Что такое осциллограф?

Что такое осциллограф?

Осциллограф — это прибор, который выводит электрические сигналы в виде волновых форм на экран и характеризуется способностью наблюдать изменения сигнала с течением времени в двух измерениях.

Осциллографы в целом подразделяются на аналоговые осциллографы и цифровые осциллографы.

1. Аналоговые осциллографы

Аналоговые осциллографы наблюдают за входными сигналами, сканируя электронный луч по поверхности электронно-лучевой трубки для рисования волновых форм. Входной сигнал осциллографа отображается немедленно с небольшой задержкой.

2. Цифровые осциллографы

Цифровые осциллографы преобразуют входные сигналы в цифровые данные с помощью аналого-цифрового преобразователя, сохраняют данные в памяти, а затем отображают формы сигналов на дисплее. В отличие от аналоговых осциллографов, сбор данных является дискретным, поэтому данные являются дополнительными и отображаются в виде плавной кривой.

Применение осциллографов

Осциллографы отображают электрические сигналы в виде форм сигналов, что позволяет визуально проверять работу электронных схем. Используя осциллограф, можно проверить формы сигналов в электронной схеме и убедиться, что схема работает так, как задумано.

При проверке высокоскоростных цифровых схем сигналы должны быть зафиксированы с надежной синхронизацией, на которую не влияют колебания цифрового сигнала (джиттер), а для установки синхронизации используются осциллографы.

Осциллографы также полезны при ремонте электронного оборудования, поскольку они могут отслеживать формы сигналов различных частей электронной схемы, чтобы определить неисправную часть, если причина отказа оборудования кроется в электронной схеме.

Принцип работы осциллографов

В обычном аналоговом осциллографе входной сигнал от зонда передается в вертикальную схему усиления осциллографа. Сигнал ослабляется или усиливается в вертикальной схеме усилителя, а затем передается на вертикальную дефлекторную пластину электронно-лучевой трубки.

Напряжение, приложенное к вертикальной дефлекторной пластине, сканирует электронный луч вверх и вниз. Эта последовательность событий является принципом, лежащим в основе осциллографов. Входной сигнал одновременно передается в триггерную схему, и электронный луч начинает сканировать по горизонтали в тот момент, когда сигнал соответствует установленному условию триггера.

В цифровом осциллографе входной сигнал преобразуется в цифровые данные с помощью АЦП, и данные последовательно сохраняются в памяти. Затем, по истечении заданного периода с момента, когда входной сигнал удовлетворяет условию срабатывания, он прекращает сохранять новые данные.

В результате вышеуказанная память записывает сигналы до и после момента времени, когда удовлетворяется условие срабатывания, и эти сигналы отображаются в виде сигналов на дисплее. Другими словами, можно также наблюдать сигналы до срабатывания триггера.

Данные в памяти также могут быть использованы для анализа формы сигнала, например, частотного анализа сигналов с помощью операции БПФ. Кроме того, данные могут быть выведены на карту памяти для анализа и хранения данных на ПК.

Как выбрать осциллограф

При выборе осциллографа он должен иметь достаточные характеристики для применения. В частности, следует учитывать частотную характеристику, частоту дискретизации, количество каналов, длину памяти и доступные типы зондов.

В дополнение к основному использованию осциллографов для наблюдения за формами волн, современные приложения осциллографов расширяются, включая проверку синхронизации, анализ формы волн и тестирование на соответствие, а диапазон измерений и функциональность соответственно увеличиваются. В результате возникает необходимость выбора модели с функциями, подходящими для предполагаемого использования.

Как использовать осциллограф

Помимо наблюдения за изменениями напряжения с течением времени, осциллографы также могут измерять частоту повторяющихся сигналов и рисовать кривые Лиссажу. Осциллографы широко используются для тестирования электронных схем, визуализации формы сигнала видео- и аудиосигналов, тестирования характеристик отклика силовых устройств, измерения временного запаса высокоскоростных цифровых схем и оценки мехатронных продуктов.

Подготовка к измерению включает в себя регулировку фазы зондов и регулировку перекоса между зондами. Особенно когда зонды тока и напряжения используются вместе, регулировка перекоса необходима из-за значительного времени задержки зондов тока. Также следует подождать около 30 минут после включения питания перед измерением, чтобы обеспечить достаточную точность измерения.

Хитрость наблюдения желаемой формы сигнала заключается в регулировке триггера. В аналоговых осциллографах единственными факторами регулировки являются выбор наклона, уровень триггера и задержка триггера, но в цифровых осциллографах в дополнение к этим факторам можно установить различные условия триггера, такие как ширина импульса и интервал.

Кроме того, доступны также последовательные триггеры, которые захватывают сигналы при выполнении нескольких условий триггера.

Другая информация об осциллографах

1. Характеристики и различия между аналоговыми и цифровыми осциллографами

Характеристики обоих типов осциллографов можно обобщить следующим образом:

Аналоговый осциллограф

• Превосходная производительность в реальном времени и короткое время простоя между захватом и отображением нового сигнала.
• Частоту появления одной и той же формы сигнала можно определить по яркости сигнала.
• Не подходит для наблюдения за однократными явлениями или явлениями, которые не часто повторяются.
• Требуется фотографическое оборудование для сохранения результатов наблюдений.
• Анализ с использованием форм сигналов невозможен.

Цифровой осциллограф

• Возможно дополнительное отображение однократных явлений.
• Результаты наблюдений можно обрабатывать как электронные данные для удобства хранения.
• Формы сигналов можно обрабатывать как цифровые данные и анализировать процессором.
• Длительное мертвое время для обработки сигнала, поэтому фактическое время наблюдения относительно короткое.
• Информация о частоте формы сигнала теряется в повторяющихся формах сигналов.

Сегодня нет аналоговых осциллографов, доступных для промышленных измерительных приложений, и цифровые осциллографы являются выбором почти для 100% приложений.

Это стало возможным благодаря легкодоступным высокоскоростным аналого-цифровым преобразователям и процессорам для обработки сигналов, а также техническим усовершенствованиям, устраняющим ограничения цифровых осциллографов, что приводит к созданию доступных и высокофункциональных продуктов.

2. Что следует отметить об осциллографах

При использовании осциллографа для наблюдения за правильными сигналами следует учитывать несколько моментов. В частности, важно выбрать модель с частотной характеристикой, которая в достаточной степени охватывает диапазон частот, который вы хотите измерить.

Частотная характеристика осциллографа определяется как частота, на которой амплитуда падает до -3 дБ. Таким образом, для точного измерения амплитуды следует выбрать модель с частотной характеристикой, примерно в 5 раз превышающей частоту тестируемого сигнала.

Кроме того, необходимо учитывать частоту дискретизации данных цифрового осциллографа. Если частота дискретизации меньше удвоенной частоты тестируемого сигнала, возникнет наложение спектров и будут отображаться ложные сигналы.