Високочестотен осцилоскоп. Извършване на измервания с помощта на осцилоскоп. Y честотна лента на канала

Поредица от публикации, посветени на осцилоскопите. Днес ще говоря за основните видове осцилоскопи, ще говоря за техните предимства и недостатъци, ще разгледам основните характеристики на осцилоскопите и ще се опитам да дам съвет как да избера инструмент, който да отговаря на задачите, които се решават.

Изборът на нов осцилоскоп може да бъде доста трудна задача, тъй като в момента на пазара има доста модели. Ето някои основни точки, които ще ви помогнат да вземете правилното решение и да разберете от какво наистина се нуждаете.

Преди да решите да закупите нов осцилоскоп, опитайте се да си отговорите сами на следните въпроси:

Къде ще използвате устройството?
Колко точки във веригата ще трябва да измервате едновременно?
Каква е амплитудата на сигналите, които обикновено измервате?
Какви честоти присъстват в сигналите, които измервате?
Трябва ли да измервате периодични или единични сигнали?
Изучавате ли сигнали в честотната област и имате ли нужда от функцията за бързо преобразуване на Фурие?

Аналогов или цифров осцилоскоп?

Може все още да сте фен на аналоговите инструменти, но в днешния дигитален свят техните характеристики не могат да съвпадат с възможностите на съвременните цифрови осцилоскопи за съхранение. В допълнение, аналоговите модели могат да използват остаряла технология с много ограничени възможности. Възможно е също да има проблеми с наличността на резервни части.

Предимството на аналоговия осцилоскоп е липсата на шум, който по своята същност е цифров, а именно, няма шум от ADC, който се проявява под формата на стъпаловидна осцилограма върху цифровите инструменти. Ако точността при предаване на формата на изследвания сигнал е много важна за вас, тогава вашият избор е аналогово устройство.

Предимствата на цифровия осцилоскоп са очевидни:

Цифровите осцилоскопи също дават възможност за високоскоростно събиране на данни и могат да бъдат интегрирани в автоматични системи за тестване (от значение за производството).

Също така често цифровите устройства могат да включват допълнителни устройства в един корпус:

Цифров (логически) анализатор (тези устройства позволяват в допълнение да анализират цифрови пакети данни, например, предавани през различни интерфейси I 2 C, USB, МОГА, SPIи други)
Генератор на функции (с произволна форма на вълната).
Генератор на цифрови последователности

Ако осцилоскопът е направен под формата на преносимо устройство, тогава той често се комбинира с мултицет, те също се наричат скопометри (понякога с много добри характеристики). Безспорните предимства на такива устройства са независимостта от захранването, компактността, мобилността и гъвкавостта.

USB осцилоскопи

Компютърните осцилоскопи или USB осцилоскопите, както още ги наричат, стават все по-популярни, защото са по-евтини от традиционните. Използвайки компютър, те предлагат предимствата на голям цветен дисплей, бърз процесор, възможност за запис на данни на диск и работа с клавиатура. Друго голямо предимство е възможността за бързо експортиране на данни в електронни таблици.

Сред USB приемниците често срещате истински комбайни, които съчетават няколко устройства в един корпус: осцилоскоп, цифров анализатор, генератор на вълни с произволна форма и генератор на цифрови последователности.

Цената на удобството и гъвкавостта е по-лоша производителност от техните автономни колеги.

Важни характеристики на осцилоскопите

Нека да разгледаме какви характеристики на устройствата трябва да обърнете внимание при избора на осцилоскоп.

1. Честотна лента

Изберете осцилоскоп, който има достатъчно честотна лента, за да улови високите честоти, съдържащи се в сигналите, които измервате.

Честотната лента е може би най-важната характеристика на осцилоскопа. Именно това определя диапазона от сигнали, които планирате да изследвате на екрана на вашия осцилоскоп, и именно този параметър значително влияе върху цената на измервателното устройство.

За осцилоскопи с честотна лента от 1 GHz и по-ниска, амплитудно-честотната характеристика (AFC) на устройството е така наречената честотна характеристика на Гаус, която е честотната характеристика на еднополюсен нискочестотен филтър. Този филтър пропуска всички честоти под определена гранична честота (която е граничната честота на осцилоскопа) и отхвърля всички честоти, присъстващи в сигнала над тази гранична честота.

Честотата, при която входният сигнал се отслабва с 3 dB, се счита за честотната лента на осцилоскопа. Затихване на сигнала от 3 dB означава приблизително 30% амплитудна грешка! С други думи, ако имате 100 MHz синусоида на входа на осцилоскопа и честотната лента на осцилоскопа също е 100 MHz, тогава напрежението от пик до пик 1V, измерено от този осцилоскоп, ще бъде около 700 mV (-3 dB = 20 lg(0,707 / 1,0). Тъй като честотата на вашата синусоида се увеличава (като се поддържа постоянна амплитуда), измерената амплитуда намалява. Следователно не можете да правите точни измервания на сигнали, които имат високи честоти близо до честотата на пропускане на вашия осцилоскоп.

И така, как да определите необходимата честотна лента на устройство? За да измервате чисто аналогови сигнали, имате нужда от осцилоскоп, който има посочена честотна лента поне три пъти по-висока от синусоидите с най-висока честота, които може да се наложи да измерите. При 1/3 от честотната лента на осцилоскопа нивото на затихване на сигнала е минимално. За по-точно измерване използвайте следното правило: честотната лента, разделена на 3, е приблизително 5% грешка, а честотната лента, разделена на 5, е приблизително 3% грешка. С други думи, ако ще измервате честоти на 100 MHz, изберете осцилоскоп, който е поне 300 MHz и за предпочитане 500 MHz. Но, за съжаление, това ще доведе до увеличение на цената...

Какво ще кажете за необходимата честотна лента за цифрови приложения, където се използват най-вече съвременните осцилоскопи? Като общо правило трябва да изберете осцилоскоп, който има поне пет пъти по-голяма честотна лента от процесора/контролера/шината във вашата система. Например, ако максималната честота във вашите собствени проекти е 100 MHz, тогава трябва да изберете осцилоскоп с честотна лента от 500 MHz или по-висока. Ако осцилоскопът отговаря на този критерий, той ще може да улови до пети хармоник с минимално затихване на сигнала. Петият хармоник на сигнала е от решаващо значение за определяне на цялостната форма на вашите цифрови сигнали. Нека да разгледаме един пример: квадратна вълна от 10 мегахерца се състои от сумата от синусоидален сигнал от 10 мегахерца + синусоидален сигнал от 30 мегахерца + синусоидален сигнал от 50 мегахерца и т.н. В идеалния случай трябва да изберете устройство, което има честотна лента от поне 9-та хармонична честота. Така че, ако основните сигнали, с които работите, са меандри, тогава е по-добре да вземете устройство с честотна лента поне 10 пъти по-голяма от честотата на вашите меандри. За меандри от 100 MHz изберете устройство от 1 GHz, но за съжаление това значително ще увеличи цената му...

Ако нямате под ръка осцилоскоп с подходяща честотна лента, когато изследвате сигнали с правоъгълна вълна, ще видите заоблени ъгли на екрана вместо ясни, ясни ръбове, които характеризират високата скорост на нарастване на импулса. Съвсем очевидно е, че такова показване на сигнали като цяло влияе негативно върху точността на извършените измервания.

Изкривяване на формата на вълната поради недостатъчна честотна лента (правоъгълен сигнал на входа)

Меандрите имат доста стръмни временни издигания и спадове. Има просто правило, за да разберете необходимата честотна лента за вашето устройство, ако тези пикове и спадове са важни за вас. За осцилоскоп с честотна лента под 2,5 GHz, рязкото покачване (спад) може да се измери като 0,35, разделено на честотната лента. По този начин осцилоскоп от 100 MHz може да измери нарастване до 3,5 ns. За осцилоскоп от 2,5 GHz до 8 GHz използвайте 0,4, разделено на честотната лента, а за осцилоскопи над 8 GHz използвайте 0,42, разделено на честотната лента. Ако вашето покачване е отправна точка за изчисления, тогава използвайте обратното: ако трябва да измерите покачване от 100ps, имате нужда от осцилоскоп с честотна лента от 0,4/100ps = 4GHz.

2. Честота на дискретизация

Изберете осцилоскоп, който има достатъчна честота на дискретизация на всеки канал, за да поддържа номиналната честотна лента в реално време на устройството.

Този параметър също понякога се извиква честота на вземане на пробиили честота на дискретизация.

Тясно свързана с честотната лента в реално време на осцилоскопа е неговата максимална допустима честота на дискретизация. „В реално време“ означава, че осцилоскопът може да улавя и показва веднъж получени (неповтарящи се) сигнали, съизмерими с честотната лента на инструмента.

За да пристъпите към определяне на честотата на дискретизация, трябва да запомните теоремата на Котелников (на Запад тя е по-известна като Теорема на Найкуист-Шанънили теорема за вземане на проби), в който е посочено, че в с.к

ако аналогов сигнал има ограничена спектрална ширина, тогава той може да бъде уникално реконструиран без загуба от неговите проби, взети на честотата title="Rendered by QuickLaTeX.com" height="16" width="84" style="vertical-align: -4px;">, где — максимальная частота, которой ограничен спектр сигнала и его можно представить в виде ряда!}
Където и интервалът на вземане на проби удовлетворява условието
Ако максималната честота в сигнала надвишава половината от честотата на дискретизация, тогава е невъзможно да се възстанови сигналът без изкривяване.

Би било грешка да се приеме, че това е честотната лента на осцилоскопа. При това предположение минималната необходима честота на дискретизация за осцилоскоп за дадена честотна лента е само два пъти по-голяма от честотната лента в реално време на осцилоскопа.

Изкривяване на честотните компоненти, когато честотната лента на осцилоскопа е равна на половината от неговата честота на вземане на проби за случая на честотна характеристика на Гаус

както е показано на фигурата, това не е същото като , освен ако, разбира се, филтърът на осцилоскопа не работи като тухлена стена (не реже честотите по-горе рязко до нулева амплитуда).

Както споменах, осцилоскопите с честотна лента от 1 GHz и по-ниска обикновено имат честотна характеристика на Гаус. Това означава, че въпреки че осцилоскопът отслабва амплитудата на сигнала с честоти над -3 dB, той не елиминира напълно тези по-високочестотни компоненти. Компонентите на изкривената честота са показани в червено на фигурата. Следователно винаги по-висока от честотната лента на осцилоскопа.

Препоръчително е да изберете максималната честота на дискретизация на осцилоскопа поне четири до пет пъти по-висока от честотната лента на осцилоскопа в реално време, както е показано на фигурата по-долу. С тази настройка филтърът за реконструкция на осцилоскопа може точно да възпроизведе формата на високоскоростни сигнали с разделителна способност в диапазона от десетки пикосекунди.

Изкривени честотни компоненти, когато честотната лента на осцилоскопа е настроена на ¼ от честотата на дискретизация на инструмента

Много широколентови осцилоскопи имат по-рязко прекъсване на честотната характеристика, както е на фигурата по-долу. Това е „максимално плоският“ честотен спектър. Тъй като осцилоскоп с най-равна честотна характеристика отслабва честотните компоненти извън много повече и започва да се доближава до идеалната реакция на теоретичен филтър "тухлена стена", не са необходими много примерни точки, за да се даде добро представяне на входния сигнал, когато се използва цифров филтриране за възстановяване на формата на вълната. За осцилоскопи с този тип честотна характеристика теоретично е възможно да се определи честотна лента, равна на .

Изкривени честотни компоненти, когато честотната лента на осцилоскопа е настроена на 1/2,5 от неговата честота на семплиране за устройства с „максимално плоска“ честотна характеристика.

3. Дълбочина на паметта

Изберете осцилоскоп, който има достатъчно дълбочина на паметта, за да улови вашите най-сложни сигнали с висока разделителна способност

Тясно свързана с максималната честота на дискретизация на осцилоскопа е неговата максимална възможна дълбочина на паметта. Въпреки че в брошурата с техническите спецификации на осцилоскопа може да се твърди висока максимална честота на дискретизация, това не означава, че осцилоскопът винаги взема проби с тази висока честота. Осцилоскопът взема проби от сигнала при максимална скорост, когато сканирането е настроено на един от бързите времеви диапазони. Но когато сканирането е настроено на бавен диапазон, за да улови по-голям интервал от време чрез разтягането му през екрана на осцилоскопа, инструментът автоматично намалява честотата на семплиране въз основа на наличната дълбочина на паметта.

Например, нека приемем, че осцилоскопът има максимална честота на дискретизация от 1 Gigasample/s и дълбочина на паметта от 10 хиляди точки. Ако сканирането на осцилоскопа е настроено на 10 ns/div, тогава, за да улови 100 ns от сигнала на екрана на осцилоскопа (10 ns/div x 10 секции = 100 ns времеви интервал), осцилоскопът се нуждае само от 100 точки от паметта в целия цял екран. При максималната си честота на дискретизация от 1 Gigasample/s: 100 ns времеви интервал x 1 Gigasample/s = 100 точки. Няма проблем! Но ако настроите размаха на осцилоскопа на 10 µs/div за улавяне на 100 µs сигнал, осцилоскопът автоматично ще намали своята честота на дискретизация до 100 Megasamples/s (10 хиляди точки / 100 µs времеви интервал = 100 Megasamples/s). Поддържането на високата честота на дискретизация на осцилоскопа за бавни времеви диапазони изисква инструментът да има допълнителна памет. Едно доста просто уравнение ще ви помогне да определите необходимото количество памет въз основа на най-дългия период от време на сложния сигнал, който трябва да уловите, и максималната честота на дискретизация, при която искате осцилоскопът да взема проби.

Памет = Времеви интервал x Честота на дискретизация

Въпреки че може интуитивно да мислите, че повече памет винаги е по-добро, осцилоскопите с по-голяма дълбочина на паметта обикновено са по-скъпи. Второ, обработката на дълги сигнали с помощта на памет изисква допълнително време. Това обикновено означава, че скоростта на актуализиране на формата на вълната ще бъде намалена, понякога значително. Поради тази причина повечето осцилоскопи на пазара днес имат ръчен избор на дълбочина на паметта и типичната настройка на дълбочината на паметта по подразбиране обикновено е сравнително малка (10 до 100 хиляди точки). Ако искате да използвате дълбока памет, тогава трябва ръчно да я активирате и да направите компромис със скоростта на актуализиране на вълновата форма. Това означава, че трябва да знаете кога да използвате дълбока памет и кога не.

Сегментиране на паметта

Някои осцилоскопи имат специален режим на работа, наречен сегментиране на паметта. Сегментираната памет може ефективно да удължи времето за придобиване чрез разделяне на наличната памет на по-малки сегменти, както е показано на фигурата по-долу. След това осцилоскопът селективно дигитализира само важните части от формата на вълната, която представлява интерес, при висока честота на дискретизация и след това я маркира във времето, така че да знаете точното време между всяко появяване на задействащо събитие. Това позволява на осцилоскопа да улавя много последователни единични сигнали с много кратки времена на повторение, без да пропуска важна информация. Този режим на работа е особено полезен при улавяне на изблици на сигнали. Примери за сигнали от импулсен тип са импулсен радар, лазерни светкавици и пакетирани сигнали на серийна шина за данни.

4. Брой канали

Изберете осцилоскоп, който има достатъчно канали за извършване на критични за времето измервания между корелираните сигнали.

Броят на каналите, необходими в осцилоскопа, ще зависи от това колко сигнала трябва да наблюдавате едновременно и да ги сравнявате един с друг. Сърцето на повечето вградени системи днес е (MCU), както опростено е показано на фигурата по-долу. Много микроконтролерни системи всъщност са устройства със смесени сигнали с множество аналогови, цифрови и серийни I/O шини за комуникация с външния свят, който винаги е аналогов по природа.

Днешните проекти със смесени сигнали стават все по-сложни и може да изискват повече канали в осцилоскопа, за да ги улови и покаже. Днес се търсят осцилоскопи с два и четири канала. Увеличаването на броя на каналите от 2 на 4 не води до удвояване на цената на устройството, но въпреки това цената се увеличава значително. Два канала са оптимални, по-голям брой канали зависи от вашите нужди и финансови възможности. Повече от четири аналогови канала са много редки, но друга интересна опция е осцилоскоп със смесен сигнал.

Осцилоскопите със смесени сигнали съчетават всички измервателни възможности на осцилоскоп с някои от възможностите на логически анализатори и анализатори на протоколи на серийна шина. Най-важна е способността на тези инструменти да улавят едновременно множество аналогови и логически сигнали, като същевременно показват вълновите форми на тези сигнали. Мислете за това като за няколко канала с висока вертикална разделителна способност (обикновено 8 бита) плюс няколко допълнителни канала с много ниска вертикална разделителна способност (1 бит).

Фигурата по-долу показва пример за улавяне на входен сигнал от цифрово-аналогов преобразувател (DAC) с помощта на цифровите канали на осцилоскопа, като същевременно наблюдава изходния сигнал на DAC с помощта на един аналогов канал. В този пример осцилоскопът за смесен сигнал е конфигуриран така, че да се задейства, ако логическото състояние на входа на DAC достигне най-ниската си стойност от 0000 1010.

Осцилоскоп със смесени сигнали може да улавя и показва множество аналогови и цифрови сигнали едновременно, осигурявайки цялостна картина на корелирани процеси

5. Скорост на актуализиране на вълновата форма

Изберете осцилоскоп, който има достатъчно висока честота на актуализиране на формата на вълната, за да улавя случайни и редки събития за по-бързо отстраняване на грешки в проекти.

Скоростта на обновяване на формата на вълната може да бъде също толкова важна, колкото честотната лента, честотата на дискретизация и дълбочината на паметта, които вече обсъдихме, въпреки че това често е пренебрегван параметър, когато се сравняват различни осцилоскопи преди закупуване. Въпреки че скоростта на актуализиране на формата на осцилоскопа може да изглежда висока, когато преглеждате повторно уловени сигнали на дисплея на осцилоскопа, тази „бърза скорост“ е относителна. Например, актуализация от няколкостотин сигнала в секунда със сигурност е достатъчно бърза, но от статистическа гледна точка може да не е достатъчна за улавяне на случайно или рядко събитие, което може да се случи само веднъж на един милион уловени сигнала.

Когато отстранявате грешки в нови проекти, скоростта на актуализиране на формата на вълната може да бъде критична - особено когато се опитвате да намерите и отстраните редки или периодични проблеми. Увеличаването на честотата на обновяване на формата на вълната увеличава вероятността осцилоскопът да улови „призрачни“ събития.

Неразделна характеристика на всички осцилоскопи е "мъртвото време" ( мъртво време) или „сляпо време“ ( сляпо време). Това е времето между всяко повторно получаване на сигнал от осцилоскопа, през което той обработва предишния получен сигнал. За съжаление, мъртвото време на осцилоскоп понякога може да бъде с няколко порядъка по-дълго от времето за придобиване. По време на мъртвото време на осцилоскопа всяка сигнална активност, която може да възникне, ще бъде пропусната, както е показано на фигурата по-долу. Обърнете внимание на двойката пикове на сигнала, които са възникнали по време на неактивност на осцилоскопа, а не по време на времето за придобиване.

Време за придобиване и мъртво време на осцилоскопа

Поради мъртвото време заснемането на случайни и редки събития с осцилоскоп се превръща в игра на късмет, подобно на хвърляне на зарове. Колкото повече пъти хвърляте зара, толкова по-голяма е вероятността да получите определена комбинация от числа. По същия начин, колкото по-често се актуализират вълните на осцилоскопа за дадено време на наблюдение, толкова по-голяма е вероятността да заснемете и видите неуловимо събитие, за което може дори да не подозирате.

Фигурата по-долу показва вълна, която се появява приблизително 5 пъти в секунда. Някои осцилоскопи имат максимална скорост на актуализиране на формата на вълната от над 1 милион форми на вълна в секунда и такъв осцилоскоп има 92% шанс да улови този проблем в рамките на 5 секунди. В този пример осцилоскопът е уловил грешката няколко пъти.

Улавяне на пикове в осцилоскоп при 1 милион актуализации на формата на вълната в секунда

За осцилоскопи, които се актуализират 2-3 хиляди пъти в секунда, вероятността да се уловят такива пикове в рамките на 5 секунди е по-малко от 1%.

6.Спусък

Изберете осцилоскоп, който има различните типове тригери, от които може да се нуждаете, за да подчертаете улавянето на сигнала при най-сложните сигнали.

Ако тригерът на осцилоскопа няма нищо общо с изследвания сигнал, изображението на екрана ще се колебае или ще бъде замъглено. В този случай осцилоскопът показва различни части от наблюдавания сигнал на едно и също място. За да се получи стабилно изображение, всички осцилоскопи съдържат система, наречена тригер. Тригер забавя началото на сканиране на осцилоскоп, докато не бъдат изпълнени определени условия.

Възможността за задействане е един от най-важните аспекти на осцилоскопа. Задействането ви позволява да синхронизирате получаването на сигнал от осцилоскопа и да показвате отделни части от сигнала. Можете да мислите за задействане на осцилоскоп като синхронизирани моментни снимки.

Най-често срещаният тип задействане на осцилоскоп е задействане при преминаване на определено ниво. Например, задействането на фронта на канал 1 възниква, когато сигналът пресече определено ниво на напрежение (ниво на задействане) в положителна посока, както е показано на фигурата по-долу. Всички осцилоскопи имат тази възможност и това е може би най-често използваният тип тригер. Но тъй като цифровите проекти стават по-сложни, може да се наложи допълнително да дефинирате/филтрирате тригера на осцилоскопа със специфични комбинации от входни сигнали, за да уловите сигнала на нула, както и да видите желаната част от сложния входен сигнал.

Задействане на осцилоскопа на ръба на цифров импулс

Някои осцилоскопи имат способността да задействат импулси със специфични времеви характеристики. Например, задействайте само когато ширината на импулса е по-малка от 20 ns. Този тип задействане (с прецизирана ширина на импулса) може да бъде много полезно за задействане при неочаквани повреди.

Друг тип задействане, което повечето съвременни осцилоскопи използват, е задействането по шаблон. Режимът на задействане на шаблон ви позволява да конфигурирате задействането на осцилоскопа да задейства върху логическа/булева комбинация от високи нива (единици) и ниски нива (нули) на два или повече входни канала. Това може да бъде особено полезно при използване на осцилоскоп със смесен сигнал, който може да има до 20 аналогови и цифрови канала.

По-усъвършенстваните осцилоскопи дори осигуряват тригери, които са синхронизирани с вълнови форми, които имат параметрични смущения. С други думи, осцилоскопът се задейства само ако входният сигнал наруши определено параметрично условие, като намаляване на амплитудата на импулса („късо задействане“), нарушение на скоростта на ръба (време на нарастване/спад) или може би период на данни нарушение (задействане на времето за настройка) и задържане).

Фигурата по-долу показва осцилоскопа, който задейства положителен импулс с намалена амплитуда, използвайки режима на кратко задействане. Ако този къс импулс се появява само веднъж на всеки милион импулсни цикъла на цифров поток, тогава улавянето на този сигнал чрез стандартно задействане на ръба е като да търсите игла в купа сено. Възможно е задействане и с отрицателни къси импулси, както и с къси импулси с определена продължителност.

Задействане на осцилоскопа с кратък импулс

7. Работа със серийни интерфейси

Серийни интерфейси като I 2 C, SPI, МОГА, USBи т.н. са често срещани в много съвременни дизайни на цифрови и смесени сигнали. Необходим е осцилоскоп, за да се провери дали съобщението се предава правилно по шината, както и да се направят аналогови измервания на сигнала. Много техници използват техника, известна като „визуално броене на битове“, за да тестват серийна шина с осцилоскоп. Но този ръчен метод за декодиране на серийната шина е доста трудоемък и води до чести грешки.

Много от днешните осцилоскопи за цифрови и смесени сигнали имат допълнителни възможности за декодиране и задействане на протокола на серийната шина. Ако планирате да работите интензивно със серийната шина, тогава потърсете осцилоскопи, които могат да декодират и задействат данни от серийната шина, което може да ви спести много време при отстраняване на грешки в устройства.

8. Измервания и анализ на сигнали

Едно от основните предимства на съвременния цифров осцилоскоп за съхранение в сравнение с аналоговите инструменти е възможността за извършване на различни автоматични измервания и анализ на цифровизирани сигнали. Почти всички съвременни цифрови осцилоскопи имат способността да извършват ръчни измервания на курсора/маркера, както и минимален набор от автоматични измервания на параметрите на импулса, като време на нарастване, време на спад, честота, ширина на импулса и др.

Докато измерванията на импулса обикновено извършват измервания на времето или амплитудата на малка част от сигнала, за да осигурят "отговор", като време на нарастване или напрежение от пик до пик, математическите функции на осцилоскопа извършват математика върху цялата форма на вълната или двойка сигнали, за да произведат друг сигнал.

Фигурата по-долу показва пример за математическа функция за бързо преобразуване на Фурие (FFT), която е приложена към тактов сигнал (жълта крива). FFT преобразува сигнала в честотната област (сива крива), която изобразява амплитудата в dB на вертикалната ос спрямо честотата в Hz на хоризонталната ос. Други математически операции, които могат да се извършват върху цифровизирани сигнали, са сумиране, разлика, диференциране, интегриране и др.

Въпреки че математическите функции на сигнал могат да се изпълняват и офлайн на компютър (например в MatLab), наличието на тази възможност, вградена в осцилоскопа, може не само да опрости изпълнението на тези операции, но и да наблюдава поведението на сигнала във времето.

9. Осцилоскопни сонди (измервателни проводници)

Качеството на измерванията много зависи от това какъв вид сонда сте свързали към BNC входа на осцилоскопа. Когато свържете която и да е измервателна система към тестваната верига, тестовият уред (и сондата) стават част от тестваното устройство. Това означава, че е възможно да "заредите" или да промените поведението на вашите сигнали до известна степен. Добрите сонди не трябва да нарушават входния сигнал и в идеалния случай трябва да предоставят на осцилоскопа точен дубликат на сигнала, който е присъствал в точката на измерване.

Когато купувате нов осцилоскоп, той обикновено идва със стандартен набор от сонди с висок импеданс - по една сонда за всеки входен канал на осцилоскопа. Тези видове пасивни сонди с общо предназначение са най-често срещаните и могат да измерват широк диапазон от сигнали спрямо земята. Но тези сонди имат някои ограничения. Фигурата по-долу показва еквивалентната схема на типична пасивна сонда 10:1, свързана към входа с висок импеданс на осцилоскоп (1MΩ вход за осцилоскоп).

Типичен модел на пасивна сонда 1:10

Електрическият модел на всяка сонда (пасивна или активна) и осцилоскоп може да бъде опростен до комбинация от един резистор и един кондензатор, свързани паралелно. Фигурата по-долу показва типична еквивалентна схема на осцилоскоп/сонда за пасивна сонда 10:1. За ниски честоти или DC товарът е доминиран от съпротивление от 10 MΩ, което в повечето случаи не би трябвало да е проблем. Въпреки че 13,5 pF не изглежда като голям капацитет, при високи честоти натоварването, генерирано от този капацитет, може да бъде значително. Например, при 500 MHz реактивното съпротивление на кондензатора 13,5 pF в този модел е 23,6 ома, което вече е значително натоварване и може да доведе до изкривяване на сигнала.

За високочестотни измервания е необходимо да се използват активни сонди. „Активен“ означава, че сондата включва усилвател, разположен зад върха на сондата. Тя ви позволява значително да намалите капацитивното натоварване и да увеличите честотната лента на сондата. Недостатъците на високочестотните активни сонди включват техния динамичен обхват, както и тяхната цена.

Има и други специални задачи за измерване, които бих искал да спомена. Ако трябва да направите измервания на високоскоростна диференциална серийна шина, тогава трябва да обмислите използването на високочестотна диференциална активна сонда. Ако трябва да измервате сигнали с много високо напрежение, ще ви е необходима специална сонда за високо напрежение. Ако трябва да измерите ток, трябва да обмислите използването на сензор за ток.

Когато правите осцилографски измервания във високочестотни устройства, входният капацитет на делителя може да внесе значителни изкривявания в настроения възел (например при свързване на сондата към веригата на RF генератора и т.н.). Делителите със съотношение 1:1 имат входен капацитет от порядъка на 100 pF или повече (капацитетът на кабела плюс входният капацитет на осцилоскопа), което значително ограничава техния честотен диапазон. В същото време стандартните пасивни делители 1:10 с входен капацитет от 12 - 17 pF намаляват чувствителността на осцилоскопа до 50 mV на деление (с максимална входна чувствителност от 5 mV / деление, типично за повечето индустриални осцилоскопи), и все още са твърде големи входен капацитет за измервания без изкривявания в радиочестотни вериги, където капацитетът на веригата може да бъде от еднакво значение.

Този проблем се решава с използването на специални активни сонди за измервания, произведени за тази цел (например от Tektronix). Тези устройства обаче са доста трудни за намиране и цената им ($150 и нагоре) е сравнима с цената на добър използван осцилоскоп. В същото време не е много трудно самостоятелно да се произведе проста активна осцилоскопна сонда с нисък входен капацитет, което направи авторът.

Активната осцилоскопна сонда е предназначена за измерване на променливи напрежения в нисковолтови радиочестотни вериги и има следните характеристики:

Диапазонът на измерените стойности на амплитудата на сигнала е от 10 mV до 10 V
Честотна характеристика – линейна от 10 KHz до 100 MHz при слаб сигнал
Изходен сигнал – инверсен, с коефициент на делене 1:2
Захранващо напрежение – 12 волта (4 * CR2025) или външен източник
Входен капацитет – 0.5 pF (0.25 pF с външен делител 1:10)
Входен импеданс – 100 килоома
Консумиран ток – 10 mA
Размери 60 х 33 х 16 мм

Външният вид на произведения уред е показан на снимката.

Дизайн на устройството

Схематичната диаграма на сондата е показана на фигурата. Устройството е сглобено на три нискошумящи микровълнови транзистора 2SC3356 с гранична честота 7 GHz. Усилването на напрежението е около 23 dB. Последователят на изходния емитер служи за допълнително отделяне на усилвателя от товара и може да бъде пропуснат, ако сондата трябва да се използва със същия осцилоскоп. Верига от светодиод, 9-волтов ценеров диод и резистор служи като индикатор за включване и индикатор за праг на напрежението на батерията. Захранващо напрежение от 12 волта е необходимо и достатъчно, за да се получи на изхода на устройството максималната стойност на амплитудата на измерения сигнал до 5 волта и по този начин да се осигури максимален динамичен диапазон до 50 dB при извършване на измервания с отклонение набор от коефициенти, започващ от 5 mV на деление (чувствителност на повечето осцилоскопи).

Структурно устройството може да бъде сглобено във всеки подходящ пластмасов корпус. Основното изискване към материала на корпуса е здравина и ниска загуба на материал при високи честоти. За да се намали входният капацитет на сондата, тя не трябва да се поставя в метална кутия: с входно съпротивление от 100 килоома и малка дължина на връзките вътре в кутията, външните смущения не играят роля, особено като се има предвид, че долната граница на честотния диапазон е умишлено избрана много по-висока от честотата на електрическата мрежа.

Сондата се включва чрез натискане на бутон в момента на измерване, което гарантира работа на уреда без смяна на вътрешното захранване за дълго време. Освен това, както се вижда на снимката, бутонът за захранване е защитен от случайно натискане, когато устройството не се използва. За продължителна работа е предвиден конектор за свързване на външен източник на захранване от 12 волта, 10 mA.

Вътрешният изглед на устройството е показан на снимката. Метална еластична пластина с четири винта закрепва пакет от четири литиеви батерии CR2325, разположен под нея. Изходният коаксиален кабел трябва да бъде здраво закрепен със затягаща планка върху винтовете, както се вижда на снимката. Входният микровълнов усилвател е монтиран на подходяща миниатюрна платка (авторът е използвал керамична платка с размери 10 х 10 милиметра с 12 точки за запояване на щифтове, от елемент на рафтов микромодул - тези части са произведени през 60-те години преди появата на микросхемите и са много удобни за производство на миниатюрни схеми с модерни SMD компоненти).

Настройвам

Този етап на работа трябва да се извърши много внимателно, за да се получи желаният резултат.

След сглобяването на усилвателя е необходимо преди всичко точно да се зададе неговата работна точка, като се избере резистор 120 kOhm, за да се получи максимална амплитуда на неизкривения сигнал на изхода. В тази схема и със свежи батерии този режим се постига чрез настройка на постоянно напрежение от +5,2 до +5,3 волта на емитера на втория транзистор. Работната точка на повторителя на втория емитер не изисква настройка при посочените стойности на резистора.
След това трябва точно да изберете стойността на входния делител на веригата на долния резистор (в този случай 20 килоома), за да получите необходимия мащаб (1: 2) на предаване на сигнала между входа и изхода на устройството при относително ниска честота (около 100 KHz). Обърнете внимание, че входният импеданс на усилвателя с посочените стойности на компонентите е около 5 килоома (при същата честота), така че при отсъствието на посочения резистор коефициентът на предаване на устройството ще бъде приблизително 3 dB по-висок от изисквания ( степента на затихване на входния сигнал е (105 / 5) = 26 dB, докато общото усилване на веригата е 23 dB, а необходимото усилване на цялото устройство трябва да бъде 0,5, т.е. минус 6 dB).
Изборът на компенсиращи капацитети (0,5 pF паралелно с резистора от 100 kOhm и кондензатор за настройка в долния клон на входния разделител) се извършва чрез сравняване на коефициента на предаване при две честоти, например 1 MHz и 30 MHz и избор на кондензатори, докато се получи желаният постоянен коефициент на предаване на устройството. След това се извършва окончателна проверка на устройството на горната работна честота, ако радиолюбителят има такава възможност.
Накрая се проверява действителният входен капацитет на сондата при висока честота (например чрез свързване към верига с известни параметри на работещ генератор и наблюдение на промените в честотата на изходния сигнал с помощта на цифров честотомер или приемник). Ако конструкцията на устройството е изпълнена правилно, тя не трябва да се различава значително от стойността, посочена на диаграмата (общият входен капацитет в сондата, произведена от автора, измерен при честота 20 MHz, беше 0,505 pF).

Бележки

Тази сонда е създадена от автора за измервания във вериги на синусоидални радиочестотни сигнали във веригите на генератори и усилвателни стъпала на транзисторни вериги и като цяло решава проблема. Поради тази причина в сондата беше избрано горното съотношение между всички основни параметри на устройството - неговия честотен диапазон, висока чувствителност, достатъчно голямо входно съпротивление и минимално възможен входен капацитет на измервателния уред, както и нисък ток консумация. Радиотехниката винаги е компромис с максималните стойности на параметрите, определени от разработчика.

Дмитрий
Киев

Фирма Прибортех http://priborteh.ru

Тел. (499) 112-З4-З9, (499) 6З8-84-17,
факс (499) 112-З4-З9 вътр. 9,
техническа поддръжка (499) 112-З4-З9 вътр. 0

Електронна поща: npc@рriborteh.ru или [имейл защитен]
SKYPE: прибори
ICQ: Z12-171-294

Нашият адрес: 127247 Русия, Москва, ул. Пяловская. 5А

ВНИМАНИЕ! Консолидираната ценова листа не е публична оферта. Поради промени във валутните курсове и промени в продажните цени от страна на производителите, крайната цена може да се различава от посочената. Проверете цената на артикулите, които ви интересуват.

Търсене по цена - клавиши Ctrl+F

Радиоизмервателни уреди > Аналогови осцилоскопи > S1-97

S1-97високочестотният осцилоскоп е предназначен за изследване на бързи процеси в честотния диапазон от 0 до 350 MHz. Този модел е осцилоскоп S1-97ви позволява да наблюдавате сигнали с честоти до 1000 MHz. В този случай възниква значително изкривяване на амплитудата на сигнала - „блокиране“. (Не се препоръчва дълготрайна употреба при екстремни честоти.) S1-97има два канала, чийто входен импеданс е 50 ома, устройството включва две активни 100 ома сонди. Екран 80Х100, габаритни размери на корпуса 360Х200Х420, тегло 18 кг.

Заменя: S1-75 S1-104

Характеристики на устройството S1-97:

ШИРОКА ФУНКЦИОНАЛНОСТ

Краткото време на нарастване (1ns) и CRT с висока скорост на запис позволяват успешното използване на осцилоскопа в технологията за електронно броене, високоенергийната ядрена физика за изследване на къси импулси с кратко време на нарастване, пътуващи с ниска честота или еднократно . Съгласуван входен импеданс от 50 ома позволява улавяне на високочестотни сигнали без изкривяване на техните вълнови форми поради капацитивно натоварване. По-високо входно съпротивление се осигурява от активни дистанционни сонди и делители, включени в устройството.
Активна дистанционна сонда преобразува входен импеданс от 50 ома в 100 kohm; 4 pF и с делител 1:10 1 MΩ, 2,5 pF и има честотна лента от 350 MHz със съотношение на предаване 1:1.
Ширината на честотната лента на пътя за синхронизиране е 500 MHz, което ви позволява да наблюдавате сигнали с честотна лента до 500 MHz.
Осцилоскопът S1-97 е лесен за работа, тъй като всяка работна функция се изпълнява с отделен бутон.

СПЕЦИФИКАЦИИ C1-97

Тип CRT 16LO101A, еднолъчев с късо следсветене;
Цветът на светене е син, ускоряващото напрежение е 22,5 kV.
Работната част на екрана е 80х100 мм.
Ширината на линията на лъча е не повече от 0,8 mm.
Скоростта на фотографски запис на единични сигнали е най-малко 1300 km/s при използване на обектив с относителна апертура 1:2 и най-малко 2000 km/s при използване на обектив с относителна апертура 1:1,5.
Вертикални типове изображения: Канал A; Канал Б; алтернативни изображения на канали A и B; алгебрично сумиране (канал A плюс B).
Коефициент на отклонение: диапазонът от стойности на коефициента на отклонение на всеки канал се задава на стъпки от 5 mV/cm до 0,5 V/cm според поредица от числа 1, 2, 5.
Основната грешка на коефициентите на отклонение с директен вход и с активна сонда е не повече от 3%.

Параметри на преходен отговор (TC):
Времето на нарастване на всеки канал е не повече от 1ns - с директен вход;
не повече от 1,4 ns с активна сонда;
PC освобождаване и неравномерност в участъка време на утаяване с директен вход и с активна сонда е не повече от 5%.
Времето за установяване на PH с директен вход и с активна сонда е не повече от 5 ns.
Неравномерността на HRP с директно влизане и с активна сонда е не повече от 3%.
Отклонение: краткосрочно не повече от 2 mm, дългосрочно не повече от 5 mm.
DC изкривяването във всеки канал е не повече от 3%.
Изместване на лъча: поради входния ток в каналите A и B, както и при промяна на захранващото напрежение с 10% - не повече от 5 mm;
В канал Б при натискане на бутон НОРМА-ИНВЕСТ при съвпадане на лъча с централната хоризонтална ос на скалата - не повече от 10 мм.
Границите на вертикално движение на лъча са най-малко 80 mm.
Входни параметри за двата канала:
а) договорено влизане:
входно активно съпротивление 50 Ohm;
коефициент на отражение не повече от 0,1;
б) непоследователен запис:
входно активно съпротивление с активна сонда -100 kOhm;
входен капацитет с активна сонда - не повече от 4 pF;
входно активно съпротивление с активна сонда и делител 1:10 - (1) MOhm;
входният капацитет с активна сонда и делител 1:10 е не повече от 2,5 pF.
Обхватът на напрежението на изследвания сигнал е не по-малко от: от 1 mV до 4 V с директен вход, от минус 0,4 до 0,4 V за сонда, от минус 4 до 4 V за сонда с делител 1:10.
Допустимо постоянно напрежение на входа на всеки канал:
С директен вход не повече от 3 V;
С активна сонда не повече от 15 V;
С активна сонда и делител 1:10, не повече от 40 V.
Коефициентът на изолация между каналите е не по-малък от 1500 при подаване на хармонично напрежение с честота 100 MHz и не по-малко от 1000 при подаване на хармонично напрежение с честота 350 MHz.
Закъснението на изображението на сигнала по пътя на вертикалното отклонение осигурява наблюдение на импулс с продължителност 10 ns в работния участък на размаха.
Осцилоскоп S1-97осигурява следните режими на работа на сканиране:
самоосцилиращ;
очакване;
един път
Диапазонът на коефициентите на почистване се задава на стъпки от 10 ns/cm до 0,1 s/cm, съответстващи на поредица от числа 1,2, 5, има 10-кратно разтягане на почистване.
Основната грешка на коефициента на сканиране в диапазона от 5 ns/cm до 0,1 s/cm е не повече от 4%, основната грешка на коефициентите на сканиране
1,2 ns/cm - не повече от 6%.
Хоризонталните граници на движение на лъча гарантират, че началото и краят на сканиращата работна секция са подравнени с централната вертикална ос на скалата на екрана на устройството.
Параметри за вътрешна синхронизация:

минимално ниво 8 mm в честотния диапазон от 20 Hz до 100 MHz и с импулсен сигнал с продължителност 4 ns или повече;
максимално ниво 80 mm в честотния диапазон от 20 Hz до 100 MHz и с импулсен сигнал с продължителност 4 ns или повече;
0.1ns) cm,
Kr номинален

Параметри за външна синхронизация:
честотен диапазон от не повече от 20 Hz до не по-малко от 500 MHz;
минимално ниво 40 mV в честотния диапазон от 20 Hz до 100 MHz и с импулсен сигнал с продължителност 4 ns или повече, максимално ниво 3 V в честотния диапазон от 20 Hz до 100 MHz и с импулсен сигнал с продължителност 4 ns или повече
0.1ns) cm,
Kr номинален
където Kr номинал е номиналната стойност на зададения коефициент на изместване ns/cm.
Калибраторът за амплитуда и време има правоъгълни импулси на изхода с честота на повторение 200 kHz, амплитуда 0,6 V при натоварване 50 ома.
Основната грешка на изходното напрежение на калибратора в целия работен диапазон на влияещите величини е не повече от 1,5%, честотата на повторение е не повече от 0,2%.
Геометричните изкривявания на хоризонталните и вертикалните граници на скалата на екрана на устройството са не повече от 3%.
Грешката на ортогоналността е не повече от 1.
Осцилоскопът се захранва от променливотоково мрежово напрежение (220) V, честота (50) Hz и хармонично съдържание до 5% и (220) V честота
(400) Hz.
Мощността, консумирана от устройството от мрежата при номинално напрежение, не надвишава 140 VA.
Устройството позволява непрекъсната работа при експлоатационни условия най-малко 8 часа при запазване на техническите характеристики в границите, определени от техническите спецификации.
Габаритните размери на устройството са 475x410x220 мм. Тегло не повече от 18 кг.
Условия на работа: околна температура от 5
до 40 С, относителна влажност на въздуха до 95% при температура 30 С.

Ориз. 1 Двуканален осцилоскоп, външна версия

Пазарът на продукти за търговско измерване у нас днес е доста голям. Това е положителен фактор за производството на съответните индустриални стоки.

Високочестотните вградени модули за осцилоскопи от JSC Rudnev-Shilyaev заемат силна позиция в областта на офисните и индустриални приложения. Многоканалните осцилоскопи са необходими за решаване на много проблеми: от изследователски до оперативни. В този случай в последния случай е възможно напълно да се автоматизира процесът на работа на оборудването. JSC Rudnev-Shilyaev беше един от първите, които произведоха цял набор от измервателни модули, които бяха вградени в пет-инчови отделения на обикновен офис компютър. Това гарантира модулна мащабируемост, гъвкавост, разумна цена и най-кратко време за пускане на пазара на нови продукти. С фокус върху решаването на специфични проблеми с измерването беше създаден набор от модули, който позволява максимално покриване на диапазона от възможни приложения. Най-простият е външен модул с USB интерфейс в 5,25-инчов формат на кутията за устройство на персонален компютър (виж фиг. 1). Това е високочестотен двуканален осцилоскоп с честота на дискретизация 1 GHz.

Ориз. 2 Шестканален осцилоскоп на базата на офис компютър

На фиг. Фигура 2 показва пример на евтин офисен шестканален осцилоскоп със същите модули. Има и модули, които поддържат PCI интерфейса и ви позволяват да създавате удобни офисни и индустриални измервателни системи за 19-инчови стелажи (вижте фиг. 3). Високочестотните вградени модули на JSC Rudnev-Shilyaev се използват не само като част от офис компютър. За осцилоскопи с повече от осем канала се използват индустриални компютърни кутии. В този случай интерфейсът на модула може да бъде PCI или USB. Пример за конструиране на 32-канален осцилоскоп е показан на фиг. 4. Вградените измервателни модули работят синхронно или независимо и имат необходимия за различни приложения обхват на входното напрежение - от 42 dB (8 бита) до 65 dB (12 бита) (виж фиг. 5), където THD е коефициентът на хармонично изкривяване , определя се от пет параметъра, RDD - реален динамичен диапазон, S/N - отношение на мощността на сигнала към мощността на шума.

Максималната честота на дискретизация е 2 GHz. Тази многоканална вградена система може да се използва като анализатор на синхронен сигнал за различни цели. Събирането, обработката и анализирането на входящата информация и дори вземането на решения и тяхното изпълнение могат да се извършват без участието на оператора. Самата задача за изграждане на устройство от отделни модули не е лесна. За да се постигне технологичност и надеждност на цялата система като цяло, трябва да се решат редица сериозни проблеми. На първо място е необходимо да се осигури висококачествена междумодулна връзка. Това е може би най-трудната задача, тъй като вида на връзката зависи от сложността на конкретния модул. Например във високочестотните осцилоскопи на АД Руднев-Шиляев периодът на честота на дискретизация може да бъде по-малък от наносекунда и трябва да се вземат допълнителни мерки за осигуряване на синхронна работа на всички канали.

>
Ориз. 3 Индустриален осцилоскоп като част от измервателен комплекс

Дори ако всеки отделен модул работи отлично, системата може да изпита значително влошаване както на статичната, така и на динамичната производителност. Цифровата част на един модул може да попречи на чувствителния аналогов канал на съседен модул. За синхронна работа на всички модули те трябва да имат един главен тактов генератор. При предаване на часовников сигнал от един модул към друг възниква потенциална разлика между общите шини на различни шини на различни модули, създават се „земни“ вериги, които генерират смущения на входа на часовниковия приемник, фазовият шум се увеличава, което води до влошаване на динамични параметри.метри на измервателни модули като част от системата. Този проблем се решава с помощта на специален модул за синхронизация, който осигурява висококачествено стартиране на цялата система от вградени модули. Също така, за надеждна работа на системата е необходима добре обмислена охладителна система. Общата консумация на енергия на вградените модули може да надхвърли 1 kW. Тук е необходимо не само да изберете правилно мощността на използваното захранване, но и да осигурите необходимия дебит и равномерно разпределение на охлаждащия въздух. Площта на радиаторите, монтирани на всеки модул, наличието на въздушни филтри на всмукателните прозорци, съпротивлението на въздушния поток, въведено от кабелните снопове - всичко това влияе върху работата на охладителната система. Отделно бих искал да се спра на възможността за взаимозаменяемост на вградените модули. На етапа на проектиране на отделен модул в дизайна е вградено известно резервиране, което позволява на всеки модул да работи както автономно, така и като част от измервателна система. Всеки модул има вградена диагностична система “на борда”, която тества най-важните му компоненти. Диагностичната информация се изисква от компютъра от всеки модул, когато системата се инициализира. Ако възникне проблем, кодът на грешката и номерът на модула, където е открита грешката, се показват на екрана на компютъра. Това ви позволява значително да намалите разходите за обслужване на цялото устройство.

ориз. 4. 32 канален осцилоскоп
на базата на индустриален компютър

Най-критичните системи, предназначени за продължителна работа, са оборудвани с резервни модули. Операцията по подмяна на модул не изисква висококвалифициран сервизен персонал. Присъствието на пазара на вградени системи на широка гама от търговски продукти, базирани на гореописаните измервателни вградени модули, е ефективна възможност за решаване на нестандартни измервателни задачи, например изчисляване на скоростите на движещи се обекти. За да направите това, трябва да имате два канала - директен и квадратурен. Съществуващ офис или индустриален компютър ще извърши необходимите изчисления и ще представи резултата. Високочестотните модули са незаменими и при задачи за директно преобразуване на междинни честоти на различни източници на сигнали в диапазона до 1 GHz. Използването на вградени модули ви позволява да конвертирате сигнали, да прехвърляте данни към компютър и да определяте спектралните характеристики на източниците на сигнал. Описаните компютърно базирани измервателни системи са удобни за моделиране при решаване на нестандартни и несерийни задачи. В този случай можете лесно да промените първоначалните условия на задачите, параметрите за събиране и обработка на информация. За решаване на серийни проблеми, система от вградени модули ще осигури необходимата автоматизация на измервателните процедури и, ако е необходимо, ще контролира процеса на управление на обекти, чиито параметри се анализират. В същото време софтуерната част на вградената система може бързо да се адаптира към спецификата на решавания проблем, отговаряйки на изискванията за удобство и лекота на използване.

ориз. 5 Динамични характеристики на 12-битов измервателен модул

Ако попитате професионален регулатор на електроника или радиоинженер: „Кое е най-важното устройство на работното ви място?“ Отговорът ще бъде ясен: „Разбира се, осцилоскоп!“ И наистина е така.

Разбира се, невъзможно е да се направи без мултицет. Измерване на напрежението в контролните точки на веригата, измерване на съпротивлението и тока, „звънене“ на диода или проверка на транзистора - всичко това е важно и необходимо.

Но когато става въпрос за настройка и конфигуриране на всяко електронно устройство от обикновен телевизор до многоканален предавател на орбитална станция, е невъзможно да се направи без осцилоскоп.

Осцилоскопът е предназначен за визуално наблюдение и контрол на периодични сигнали с всякаква форма: синусоидална, правоъгълна и триъгълна. Благодарение на широкия си обхват на сканиране, той позволява импулсът да бъде сканиран, така че да могат да се наблюдават дори интервали от наносекунди. Например, измерете времето на нарастване на импулса, а в цифровото оборудване това е много важен параметър.

Осцилоскопът е вид телевизор, който показва електрически сигнали.

Как работи осцилоскопът?

За да разберете как работи един осцилоскоп, помислете за блокова диаграма на средно устройство. Почти всички осцилоскопи са проектирани по този начин.

Само две не са показани на диаграмата. захранване: източник на високо напрежение, който се използва за генериране на високо напрежение за CRT ( електроннолъчева тръба) и ниско напрежение, осигуряващи работата на всички компоненти на устройството. И няма вградена калибратор, който се използва за конфигуриране на осцилоскопа и подготовката му за работа.

Изследваният сигнал се прилага към входа " Y" канал на вертикално отклонение и отива към атенюатора, който е многопозиционен превключвател, който регулира чувствителността. Неговата скала е калибрирана във V / cm или V / деление. Това се отнася до едно деление на координатната мрежа, приложена към CRT екрана. Самите стойности също са написани там: 0, 1 V, 10 V, 100 V. Ако амплитудата на изследвания сигнал е неизвестна, задаваме минималната чувствителност, например 100 волта на деление.Тогава дори сигнал с амплитуда 300 волта няма да повреди устройството.

Всеки осцилоскоп включва разделители 1:10 и 1:100; те са цилиндрични или правоъгълни приставки с конектори от двете страни. Изпълнява същите функции като атенюатор. Освен това, когато работят с къси импулси, те компенсират капацитета на коаксиалния кабел. Ето как изглежда външният делител от осцилоскоп S1-94. Както можете да видите, съотношението му на делене е 1:10.

Благодарение на външния разделител е възможно да се разширят възможностите на устройството, тъй като при използването му става възможно да се изследват електрически сигнали с амплитуда от стотици волта.

От изхода на входния делител сигналът отива към предусилвател. Тук се разклонява и влиза линия на забавянеи към превключвателя за време. Линията на забавяне е предназначена да компенсира времето за реакция на сканиращия генератор с пристигането на изследвания сигнал към усилвателя на вертикално отклонение. Крайният усилвател генерира напрежението, подадено към плочите" Y" и осигурява вертикално отклонение на лъча.

Генератор на сканиранегенерира трионно напрежение, което се прилага към усилвателя на хоризонталното отклонение и към плочите " х" CRT и осигурява хоризонтално отклонение на лъча. Има превключвател, градуиран като време на деление ("Time/div"), и времева скала за почистване в секунди (s), милисекунди (ms) и микросекунди (μs).

Устройството за синхронизация гарантира, че сканиращият генератор започва да работи едновременно с появата на сигнала в началната точка на екрана. В резултат на това на екрана на осцилоскопа виждаме изображение на импулса разгърнати във времето. Времевият превключвател има следните позиции:

Синхронизация от изследвания сигнал.

Синхронизация от мрежата.

Синхронизация от външен източник.

Първият вариант е най-удобен и се използва най-често.

Осцилоскоп С1-94.

В допълнение към сложните и скъпи модели осцилоскопи, които се използват при разработването на електронно оборудване, нашата индустрия стартира производството на малък осцилоскоп C1-94 специално за радиолюбители. Въпреки ниската си цена, той се е доказал в експлоатация и има всички функции на скъпо и сериозно устройство.

За разлика от своите по-сложни колеги, осцилоскопът S1-94 е доста малък по размер и лесен за използване. Нека да разгледаме неговите контроли. Ето предния панел на осцилоскоп S1-94.

Отдясно на екрана отгоре надолу.

Копче: "Фокус".

Копче "Яркост".

Тези контроли могат да се използват за регулиране на фокуса на лъча върху екрана, както и неговата яркост. За да удължите живота на CRT, е препоръчително да настроите яркостта на минимум, но така че показанията да са ясно видими.

Нет" Бутон за захранване на устройството.

Бутон за режим " Ждушч-Авт».

Това е бутон за избор на режими на готовност и автоматично почистване. Когато работи в режим на готовност, почистването се задейства и синхронизира от сигнала, който се изследва. В автоматичен режим почистването започва без сигнал. За изследване на сигнал често се използва режимът на готовност за стартиране на сканиране.

Този бутон избира полярността на задействащия импулс. Можете да изберете да задействате от импулс с положителна или отрицателна полярност.

Бутон за синхронизиране " Вътрешно-Външно».

Обикновено се използва вътрешно тактоване, тъй като използването на външен часовников сигнал изисква отделен източник на този външен сигнал. Ясно е, че в по-голямата част от случаите това не е необходимо в домашна работилница. Входът за външен часовник на предния панел на осцилоскопа изглежда така.

Бутон за избор на вход „Отворен” и „Затворен”.

Тук всичко е ясно. Ако възнамерявате да изследвате сигнал с постоянен компонент, изберете „Променлив и постоянен“. Този режим се нарича "Отворен", тъй като към канала за вертикално отклонение се подава сигнал, съдържащ постоянен компонент или ниски честоти в неговия спектър.

В същото време си струва да се има предвид, че когато сигналът се показва на екрана, той ще се повиши, тъй като нивото на постоянния компонент ще бъде добавено към амплитудата на променливия компонент. В повечето случаи е по-добре да изберете "затворен" вход ( ~ ). В този случай постоянният компонент на електрическия сигнал ще бъде отрязан и няма да се покаже на екрана.

Клемата "корпус" служи за заземяване на тялото на устройството. Това се прави от съображения за сигурност. В домашна работилница понякога не е възможно да се заземи тялото на устройството. Следователно трябва да работите без заземяване. Важно е да запомните, че когато осцилоскопът е включен, може да има потенциал на напрежение върху тялото. Когато докоснете тялото, то може да „потръпне“. Особено опасно е докосването с едната ръка на корпуса на осцилоскопа, а с другата - на радиатори или други работещи електрически уреди. В този случай опасният потенциал от тялото ще премине през тялото ви („ръка” - „ръка”) и ще получите токов удар! Ето защо, когато работите с осцилоскопа без заземяване, препоръчително е да не докосвате металчасти на тялото. Това правило важи и за други електрически уреди с метален корпус.

В центъра на предния панел има превключвател за почистване - Време/дел. Именно този превключвател контролира работата на сканиращия генератор.

Точно отдолу е превключвателят на входния разделител (атенюатор) - V/div. Както вече споменахме, когато се изследва сигнал с неизвестна амплитуда, е необходимо да се зададе максималната възможна стойност на V/div. Така че за осцилоскоп S1-94 трябва да настроите превключвателя на позиция 5 ( 5V/дел.). В този случай една клетка на решетката на екрана ще бъде равна на 5 волта. Ако свържете делител със съотношение на деление 1 към 10 (1: 10) към входа "Y" на осцилоскопа, тогава една клетка ще бъде равна на 50 волта (5V/div * 10 = 50V/div).

Също така на панела на осцилоскопа има:

В момента, с развитието на цифровите технологии, цифровите осцилоскопи станаха широко използвани. По същество това е хибрид на аналогова и цифрова технология. Отношението към тях е двусмислено, като месомелачка с процесор или кафемелачка с дисплей.

Аналоговото оборудване винаги е било надеждно и лесно за използване. Освен това беше лесен за ремонт. Цифровият осцилоскоп струва порядък повече и е много труден за ремонт. Разбира се има много предимства. Ако аналогов сигнал се преобразува в цифрова форма с помощта на ADC (аналогово-цифров преобразувател), тогава можете да правите всичко с него. Той може да бъде записан в паметта и показан по всяко време за сравнение с друг сигнал, добавен във фаза и противофаза с други сигнали. Разбира се, аналоговата технология е добра, но цифровата електроника е бъдещето.