеет память, широчайшие возможности рассматривать уже зарегистрированные кратковременные сигналы (есть возможность делать их скриншоты), цветной дисплей (что очень способствует восприятию информации), множество способов синхронизации, некоторые возможности обработки сигнала. У аналогового – наименьшие искажения наблюдаемого сигнала, что обычно приводится как основной довод в их пользу. Других, более серьезных доводов обычно не приводят.
5. Цифровой осциллограф не покажет ВЧ импульсы
Еще одна особенность цифровых осциллографов: для наблюдения непрерывного сигнала, и для того, чтобы сильно не увеличивать частоту дискретизации (квантования) по времени (а это необходимо из-за того, что точных быстродействующих АЦП пока еще мало, а то и вовсе нет для решения каких-то задач), часто используются для обработки численные методы (аппроксимация, интерполяция, экстраполяция). Современные микроконтроллеры довольно просто с этой задачей справляются. Но в результате мы видим не настоящий сигнал, а эрзац-сигнал, полученный в результате обработки точечных отсчетов численными методами. То есть мы можем не увидеть на сигнале «иглы» высокочастотных импульсных помех, которые будут прекрасно видны на аналоговом осциллографе.
6. Цифровой осциллограф умеет запоминать сигналы
У цифрового осциллографа дополнительное удобство – он может запоминать сигнал и выводить его на экран в увеличенном масштабе (функция экранной лупы). А также достаточно просто реализуются функции автонастройки на сигнал и измерение параметров сигнала (но это уже в дорогих моделях). Еще одно важное достоинство – просмотр или предварительное (возможно и полное) декодирование промышленных протоколов.
7. Ограничения АЦП цифровых осциллографов
Цифровой осциллограф работает на принципе преобразования аналогового (т. е. непрерывного) сигнала в цифровой (т. е. дискретный) со всеми вытекающими отсюда последствиями:
- Для того чтобы передать сигнал как можно точнее, частота дискретизации должна быть намного выше частоты измеряемого сигнала. Т. е. чем больше дискретных отсчетов в единицу времени, тем более непрерывным будет отображение сигнала и более точным его воспроизведение на экране.
- Дискретизация по уровню измеряемого сигнала (как правило, это напряжение). Чтобы его как можно точнее измерить, надо иметь хорошую дискретизацию по уровню. Допустим, мы имеем АЦП 8-бит. Теоретически он дает 256 уровней сигнала. Т. е. сигнал с амплитудой 10 В он может перевести в цифровой код с точностью 0,04 В, а если у АЦП 10 разрядов (1024 уровня), то мы сможем наблюдать этот же сигнал с точностью 0,01 В (правда, на самом деле точность будет ниже, из-за погрешности самого АЦП).
- Многолучевым цифровой осциллограф в принципе быть не может.
- Интерфейс для связи с компьютером имеют не только цифровые, но и многие аналоговые осциллографы.
8. Объем памяти цифрового осциллографа
Объем памяти выборок (в английской технической документации используются термины Record Length – длина записи или Memory Depth – глубина памяти) – третья ключевая характеристика цифровых осциллографов, наряду с полосой пропускания и частотой оцифровки. Суть в том, что это память, работающая на частоте оцифровки. Ее нехватка приводит к тому, что на медленных развертках осциллограф вынужден снижать частоту оцифровки во избежание переполнения памяти. Хотя есть «кривые» попытки обойти эту проблему, например, использованием пик-детектора. Если памяти выборок много (от 1 Мегасемплов), то это производителем специально подчеркивается, а если мало, то всячески замалчивается. Или приводится большой объем памяти, но оказывается, что это просто ОЗУ встроенного процессора, а не быстрая память выборок. Допустим, частота выборок – 500 мегавыборок в секунду (полоса пропускания – 50 МГц, 10 выборок на период). Смотрим сигнал 50 Гц (период 20 мс). За это время осциллограф сделает 10 000 000 выборок. С 8-битным АЦП ему надо запомнить 1 байт на выборку. Итого, чтобы зарисовать этот период, ему нужно либо 10 Мб памяти, либо снижать частоту выборок.
9. «Короткая и длинная» память в цифровом осциллографе
Короткая и длинная память — это «закон сохранения энергии в осциллографе». Если вы используете максимальную частоту дискретизации то у вас «короткая память» будет (извините за выражение), если же частота дискретизации будет в два раза меньше — то у вас память будет «ого-го». Если нужно посмотреть пачку импульсов — используете большую память, если периодический, но высокочастотный сигнал (тем более меандр), то тогда более важна частота дискретизации.
10. Время нарастания входного сигнала
Показатель «Время нарастания входного сигнала» – чем меньше, тем лучше. Это значит, что меньше будет «отгрызаться» начало первого сигнала на экране при внутренней синхронизации, и тем лучше частотные свойства осциллографа.
11. Полоса пропускания цифрового осциллографа
Считается, что для наблюдения цифровых сигналов полоса пропускания осциллографа должна быть в несколько раз выше частоты сигнала (хотя бы втрое), иначе прямоугольный сигнал превращается в «квазисинусоиду» (то есть «заваливаются» фронты). И частота дискретизации должна быть выше хотя бы раз в десять (некоторые даже считают, что это соотношение должно быть не менее 1:20).
12. Как связаны шумы и погрешность Разрешение экрана
Чем выше разрешение экрана, тем больше детализация. Выбирайте разрешение не менее 640 точек по горизонтали и не менее 480 точек по вертикали, многие современные относительно недорогие осциллографы уже имеют такие экраны. Экран должен быть цветным и с малой инерционностью. Черно-белые экраны с большой инерционностью — прошлый век.
13. Как связаны шумы и погрешность Когда нужен осциллограф с логическим анализатором?
Современная прикладная электроника – это в большинстве случаев «смесь цифры с аналогом». Расшифровка протоколов здесь не главное (хотя и не без нее). Но вот, допустим, имеем сигнал ШИМ, который в свою очередь может перейти во что угодно – ток, напряжение, температуру, магнитное поле, обороты и т. д. и т. п. Регулирование этих величин, допустим, выполняется с помощью микроконтроллера посредством какого-либо ПИД-регулятора. Как отрабатывать все тонкости этих процессов? Вот тут и придет на помощь встроенный в осциллограф логический анализатор. Конечно, все то же самое можно делать и отдельным анализатором, и синхронизировать его с аналоговыми сигналами. Но все это вы будете видеть на разных мониторах и засечь, что и после чего изменяется «от цифры в аналоге» уже будет очень неудобно и непродуктивно.
Таким образом, если вы собираетесь рассматривать цифровой и аналоговый сигналы одновременно, например, цифровой сигнал зависит (синхронизирован) от аналогового или наоборот, то лучшим решением будет осциллограф с логическим анализатором на борту или хотя бы с возможностью докупить логический анализатор позже (но нужно, чтобы у покупаемого осциллографа была такая опция). Отдельный логический анализатор удобен для работы с чистой цифрой.
14. Как связаны шумы и погрешность Как связаны шумы и погрешность осциллографа с разрешением экрана?
Шумы осциллографа не имеют никакого отношения к разрешению экрана. Точно так же и погрешность осциллографа не имеет никакого отношения к разрешению экрана.
15. Эквивалентный режим
Эквивалентный режим используется только для периодических сигналов. Он позволяет повысить частоту дискретизации в десятки раз. Суть в том, что друг за другом делается не одна запись сигнала, а много, но каждый раз с небольшим смещением. Поскольку сигнал все время одинаковый (периодический), потом полученные записи накладывают друг на друга, и получают запись с как-бы очень высокой частотой оцифровки, например 50 ГГц, хотя реальная частота оцифровки была обычная, например 500 МГц. Для однократных сигналов не годится.
16. Режим сегментированной памяти
Некоторые цифровые осциллографы имеют режим сегментированной памяти. То есть их можно оставить работать хоть на неделю, но они будут записывать не весь сигнал, а только его часть, форма которой задается через меню, например, только короткие пики. Таким образом, ни один пик не будет пропущен и будет записан с нужной (высокой) частотой дискретизации. А потом все записанные сегменты (кусочки сигнала) можно разом просмотреть.
17. Минусы портативных осциллографов
У портативных приборов цены выше, а параметры хуже, это известно. В частности, «настольные» осциллографы давно «доросли» до 1-2 мегасемплов (мегабайт) памяти выборок, а у портативных эта память по-прежнему 1-40 килосемплов (килобайт).
18. Что такое мотортестер?
Для диагностики системы зажигания автомобильного двигателя используется мотортестер, представляющий собой многоканальный осциллограф (осциллограф-мультиметр с четырьмя и более каналами), с инсталлированным в нем специальным ПО. К осциллографу подключается комплект датчиков. Мотортестер отображает осциллограмму высокого напряжения системы зажигания и в реальном времени параметры импульсов зажигания, такие как пробивное напряжение, время и напряжение горения искры.
19. Что такое автомобильный диагностический сканер?
Для «общей» автодиагностики применяют диагностический адаптер или CAN-Bus автомобильный диагностический сканер, представляющий собой осциллограф смешанных сигналов – осциллограф со встроенным логическим анализатором, который, используя специальное ПО, выполняет дешифровку протоколов CAN/KWP2000/др. и трактует полученные данные. Система управления современного двигателя, отвечающего строгим нормам токсичности, в качестве главного своего элемента содержит электронный блок управления (ЭБУ). Так вот сканер предназначен именно для работы с ЭБУ, для его «сканирования». А так как сканер работает с блоком, то он позволяет:
- Наблюдать сигналы с датчиков системы, следить за их изменением во времени.
- Проверять работу исполнительных механизмов путем приведения их в действие и визуального или другого контроля.
- Считывать сохраненные системой коды неисправностей.
- Посмотреть идентификационные данные ЭБУ, системы и т. п.
20. Почему лучше не использовать осциллографы, выпущенные в СССР?
В России до сих пор продаются осциллографы, выпущенные в СССР 25-30 лет назад. Они могут привлечь внимание разве что новичков и не очень требовательных радиолюбителей. Однако опытные практики пишут на страницах интернет-форумов буквально следующее: «Ни в коем случае не советую связываться с советскими приборами, тем более осциллографами, управляемыми микропроцессором. Советские приборы утыканы сбоку и сверху подстроечниками для калибровки. Методика описана в инструкции, обычно довольно бестолковой. Перечень «пороков» советских приборов продолжают габариты, вес и высохшие электролиты».
Примечание.
При подготовке этой статьи использовались отзывы, советы и рекомендации по выбору и работе с электронными осциллографами, собранные с крупнейших отечественных и зарубежных интернет-форумов.
Примеры оборудования:
См. также:
Осциллограф
Запуск и запуск осциллографа »Электроника
Функция триггера — одна из самых полезных функций осциллографа — знание того, как использовать триггер осциллографа, является ключом к возможности эффективно использовать его.
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
Функция запуска осциллографа позволяет постоянно отображать повторяющиеся сигналы на экране.Триггер позволяет временной развертке начинать сканирование с одной и той же точки при каждом повторении сигнала.
Таким образом, запуск осциллографа позволяет осмысленно просматривать формы сигнала, в противном случае развертка по времени будет начинаться в случайной точке формы сигнала каждый раз, когда форма сигнала повторяется, и изображение формы сигнала не будет иметь смысла.
Концепция запуска осциллографа
Основная концепция функции запуска осциллографа заключается в том, что часть входящего сигнала подается в схему компаратора.
Передняя панель осциллографа с элементами управления запускомКогда напряжение формы волны достигает требуемого уровня, компаратор переключается и отправляет сигнал запуска в базу времени. Это обеспечивает точную синхронизацию временной развертки с отображаемой формой сигнала, чтобы она оставалась стабильной на экране.
Точка запуска на осциллограммеУровень запуска и крутизна осциллографа
Для получения необходимого изображения на осциллографе триггер можно отрегулировать двумя основными способами: как уровень, так и направление наклона можно выбрать как на аналоговом, так и на цифровом осциллографе.
Регулятор уровня напряжения триггера устанавливает напряжение, при котором триггер срабатывает. При изменении этого напряжения изменяется точка на осциллограмме, в которой начинается шкала времени.
Изменение точки напряжения запуска осциллографаВидно, что при изменении напряжения запуска изменяется положение на осциллограмме.
Наклон синхронизации, как указано в названии, определяет, запускается ли развертка временной развертки по положительному или отрицательному фронту или наклону.
Запуск осциллографа по положительному и отрицательному наклонуИсточники запуска осциллографа
Сигнал, по которому может запускаться осциллограф, может быть получен различными способами.Иногда наличие внешнего источника для запуска может сделать сигнал более стабильным и сделать его более стабильным.
- Сигнальный канал: Самым распространенным источником сигнала, используемого для обеспечения триггера, является сам канал сигнала. На нескольких каналах по умолчанию запускается канал A, но обычно также возможен запуск и по другим каналам. Запуск может быть помечен как канал A / B или эквивалент
- Внешний источник: На большинстве осциллографов есть возможность выбора внешнего источника запуска.Это может быть очень полезно, когда система синхронизирована с внешним сигналом. Обычно для этих внешних сигналов можно иметь такой же контроль напряжения запуска и крутизны.
- Видео: Запуск по видеосигналу широко использовался для аналогового видео и телевидения. Схема запуска извлекала синхроимпульсы, которые были встроены в аналоговый видеосигнал, и использовала их.
- Линия: При использовании функции запуска по линии осциллограф будет запускаться по входному питанию или по форме сигнала линейного напряжения.Эта форма запуска была полезна для обнаружения проблем, связанных с линией.
Удержание триггера
Одна возможность, которая особенно полезна при запуске более сложных сигналов, известна как управление удержанием триггера.
Вероятно, проще всего объяснить работу задержки запуска с точки зрения аналоговых осциллографов.
После завершения развертки осциллографа луч гаснет, и осциллограф возвращает напряжение развертки обратно в начальную точку.При гашении луча или следа обратный ход не отображается на экране.
Во время развертки и обратного хода или обратного хода схема запуска будет игнорировать любые дальнейшие импульсы запуска, которые могут поступить, и будет «удерживаться» до тех пор, пока развертка и обратный ход не будут завершены.
Как только кривая вернется в начальную точку, она будет готова к повторному запуску, и первая точка на кривой, которая появится, заставит ее начать снова.
Удержание триггера осциллографаЭлемент управления задержкой триггера дает возможность пользователю осциллографа добавить дополнительную задержку к повторному включению схемы триггера после окончания периода развертки / возврата.Это дает контроль над скоростью запуска осциллографа. Когда у некоторых сигналов есть несколько точек, в которых они могут запускать осциллограф, это может помочь добавить ясности отображаемому изображению на осциллографе.
Для формы волны выше осциллограф будет запускаться по первому импульсу после окончания отображаемой области, и в этом примере это не то, что нужно, и это приведет к неустойчивому отображению.
Хотя это было объяснено с точки зрения аналоговых осциллографов, тот же процесс доступен и для цифровых осциллографов, хотя работа под передней панелью будет несколько иной.
Осциллограф с автоматическим запуском
Функция триггера работает, когда сигнал присутствует и осциллограф срабатывает. Однако, когда сигнал отсутствует, полезно иметь возможность видеть, где находится кривая, например, чтобы установить график в определенное место на экране перед подачей сигнала и выполнением измерения.
Чтобы преодолеть отсутствие трассировки в условиях отсутствия или слабого сигнала, добавлена возможность автоматического запуска.
Автоматический запуск осциллографа запустит развертку при отсутствии сигнала.Таймер в прицеле обнаруживает, что прицел не запускался какое-то время, и запускает развертку. Часто можно установить задержку.
Для большинства случаев использования осциллографа его можно оставить в режиме автоматического запуска и установить только на «нормальный» для более точных измерений и осциллограмм.
Расширенные возможности запуска осциллографа
С появлением цифровых осциллографов появилось много возможностей для расширенных параметров запуска. Все они могут использоваться для поиска и отображения сигналов, для которых могут потребоваться более сложные параметры запуска.Однако с помощью программного обеспечения в цифровых осциллографах этого теперь можно достичь, тогда как с аналоговыми осциллографами это было невозможно.
- Запуск A и B: Хотя многие осциллографы предлагают запуск по каналам A и B, некоторые цифровые осциллографы предлагают более сложные варианты запуска для каналов A и B. Например, они могут предложить логическую квалификацию, чтобы контролировать, когда искать различные события. Другие могут иметь форму отложенного запуска через заданное время после предыдущего события запуска.
- Запуск по последовательному шаблону: Эта форма триггера смотрит на поток последовательных данных и запускается после того, как будет обнаружен заданный последовательный шаблон. Это может быть особенно полезно при тестировании или отладке цифровых или микропроцессорных схем.
- Поиск и отметка: Эта форма триггера сканирует несколько типов событий перед запуском. Отдельные отметки могут быть добавлены к частям развертки, чтобы выделить области.
- Коррекция триггера: Иногда бывает необходимо скорректировать задержки триггера в очень быстрых системах.Поскольку триггерный и сигнальный тракты имеют разные временные задержки, существует внутренняя разница во времени между положением триггера и собираемыми данными. Это может привести к дрожанию на дисплее или перекосу. Чтобы преодолеть это, используется система коррекции триггера, которая компенсирует разницу задержек между триггером и путями сбора данных. При использовании в этом режиме точку запуска можно использовать как точку отсчета для измерения.
Система запуска осциллографа является одним из ключевых элементов всего измерительного прибора.С увеличением сложности оборудования это также приводит к повышению уровня сложности формы сигнала, для чего требуются более сложные системы запуска. В результате большинство новых осциллографов предлагают более широкие возможности запуска.
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
Получение данных
Вернуться в меню тестирования.. .
10 главных вещей, которые следует учитывать при выборе осциллографа
Важным фактором при принятии решения о покупке осциллографа является количество каналов на приборе или возможность добавлять каналы путем синхронизации нескольких приборов. Большинство осциллографов имеют от двух до четырех каналов, каждый из которых одновременно выполняет выборку с определенной частотой. Важно опасаться влияния на частоту дискретизации при использовании всех каналов. Это связано с широко используемым методом, называемым дискретизацией с временным чередованием, который перемежает несколько каналов для достижения более высокой частоты дискретизации.Если осциллограф использует этот метод, а вы используете все каналы, возможно, вы не сможете получить данные с максимальной скоростью сбора данных.
Количество требуемых каналов полностью зависит от вашего конкретного приложения. Часто традиционных двух-четырех каналов может быть недостаточно для данного приложения, и в этом случае есть два варианта. Первый — использовать продукт с более высокой плотностью каналов, такой как восьмиканальный (одновременный) осциллограф NI PXI-5105 12 бит, 60 Мвыб / с, 60 МГц.Если вы не можете найти инструмент, который соответствует вашим требованиям к разрешению, скорости и пропускной способности, вам следует подумать об использовании платформы, которая позволяет масштабировать вашу тестовую систему, обеспечивая жесткую синхронизацию и позволяющую совместно использовать триггеры и часы. Хотя практически невозможно синхронизировать несколько осциллографов в штучной упаковке по GPIB или LAN из-за большой задержки, ограниченной пропускной способности и необходимости во внешних кабелях, PXI представляет собой превосходное решение. PXI — это отраслевой стандарт, который добавляет технологию синхронизации мирового класса к существующим высокоскоростным шинам, таким как PCI и PCI Express.
Рис. 5. Используя технологию синхронизации, вы можете создавать осциллоскопы с большим количеством каналов. На рисунке выше показана система, которая предлагает до 68 каналов. Несколько шасси можно синхронизировать для еще большего количества каналов.
Синхронизация нескольких устройств является ключевым требованием многих приложений, что часто увеличивает время разработки программного обеспечения. Однако осциллографы NI, построенные на архитектуре Synchronization and Memory Core (SMC), могут использовать NI-TClk для достижения точной синхронизации с минимальными усилиями при разработке.NI-TClk предоставляет высокоуровневый интерфейс для программирования синхронизации нескольких осцилляторов NI, генераторов сигналов произвольной формы и высокоскоростных цифровых устройств ввода-вывода. Кроме того, существует множество заранее написанных примеров для выполнения этого типа синхронизации, что делает начало работы еще проще. Ниже показаны три функции (niTClk Configure для однородных триггеров, niTClk Synchronize, niTClk Initiate), необходимые для выполнения однородной синхронизации на нескольких осциллографах PXI, как запрограммировано в среде LabVIEW:
TDC Измерение фазы w.r.t. осциллограф. Все измерения SYNC TDC …
Контекст 1
… но они были несовместимы с функциональными требованиями к микросхеме SYNC, в частности, в отношении нехватки ОЗУ, необходимой для реализации памяти L0. Стоимость системы была еще одним преимуществом решения ASIC. Для мюонного детектора были разработаны две другие ASIC, обе по технологии IBM 0,25 мкм: DIALOG и CARIOCA [9]. Они должны были быть установлены на камерах мюонного детектора и поэтому должны были быть разработаны как ASIC.Включение микросхемы SYNC на ту же производственную пластину двух других микросхем сделало прозрачными затраты на разработку и производство самого чипа SYNC. Возможность адаптировать к схеме SYNC блок DLL (см. Ниже раздел IV), уже разработанный для DIALOG, была еще одним важным аргументом в пользу выбора ASIC. И последнее, но не менее важное: разработка ASIC дала важные преимущества на системном уровне с точки зрения компактности (192 канала размещены на одной плате VME 6U), надежности (все функции L0 в одном устройстве) и энергопотребления (меньшее количество общих составные части) .III. СИНХРОНИЗАЦИЯ СИНХРОНИЗАЦИИ И СКРИПТИРОВАНИЯ МИКРОПРИЯТИЙ D размещена на платах ODE в количестве 24 микросхем на плату. Всего в мюонном аппарате 152 платы ODE, всего 3648 SYNC. Архитектура микросхемы SYNC показана на рис. 2. Восемь сигналов LVDS принимаются с восьми каналов детектора. Каждый канал SYNC оснащен преобразователем времени в цифровой (TDC), измеряющим фазу входного сигнала относительно тактовой частоты 40,08 МГц с разрешением 1,56 нс (1/16 опорной частоты).Измеренную фазу можно использовать в блоке гистограммы для построения гистограмм входящих сигналов на лету. После TDC различные каналы выравниваются вместе с помощью небольших конвейеров, по одному для каждого канала, так что им может быть назначен один и тот же BXid. BXid генерируется внутри микросхемы 12-битным счетчиком, в который можно предварительно загрузить программируемое значение для достижения синхронизации BXid. Затем данные и связанный с ними BXid отправляются в триггер по оптическому каналу через микросхему GOL [10].Та же самая информация сохраняется в памяти конвейера, ожидая ответа триггера L0, чтобы быть полученным или отвергнутым. Информация, хранящаяся в памяти, кодируется с помощью кода Хэмминга для защиты от одиночных сбоев из-за излучения (см. Раздел VIII). Если данные принимаются триггером, они извлекаются из конвейеров и сохраняются в памяти дерандомайзера вместе с дополнительной информацией для отправки на следующий электронный этап сбора данных. Внутри устройства также реализовано несколько инструментов для тестирования, чтобы проверять и контролировать его работу, в частности, все соединения между SYNC и другими частями цепочки считывания.Предусмотрен высокий уровень программируемости для удовлетворения всех требований при установке в мюонный аппарат. Управление этими параметрами возможно через интерфейс I 2 C [11]. Интерфейс JTAG также реализован для целей пограничного сканирования. Схема микросхемы SYNC показана на рис. 3. Ее основные характеристики можно найти в таблице I. IV. C USTOM ВМТ ВМТ, интегрированный в SYNC, является основным блоком для согласования времени. Концептуальная схема показана на рис. 4. Она основана на классической схеме с линией задержки с ответвлениями, управляемой DLL, которая образована фазовым детектором, зарядовой помпой и линией задержки, управляемой напряжением (VCDL) [12]. , [13].VCDL состоит из каскада из 16 блоков задержки, как показано на рис. 5. Управляющее напряжение V ctrl (см. Ниже) регулирует ток, протекающий через каскадные инверторы, изменяя время нарастания и спада и, таким образом, время от входа до выхода. Эталонными часами DLL являются системные часы LHC на частоте 40,08 МГц. Выход VCDL контролируется схемой фазового детектора, которая проверяет свою фазу по отношению к опорным часам. Фазовый детектор управляет схемой накачки заряда, чтобы изменить управляющее напряжение V ctrl таким образом, чтобы уменьшить фазовый сдвиг между главным синхросигналом и выходом VCDL.Этот процесс повторяется до тех пор, пока два сигнала не будут идеально синхронизированы по фазе. В нашем приложении TDC VCDL используется для генерации шестнадцати тактовых импульсов с задержкой 40,08 МГц, начиная с тактовых импульсов микросхемы, каждый из которых задержан относительно предыдущего на 1,56 нс. Когда поступает сигнал, он стробирует значения 16 задержанных часов в 16 регистров, а их выход кодируется в 4 бита, являясь числом, соответствующим измерению времени прихода сигнала. Выход энкодера синхронизируется главными часами для синхронизации с остальными синхронными схемами.Эту информацию мы называем точным временем. При такой схеме синхронизации могут возникнуть нарушения настройки синхронизации для сигналов, поступающих на последнем шаге ВМТ (1,56 нс). Их влияние на измерения времени является максимальным в еще не синхронизированной системе, в то время как оно опускается ниже уровня 10–5 в системе с синхронизацией по времени с входящим сигналом внутри тактового цикла. Схема способна обрабатывать сигнал каждый цикл тактовой частоты. На рис. 6 показано измерение фазы ВМТ в сравнении с такими же измерениями, выполненными осциллографом LeCroy SDA6000 6 ГГц.V. ВОЗМОЖНОСТЬ ГИСТОГРАММЫ Распределение сигналов мюонного детектора по времени создается внутри микросхемы SYNC в специальном блоке. Это позволяет накапливать очень высокие статистические данные без прохождения обычного сбора данных, таким образом изучая временные характеристики детектора на очень ранней стадии ввода в эксплуатацию, когда данные о столкновениях и физические данные еще не доступны. Поскольку информация точного времени (FT) хранится в памяти конвейера и доступна в данных, собранных на диске, внутренние гистограммы времени также являются мощным инструментом перекрестной проверки для отслеживания правильной работы считывающей цепочки на разных этапах.В микросхеме SYNC реализован единственный блок гистограммы, обслуживающий все входные каналы по одному. Блок-схема показана на рис. 7. Он состоит из шестнадцати 24-битных счетчиков, адрес которых определяется значением FT. При обнаружении нового сигнала счетчик, выбранный из его FT, увеличивается на одну единицу. Когда один из счетчиков достигает максимального значения (например, 2 24 -1), все счетчики гистограммы отключаются. Поскольку информация FT хранится в памяти конвейера и извлекается при получении сигнала принятия триггера, можно настроить блок гистограммы для построения гистограмм FT, используя данные, принятые триггером, вместо «предварительно запущенных».В качестве альтернативы может быть построена гистограмма входящих сигналов относительно первых 16 BXid орбиты LHC. В этом режиме увеличиваемый счетчик выбирается из четырех младших битов BXid, когда остальные равны нулю. Гистограммы BXid могут быть построены для одного канала или для всех каналов вместе. VI. T RIGGER I NTERFACE На частоте 40,08 МГц и для каждого входного канала один бит передается (Hit / no-Hit) в электронику L0-мюонного триггера [14], [15], всего 8 бит информации.Вместе с этой двоичной информацией отправляются два младших бита BXid. Выходные данные сериализуются микросхемой GOL и передаются по оптическому каналу. GOL используется в режиме Fast Ethernet, где каждый байт преобразуется в 10-битное слово для передачи с использованием кодирования 8B / 10B [16]. Путь к данным имеет ширину 32 бита. Два сигнала, генерируемые внутренней системой SYNC, используются для управления передачей данных: tx en и tx er (см. Таблицу II). tx en утверждается, когда данные, связанные с нулем BXid, выводятся и сбрасываются за 16 циклов до конца орбиты LHC, чтобы повторно инициализировать и повторно синхронизировать оптический канал.Поскольку GOL принимает 32 входных бита, а SYNC выдает 8 + 2 бита для каждого события, от 2 до 4 SYNC подключаются к одному GOL. Поэтому очень важно, чтобы все данные, отправляемые в один и тот же GOL, были связаны с одним и тем же событием BXid. Для обеспечения такой синхронизации в потоке вывода данных триггера реализован программируемый конвейерный буфер. В SYNC реализовано несколько средств для тестирования и контроля характеристик оптического канала между SYNC и электроникой триггера L0. Все тесты могут быть выполнены через медленное управление через интерфейс I 2 C.Предусмотрены три режима тестирования: 1) Статический тест 2) Круговой тест 3) Генератор псевдослучайных шаблонов В статическом режиме tx en и tx er управляются установкой выбранных значений в специальном регистре конфигурации. Вместо входных данных и соответствующего BXid отправляется шаблон, хранящийся в настраиваемом регистре. В циклическом режиме вывод данных в GOL и его биты BXid устанавливаются так же, как и в предыдущем тесте, но управляющие сигналы GOL tx en и tx er переключаются с основной тактовой частотой 40,08 МГц с помощью 2-битного счетчика с tx en. как младший бит.В случайном режиме регистры сдвига с линейной обратной связью используются для генерации псевдослучайной последовательности [17]. Они состоят из простого восьмиразрядного регистра сдвига, в котором некоторые выходы подвергаются X-OR и возвращаются на вход, как показано на рис. 8. Выходы для X-OR выбираются так, чтобы получить максимальную длину последовательности в 255 слов, в соответствии с примитив …
Использование осциллографа для правильной диагностики шума двигателя
Многие магазины могут столкнуться с проблемами при диагностике автомобиля, если не осознают, что для некоторых из этих проблем существуют расширенные диагностические решения.Один из таких примеров — поиск шума двигателя. Часто в магазине бывает довольно сложно правильно диагностировать шум двигателя. Вот усовершенствованный метод, который будет более точным при диагностике шума двигателя. В этом методе будет использоваться осциллограф для синхронизации шума двигателя с событиями двигателя с использованием нескольких микрофонов.
Неуловимый шум двигателя
Когда событие синхронизации двигателя (например, разряд катушки зажигания) используется для синхронизации с шумом двигателя, использование нескольких микрофонов может помочь магазину поставить точный диагноз.Несколько микрофонов будут размещены вокруг двигателя, чтобы можно было определить источник звука. В нашем примере это Ford F-150 2017 года с двигателем V6 объемом 3,5 литра (рис. 1). Имеется детонация двигателя на холостом ходу; размещение микрофона показано на рисунке 2.
Мастерская, которая первоначально диагностировала этот шум, активировала фазовращатели и обнаружила, что при срабатывании фазера банка №1 шум двигателя изменяется. Затем мастерская установила на этот V-6 новые фазовращатели распределительного вала и цепи привода ГРМ.Однако шум все еще присутствовал после сборки двигателя.
Обратите внимание, что важно, чтобы микрофоны размещались вокруг двигателя в разных местах (рис. 3, 4). Как только вы получите данные, вам может потребоваться переместить некоторые микрофоны в разные места, чтобы точно определить источник шума в двигателе.
Катушка зажигания будет использоваться для синхронизации события шума с двигателем. В нашем примере используется катушка №2. Чтобы определить, какое событие катушки зажигания использовать, все катушки зажигания отключались по очереди.Когда цилиндр № 2 был отключен от сети, произошло изменение шума двигателя, так как детонация двигателя увеличилась вдвое (Рисунок 5).
- Желтый — Синхронизация катушки зажигания от катушки № 2
- Красный — Микрофон из банка № 1
- Зеленый — Микрофон из банка № 2
- Синий — Микрофон на передней крышке двигателя
Теперь давайте проанализируем эти данные. Первое, что нам нужно сделать, это пометить события движка наложением. В этом случае, когда кнопка Mark Camshaft на прицеле нажата, эти события двигателя будут отмечены розовыми перегородками, которые распределены по данным от триггера зажигания до триггера зажигания (один полный цикл двигателя) (Рисунок 5).
Теперь индицируются такты двигателя — впуск, компрессия, мощность, выпуск. Обратите внимание, что красный сигнал микрофона имеет большую амплитуду (сверху вниз), чем показания зеленого или синего сигнала микрофона. Это указывает на то, что шум создается на берегу №1. Теперь посмотрите, где во времени присутствует шум. Что касается событий двигателя, шум присутствует во время рабочего такта и такта впуска. Так что же общего у этих штрихов? В обоих этих тактах поршень движется вниз и, следовательно, разгружается.По моему опыту, когда шум присутствует при ходе двигателя вниз, это обычно указывает на проблему с поршнем или поршневым пальцем.
Уклонение от серебряной пули
Итак, следующим шагом будет снятие свечи зажигания и использование бороскопа для проверки цилиндра №2. На рисунке 6 показана внутренняя часть цилиндра №2. Теперь видно, что поршневой палец ослаблен и трется о стенку цилиндра внутри цилиндра. Этот двигатель необходимо будет разобрать и переточить для ремонта.
Это далеко от фазовращателей распредвала и цепей ГРМ. Лучше провести точные тесты и использовать данные, чем полагаться на известную проблему с системой (или на то, что обычно называют «серебряной пулей»). Многие двигатели Ford имеют известную проблему шума из-за фазовращателей распределительного вала. Когда магазин привел в действие фазовращатель распределительного вала, цилиндр №2 начал пропускать зажигание, что привело к изменению шума двигателя из-за разгрузки поршня. Это было причиной неправильного диагноза.
Будьте очень осторожны при изменении переменной в процессе диагностики.Приводит ли он в действие фазовращатель кулачка или просто отсоединяет разъем датчика, результирующие изменения, которые это иногда создает в системе, могут вводить в заблуждение, как это видно на этом Ford F-150.
occularScope — БЕСПЛАТНЫЙ плагин VST для осциллографа с синхронизацией импульсов
Компания Bom Shanka Machines выпустила occularScope , бесплатный VST-плагин для осциллографов с синхронизацией ритма для рабочих станций цифрового звука на Windows, macOS и Linux.
occularScope — это плагин осциллографа, который можно синхронизировать с вашей DAW.Это полезно для точного определения определенной части звуковой дорожки и отслеживания того, как на ее форму волны влияют другие плагины в режиме реального времени. Например, вы можете увеличить конкретный басовый барабан и посмотреть, как ваш компрессор формирует переходный процесс атаки бочки и тело. Или вы можете загрузить occularScope на дорожку шины и проанализировать, как бас-гитара и бас-гитара взаимодействуют друг с другом.
Осциллограф можно настроить на отображение одного удара или полной полосы. Дисплей синхронизирован с цифровой звуковой рабочей станцией, поэтому визуальные данные легко анализировать.Размер дисплея можно свободно изменять, и он может отображать аудиосигнал в виде линии или заполненной формы волны. Кнопка Freeze будет отображать снимок сигнала до тех пор, пока режим реального времени не будет снова включен. По умолчанию доступны две цветовые схемы (темная и светлая), но пользователь может полностью настроить цвета плагина по своему вкусу.
Еще одна полезная функция — ввод боковой цепи occularScope. Сигнал боковой цепи может отображаться в виде наложения или добавляться к первичному входному сигналу.Кстати, Bom Shanka Machines предлагает еще один бесплатный плагин под названием plasticityFilter. Это двухрежимный фильтр с управлением приводом.
Вам нужно будет зарегистрировать бесплатную учетную запись пользователя Bom Shanka Machines, чтобы загрузить свою копию плагина occularScope. Вам также необходимо будет подписаться на список рассылки разработчика. Программное обеспечение доступно в форматах плагинов VST и VST3 для совместимых хостов на ПК (32-разрядных и 64-разрядных) и Mac (только 64-разрядных). Пользователям рекомендуется рассмотреть возможность пожертвования в благотворительный фонд, который финансирует исследования диабета I типа.
Дополнительная информация: occularScope (размер загрузки 4,39 МБ, ZIP-архив, содержащий установщик EXE, 32-разрядный и 64-разрядный формат подключаемых модулей VST / VST3 для Windows, macOS, Linux)
Другие статьи:
Измерение сигналов ВИДЕО с помощью осциллографа?
Красный, зеленый, синий видеосигналы имеют разное время включения / выключения для получения разных ЧАСТОТ при постоянном напряжении, верно?кажется, что КРАСНЫЙ сигнал имеет время включения / выключения рабочего цикла, чтобы иметь частоту Xhz, при напряжении постоянного тока это правильно?
Синий видеосигнал имеет время включения / выключения, чтобы иметь частоту Xhz при напряжении постоянного тока, верно?
Зеленый видеосигнал имеет время включения / выключения рабочего цикла, чтобы иметь частоту Xhz при постоянном напряжении, верно?
Добавлено через 2 минуты:
Видеосигналы RGB и компонентные видеосигналы — это не просто постоянное напряжение.Все сигналы несут интересные формы волны
Тогда, если они не напряжения постоянного тока, то какие они, пожалуйста, объясните подробнее? потому что кажется, что видеосигналы RGB и компонентные видеосигналы являются ДРУГИМИ, чем напряжение постоянного и переменного тока, но я не знаю, как их назвать или связать их тоже
Добавлено через 7 минут:
«» В общем, настройте осциллограф на запуск на синхроимпульсах внизу составного сигнала, или внизу зеленого сигнала RGB-видео, или внизу компонентного видеосигнала Y, или на одном из синхросигналов VGA.Затем используйте другие каналы осциллографа для просмотра других сигналов. Запуск по наконечнику аналоговой синхронизации может быть затруднен, если на вашем прицеле нет кнопки запуска TV «»
Подождите, я не понимаю или уточню, пожалуйста,
Я установил свой осциллограф на запуск телевизора при измерении композитного сигнала, RGB , VGA правильно?
1.) Проблема, которую я не понимаю, заключается в том, как РАЗДЕЛИТЬ синхроимпульсы, вертикальные и горизонтальные импульсы, чтобы перейти к «каналу №1 на осциллографе»?
2.) Поскольку композитный сигнал смешивает синхронный, вертикальный и горизонтальный сигналы с красным, зеленым и синим сигналами, вы не можете разделить их, так как же тогда я могу их разделить?
3.) Мне бы тоже пришлось перевести свой осциллограф в ДВОЙНОЙ РЕЖИМ, чтобы видеть сразу 2 канала, верно?
4.) После того, как я разделил синхронизацию, горизонтальную, вертикальную на канале №1, как я могу заставить осциллограф запускать НИЖНИЙ импульс, а не «верхний»?
Добавлено через 1 час:
Как настроить осциллограф на запуск по отрицательной полярности?
Я до сих пор не знаю, как разделить запуск на канале №1 и композитном или RGB на канале №2
ПримерRGB имеет 3 провода,
я положил «зеленый провод» на канал №1 на осциллографа и установите осциллограф в режим запуска по отрицательной полярности, верно? но как?
Затем я подключаю «зеленый провод» к каналу №2, чтобы увидеть информацию о цвете или напряжение зеленого канала, и устанавливаю его на запуск ТВ?
Запуск и изоляция с помощью портативных осциллографов
В третьей части этой серии из пяти частей описывается, как запустить осциллограф, чтобы он отображал сигнал желаемым образом, и как изолированы входы осциллографа.
Вы можете просмотреть предыдущую часть этой серии «Ввод и обработка сигналов». Вы также можете просмотреть полный веб-семинар со звуком и анимацией в учебном центре Fluke.
Запуск
Запуск осциллографа можно рассматривать как захват серии «моментальных снимков» фотографий, которые затем печатаются на прозрачных пленках.
Получение сигнала
По мере получения каждой прозрачной пленки и размещения одной поверх предыдущей создается изображение сигнала.Однако, если изображения размещены неправильно, изображение будет выглядеть неправильно, как показано ниже.
Сигнал без срабатывания триггера может выглядеть искаженным
Выбрав точку на входном сигнале для использования в качестве триггера («T» вольт на изображении ниже), «снимки» изображения могут отображаться в нужное время и справа местоположение, обеспечивая стабильное и удобное отображение формы сигнала.
Осциллограф использует несколько методов для «запуска» или синхронизации отображения.
Запуск по фронту настроен на запуск дисплея при напряжении «T» Запуск по ширине импульса запускает отображение только при соблюдении как уровня напряжения, так и временного интервала.- Если вы выбираете запуск по фронту, триггер срабатывает и отображает форму волны, когда обнаруженное напряжение возрастает или падает из-за установленного вами триггерного напряжения.
- При запуске по ширине импульса триггер срабатывает и отображает форму сигнала только тогда, когда соблюдаются как уровень напряжения, так и условие заранее определенного временного интервала. Используя запуск по ширине импульса, вы можете синхронизировать очень конкретные импульсы в потоке импульсов.
- Connect & View — это запатентованный алгоритм для Fluke ScopeMeter, который автоматически и непрерывно анализирует неизвестный сигнал, а затем регулирует настройки осциллографа по вертикали, горизонтали и триггеру для обеспечения стабильного отображения.Это практически устраняет необходимость в постоянной настройке осциллографа на каждой контрольной точке. Поскольку Connect & View может захватывать неизвестную форму сигнала, при этом пользователю не нужно ничего знать об амплитуде сигнала, времени или динамике запуска, это хорошая отправная точка для настройки дисплея осциллографа.
Обновление дисплея трассировки
Обновлением дисплея трассировки можно управлять, типичные варианты:
- Непрерывный или «свободный запуск», обновляет дисплей независимо от условия запуска. Живую кривую можно увидеть даже при отсутствии входного сигнала. Это режим обновления по умолчанию на Fluke ScopeMeters.
- По триггеру обновляет дисплей только при возникновении допустимого условия триггера. В противном случае кривая зависает на дисплее, ожидая срабатывания действительного триггера перед обновлением или обновлением дисплея.Этот режим обычно обеспечивает самую быструю частоту обновления или обновления дисплея.
- Запуск по одиночному снимку обновляет дисплей только один раз. Это отличный инструмент для записи «разовых», никогда не повторяющихся событий. Чтобы использовать одиночный выстрел, настройте вертикальную и горизонтальную чувствительность, а затем «активируйте» прицел с помощью спускового крючка одиночного выстрела. Когда условие триггера выполнено, осциллограф обновляет отображение один раз, а затем останавливается, позволяя анализировать событие столько, сколько необходимо. Вы должны вручную повторно активировать осциллограф, чтобы он принял другую форму сигнала и обновил отображение.
Испытательные инструменты Fluke ScopeMeter имеют изолированные входные разъемы BNC и изолированные адаптеры питания, которые обеспечивают безопасное удержание входа осциллографа над опорным заземлением.
Входное опорное значение канала A и опорное значение канала B изолированы от земли. На некоторых моделях Fluke ScopeMeter (например, 196C, 199C, 215C и 225C) опорный вход A и опорный вход B также электрически изолированы друг от друга, что позволяет выполнять дифференциальные измерения без необходимости во внешнем дифференциальном усилителе. или специализированный аксессуар.Входные разъемы
ScopeMeter изолированы для защиты от поражения электрическим током, а входной адаптер питания изолирован от заземления, что позволяет проводить измерения без напряжения.Типичный входной опорный сигнал настольного осциллографа и шасси электрически связаны с землей для защиты от поражения электрическим током. В целях безопасности все открытые металлические проводники (шасси и разъемы BNC) заземлены. Подключение опорного входа настольного осциллографа напрямую к чему-либо, кроме заземления, может представлять для пользователя небезопасное состояние.Для измерения плавающего напряжения относительно опорного заземления требуются специальные пробники с дифференциальным входом.
В типичном настольном осциллографе используются металлические разъемы BNC и металлические компоненты шасси, которые потенциально могут подвергнуть пользователя воздействию опасного напряжения.Эталоны входных каналов настольного осциллографа не могут быть подключены к двум разным напряжениям. Кроме того, контрольные точки должны быть подключены к заземлению в тестируемой цепи, в противном случае вы можете случайно создать короткое замыкание через заземление сети.
Входные опорные сигналы серии ScopeMeter 120 связаны вместе, а входные опорные сигналы серии 19XC / 2X5C электрически изолированы, что обеспечивает оптимальное решение для поиска и устранения неисправностей дифференциальных сигналов. Опять же, с помощью Fluke ScopeMeter контрольная точка может быть подключена к источнику напряжения, отличному от заземления, что безопасно для осциллографа.
Конечно, очень важно, чтобы вы прочитали и поняли инструкции, спецификации и предупреждения по технике безопасности для любого осциллографа перед его использованием.