Účel osciloskopu. Konštrukcia osciloskopu, jeho nastavenie a oblasti použitia Účel, zloženie a princíp činnosti analógového osciloskopu

Katódové osciloskopy.

Katódové osciloskopy sú prístroje určené na vizuálne pozorovanie tvarov skúmaných elektrických signálov. Okrem toho možno osciloskopy použiť na meranie frekvencie, periódy a amplitúdy.

Hlavnou časťou elektronického osciloskopu je katódová trubica (pozri obrázok), ktorá svojím tvarom pripomína televízny kineskop.

Rúrkové sito (8) je zvnútra potiahnuté fosforom - látkou, ktorá môže pri dopade elektrónov žiariť. Čím väčší je tok elektrónov, tým jasnejšia je žiara časti obrazovky, kam dopadajú. Elektróny vyžaruje takzvané elektrónové delo, ktoré sa nachádza na konci trubice oproti obrazovke. Skladá sa z ohrievača (vlákna) (1) a katódy (2). Medzi „pištoľou“ a tienidlom je modulátor (3), ktorý reguluje tok elektrónov letiacich smerom k tienidlu, dve anódy (4 a 5), ktoré vytvárajú potrebné zrýchlenie elektrónového lúča a jeho zaostrovanie a dve párov platní, pomocou ktorých sa dajú vychyľovať elektróny pozdĺž horizontálnej osi Y ( 6) a vertikálnej osi X (7).

Katódová trubica funguje nasledovne:

Do vlákna sa privádza striedavé napätie, do modulátora sa privádza konštantné napätie, polarita je záporná vo vzťahu ku katóde a anódy sú kladné a napätie na prvej anóde (zaostrovanie) je výrazne menšie ako na druhej anóde. (zrýchľovanie). Vychyľovacie dosky sú napájané ako konštantným napätím, ktoré umožňuje posun elektrónového lúča v akomkoľvek smere vzhľadom na stred obrazovky, tak aj striedavým napätím, ktoré vytvára skenovaciu čiaru jednej alebo druhej dĺžky (Px dosky), ako aj „kreslenie“ tvaru skúmaných vibrácií (Pu platne) na obrazovku.

Aby sme si predstavili, ako sa získa obraz na obrazovke, predstavme si trubicu ako kruh (hoci trubica môže mať obdĺžnikový tvar) a umiestnime do nej vychyľovacie dosky (pozri obrázok). Ak na vodorovné dosky Px privediete pílovité napätie, na obrazovke sa objaví svietiaca vodorovná čiara - nazýva sa to skenovacia čiara alebo jednoducho skenovanie. Jeho dĺžka závisí od amplitúdy pílového napätia.

Ak sa teraz súčasne s pílovým napätím aplikovaným na dosky Px privedie striedavé napätie napríklad sínusového tvaru na ďalší pár dosiek (vertikálne - Pu), skenovacia čiara sa presne „ohne“ podľa tvaru. oscilácií a „nakresliť“ obraz na obrazovku.

Ak sú periódy sínusových a pílových kmitov rovnaké, na obrazovke sa zobrazí obraz jednej periódy sínusoidy. Ak sú periódy nerovnaké, na obrazovke sa objaví toľko úplných oscilácií, koľko ich periód zapadá do periódy oscilácie pílovitého napätia. Osciloskop má nastavenie frekvencie rozmietania, pomocou ktorého sa na obrazovke dosiahne požadovaný počet kmitov študovaného signálu.

Bloková schéma osciloskopu.

Na obrázku je bloková schéma osciloskopu. Dnes existuje veľké množstvo osciloskopov rôznych konštrukcií a účelov. Ich predné panely (ovládacie panely) vyzerajú inak, názvy ovládacích gombíkov a spínačov sú mierne odlišné. Ale v každom osciloskope existuje minimálna požadovaná sada komponentov, bez ktorých nemôže fungovať. Uvažujme o účele týchto hlavných uzlov. Na príklade osciloskopu C 1-68.

Na obrázku:

VA- vstup atenuátor; VK - vstupný stupeň zosilňovača; PU - predbežné zosilňovač; LZ - oneskorovacia linka; VU - výstupný zosilňovač; K - kalibrátor; SB - blokovacia schéma; UP - zosilňovač podsvietenia; SS - synchronizačný obvod; GR - generátor zametania; CRT - katódová trubica.

Schéma funguje nasledovne.

pohonná jednotka

Napájací zdroj poskytuje energiu pre činnosť všetkých komponentov elektronického osciloskopu. Vstup napájacieho zdroja prijíma striedavé napätie, zvyčajne 220 V. V ňom sa mení na napätia rôznych veľkostí: striedavé 6,3 V na napájanie vlákna katódovej trubice, jednosmerné napätie 12-24 V na napájanie zosilňovačov a generátor, asi 150 V na napájanie koncových zosilňovačov horizontálneho a vertikálneho vychyľovania lúča, niekoľko stoviek voltov na zaostrenie elektrónového lúča a niekoľko tisíc voltov na urýchlenie elektrónového lúča.

Zo zdroja sú okrem vypínača umiestnené na prednom paneli osciloskopu tieto regulátory: “FOCUS” a “BRIGHTNESS.” Otáčaním týchto gombíkov sa mení napätie privádzané na prvú anódu a modulátor. Pri zmene napätia na prvej anóde sa mení konfigurácia elektrostatického poľa, čo vedie k zmene šírky elektrónového lúča. Pri zmene napätia na modulátore sa mení prúd elektrónového lúča (zmení sa kinetická energia elektrónov), čo vedie k zmene jasu luminoforu obrazovky.

Generátor skenovania

Vytvára pílovité napätie, ktorého frekvenciu je možné zhruba (po krokoch) a plynulo meniť. Na prednom paneli osciloskopu sa nazývajú „HRUBÁ FREKVENCIA“ (alebo „DĹŽKA STUPNE“) a „MÄKKÁ FREKVENCIA“. Frekvenčný rozsah generátora je veľmi široký – od jednotiek hertzov až po jednotky megahertzov. V blízkosti prepínača rozsahu sú hodnoty pre trvanie (trvanie) kmitov pílových zubov.

Horizontálny kanálový zosilňovač

Z generátora skenovania sa signál privádza do zosilňovača horizontálneho vychyľovacieho kanála (kanál X). Tento zosilňovač je potrebný na získanie takej amplitúdy pílovitého napätia, pri ktorej je elektrónový lúč vychyľovaný cez celú obrazovku. Zosilňovač obsahuje ovládač dĺžky snímaného riadku, na prednom paneli osciloskopu je označený ako “GAIN X” alebo “AMPLITUDE X”, a ovládač horizontálneho posunu skenovacieho riadku.

Vertikálny kanál

Pozostáva zo vstupného atenuátora (deliča vstupného signálu) a dvoch zosilňovačov – predbežného a koncového. Atenuátor umožňuje vybrať požadovanú amplitúdu uvažovaného obrazu v závislosti od amplitúdy skúmaných vibrácií. Použitím prepínača vstupného atenuátora je možné znížiť amplitúdu signálu. Plynulejšie zmeny v úrovni signálu, a teda aj veľkosti obrazu na obrazovke, sa získajú pomocou regulátora citlivosti koncového zosilňovača kanálu Y. V koncovom zosilňovači tohto kanála, podobne ako v horizontálnom vychyľovacom kanáli, je vertikálny nastavenie posunutia lúča, a teda aj obrazu.

Okrem toho je na vstupe vertikálneho vychyľovacieho kanála prepínač 1, ktorým môžete buď priviesť jednosmernú zložku skúmaného signálu do zosilňovača, alebo sa jej zbaviť zapnutím izolačného kondenzátora. To zase umožňuje používať osciloskop ako jednosmerný voltmeter, schopný merať jednosmerné napätie. Vstupná impedancia kanálu Y je navyše pomerne vysoká - viac ako 1 MOhm.

O ĎALŠÍCH ÚPRAVÁCH

Generátor zametania má ďalší prepínač - prepínač režimu zametania. Zobrazuje sa aj na prednom paneli osciloskopu (zap štrukturálny diagram nie je špecifikované). Generátor rozmietania môže pracovať v dvoch režimoch: v automatickom režime - generuje pílové napätie daného trvania a v pohotovostnom režime - „čaká“ na príchod vstupného signálu a spustí sa, keď sa objaví. Tento režim je potrebný pri štúdiu signálov, ktoré sa objavujú náhodne, alebo pri štúdiu parametrov impulzu, keď by jeho predná hrana mala byť na začiatku rozmietania. V automatickom režime sa môže kdekoľvek v zábere objaviť náhodný signál, čo sťažuje pozorovanie. Počas merania pulzu je vhodné použiť pohotovostný režim.

Synchronizácia

Ak medzi generátorom rozmietania a signálom nie je žiadne spojenie, rozmietanie sa začne a signál sa objaví v rôznych časoch, obraz signálu na obrazovke osciloskopu sa bude pohybovať buď jedným alebo druhým smerom - v závislosti od rozdielu vo frekvenciách signálu a rozmietania. Na zastavenie obrazu je potrebné „synchronizovať“ generátor, t.j. poskytnúť prevádzkový režim, v ktorom sa začiatok rozmietania zhoduje so začiatkom výskytu periodického signálu na vstupe Y (povedzme sínusový). Okrem toho môže byť generátor synchronizovaný ako z interného signálu (je prevzatý zo zosilňovača vertikálnej výchylky), tak aj z externého, dodávaného do zásuviek „SYNC INPUT“. Zvoľte jeden alebo druhý režim pomocou prepínača S2 - INTERNAL - EXTERNAL. synchronizácia (v blokovej schéme je prepínač v polohe „interná synchronizácia“).

Nasledujúci diagram vysvetľuje princíp synchronizácie.

Na pozorovanie vysokofrekvenčných signálov, ktorých frekvencia je mnohonásobne vyššia ako v zásade možná frekvencia kanálov zosilnenia osciloskopu, sa používajú stroboskopické osciloskopy.

Nasledujúci diagram vysvetľuje princíp činnosti stroboskopického osciloskopu.

Osciloskop funguje nasledovne: Pri každej perióde testovaného napätia u(t) sa vygeneruje synchronizačný impulz Uc, ktorý spustí generátor rozmietania. Skenovací generátor generuje pílovité napätie, ktoré sa porovnáva s postupne sa zvyšujúcim (o U) napätím (pozri diagram). V momente rovnosti napätia sa vytvorí zábleskový impulz a každá nasledujúca perióda zábleskového impulzu sa oproti predchádzajúcej zväčší o hodnotu t. V momente príchodu zábleskového impulzu sa vytvorí vzorkovací impulz. Jeho amplitúda sa rovná amplitúde študovaného signálu a zobrazuje sa na obrazovke osciloskopu. Na obrazovke sa tak získa obraz vo forme impulzov, ktorých amplitúdová obálka zodpovedá skúmanému signálu iba „natiahnutému“ v čase. Stroboskopické osciloskopy sa používajú v televíznych, radarových a iných typoch vysokofrekvenčných zariadení.

Chyby osciloskopu.

Pri meraní napätia majú osciloskopy nasledujúce chyby:

Aplikácia osciloskopov.

1. Meranie amplitúdy skúmaného signálu.

Amplitúdu študovaného signálu je možné merať pomocou nasledujúcich metód:

Meranie amplitúdy metódou kalibrovanej stupnice. Metóda je založená na meraní lineárnych rozmerov obrazu priamo pomocou mierky CRT obrazovky. Nameraná amplitúda U m je definovaná ako U m = Koh. K o - koeficient vertikálnej odchýlky.

Meranie amplitúdy substitučnou metódou. Metóda je založená na nahradení meranej časti signálu kalibrovaným napätím. (Metóda sa odporúča použiť pri meraní nízkych napätí).

Meranie amplitúdy opozičnou metódou. Metóda spočíva v tom, že v diferenciálnom zosilňovači vstupného kanála Y je skúmaný signál kompenzovaný kalibrovaným. Metóda poskytuje vysokú presnosť pri meraní malých signálov.

2. Meranie časových intervalov.

Meranie časových intervalov metódou kalibrovanej stupnice. Metóda je založená na meraní lineárnych rozmerov periódy obrazu pozdĺž osi X priamo z mierky CRT obrazovky. Nameraný čas t x je definovaný ako t x = K pl M p. K p - koeficient skenovania, M p - mierka skenovania pozdĺž osi X, l - dĺžka periódy obrazu na obrazovke CRT.

Meranie časových intervalov pomocou kalibračných značiek. Metóda je založená na vytváraní jasových značiek referenčnej frekvencie v krivke sledovaného signálu. To sa dosiahne privedením signálu z meracieho generátora na modulátor CRT (vstup Z).

Meranie časových intervalov pomocou oneskoreného zametania. Metóda je založená na posúvaní obrazu pozdĺž čiary skenovania vzhľadom na zvolený pevný bod (čiaru mierky). Odpočítavanie sa vykonáva pomocou stupnice „oneskorenia“.

Článok podrobne popíše, ako používať osciloskop, čo to je a na aké účely je potrebný. Žiadne laboratórium nemôže existovať bez meracích zariadení alebo zdrojov signálov, napätí a prúdov. A ak plánujete navrhnúť a vytvoriť rôzne zariadenia (najmä ak hovoríme o vysokofrekvenčnej technológii, napríklad invertorové napájacie zdroje), potom bude problematické robiť čokoľvek bez osciloskopu.

Čo je osciloskop

Toto je zariadenie, ktoré vám umožňuje „vidieť“ napätie, alebo presnejšie jeho tvar za určitý čas. S jeho pomocou môžete merať veľa parametrov - napätie, frekvenciu, prúd, fázové uhly. Čo je ale na tomto zariadení obzvlášť dobré, je to, že umožňuje vizuálne vyhodnotiť tvar signálu. V skutočnosti je to vo väčšine prípadov ona, kto hovorí o tom, čo sa presne deje v okruhu, v ktorom sa meranie vykonáva.

V niektorých prípadoch môže napríklad napätie obsahovať nielen konštantnú, ale aj striedavú zložku. A tvar druhého môže byť ďaleko od ideálnej sínusoidy. Napríklad voltmetre vnímajú takýto signál s veľkými chybami. Ukazovacie prístroje dávajú jednu hodnotu, digitálne - oveľa menej a DC voltmetre - niekoľkonásobne viac. Najpresnejšie meranie je možné vykonať pomocou zariadenia opísaného v článku. A nezáleží na tom, či sa používa osciloskop H3013 (ako ho používať je popísané nižšie) alebo iný model. Merania sú rovnaké.

Vlastnosti zariadenia

Implementácia je pomerne jednoduchá - na vstup zosilňovača musíte pripojiť kondenzátor. V tomto prípade je vchod zatvorený. Upozorňujeme, že v tomto režime merania sú zoslabené nízkofrekvenčné signály s frekvenciou menšou ako 5 Hz. Preto ich možno merať iba v režime otvoreného vstupu.

Keď je prepínač nastavený do strednej polohy, zosilňovač sa odpojí od vstupného konektora a dôjde ku skratu na kryte. Vďaka tomu je možné nainštalovať zametanie. Pretože nie je možné používať osciloskop S1-49 a analógy bez znalosti základných ovládacích prvkov, stojí za to hovoriť o nich podrobnejšie.

Vstup kanála osciloskopu

Na prednom paneli je stupnica vo vertikálnej rovine - určuje sa pomocou regulátora citlivosti kanálu, pozdĺž ktorého prebieha meranie. Pomocou prepínača je možné meniť stupnicu nie plynulo, ale postupne. Aké hodnoty je možné pomocou neho nastaviť, pozrite sa na puzdro vedľa neho. Na rovnakej osi s týmto spínačom je regulátor pre plynulé nastavenie (tu je návod, ako používať osciloskop S1-73 a podobné modely).

Na prednom paneli nájdete rukoväť s obojstranným šípom. Ak ho otočíte, graf tohto kanála sa začne pohybovať vo vertikálnej rovine (nadol a nahor). Všimnite si prosím, že vedľa tohto gombíka je grafika, ktorá ukazuje, akým smerom ho musíte otočiť, aby ste zmenili hodnotu multiplikátora nahor alebo nadol. oba kanály sú rovnaké. Okrem toho sú na prednom paneli gombíky na nastavenie kontrastu, jasu a synchronizácie. Za zmienku stojí, že aj digitálny vreckový osciloskop (rozoberáme spôsob používania prístroja) má množstvo nastavení na zobrazovanie grafov.

Ako sa vykonávajú merania?

Pokračujeme v popise, ako používať digitálny alebo analógový osciloskop. Je dôležité poznamenať, že všetky majú chybu. Jedna vlastnosť, ktorá stojí za zmienku, je, že všetky merania sa vykonávajú vizuálne, takže existuje riziko, že chyba bude vysoká. Mali by ste tiež vziať do úvahy skutočnosť, že rozmietacie napätia majú extrémne nízku linearitu, čo vedie k fázovému alebo frekvenčnému posunu približne o 5 %. Pre minimalizáciu týchto chýb je potrebné splniť jednu jednoduchú podmienku – graf by mal zaberať približne 90 % plochy obrazovky. Pri meraní frekvencie a napätia (existuje časový interval) by mali byť ovládače nastavenia zosilnenia vstupného signálu a rýchlosti rozmietania nastavené do krajnej pravej polohy. Za zmienku stojí jedna vlastnosť: keďže aj začiatočník môže používať digitálny osciloskop, zariadenia s katódovou trubicou stratili svoj význam.

Ako merať napätie

Na meranie napätia musíte použiť hodnoty stupnice vo vertikálnej rovine. Ak chcete začať, musíte vykonať jeden z týchto krokov:

Spojte obe vstupné svorky osciloskopu navzájom.
Posuňte prepínač režimu vstupu do polohy, ktorá zodpovedá pripojeniu k spoločnému vodiču. Potom použite regulátor, vedľa ktorého je obojsmerná šípka, aby ste sa uistili, že čiara skenovania sa zhoduje so stredovou (horizontálnou) čiarou na obrazovke.

Prepnite zariadenie do režimu merania a priveďte signál na vstup, ktorý je potrebné preskúmať. V tomto prípade je prepínač režimu nastavený do ľubovoľnej pracovnej polohy. Ale ako používať prenosný digitálny osciloskop? Je to trochu komplikovanejšie - takéto zariadenia majú oveľa viac úprav.

V dôsledku toho môžete na obrazovke vidieť graf. Na presné meranie výšky použite pero s vodorovnou obojstrannou šípkou. Uistite sa, že horný bod grafu padá na bod umiestnený v strede. Je na ňom odstupňovanie, takže bude oveľa jednoduchšie vypočítať efektívne napätie v obvode.

Ako merať frekvenciu

Pomocou osciloskopu môžete merať časové intervaly, najmä periódu signálu. Chápete, že frekvencia akéhokoľvek signálu je vždy úmerná perióde. Meranie periódy je možné vykonávať v ktorejkoľvek oblasti oscilogramu. Ale je pohodlnejšie a presnejšie merať v tých bodoch, kde graf pretína vodorovnú os. Preto pred začatím meraní nezabudnite nastaviť skenovanie presne na vodorovnú čiaru umiestnenú v strede. Keďže používanie prenosného digitálneho osciloskopu je oveľa jednoduchšie ako používanie analógového, ten už dávno upadol do zabudnutia a na meranie sa používa len zriedka.

Potom pomocou rukoväte označenej vodorovnou obojstrannou šípkou musíte posunúť začiatok obdobia s čiarou úplne vľavo na obrazovke. Po výpočte periódy signálu môžete použiť jednoduchý vzorec na výpočet frekvencie. Aby ste to dosiahli, musíte jednotku rozdeliť na predtým vypočítané obdobie. Presnosť merania je rôzna. Ak ju chcete zvýšiť, musíte graf čo najviac roztiahnuť vodorovne.

Dávajte pozor na jednu pravidelnosť: ako sa obdobie zvyšuje, frekvencia klesá (podiel je inverzný). A naopak - s klesajúcou periódou sa frekvencia zvyšuje. Nízka miera chyby je, keď je menšia ako 1 percento. Ale nie každý osciloskop môže poskytnúť takú vysokú presnosť. Len s digitálnymi, pri ktorých je skenovanie lineárne, sa dajú získať také presné merania.

Ako sa určuje fázový posun?

A teraz o tom, ako použiť osciloskop S1-112A na meranie fázového posunu. Najprv však definícia. Fázový posun je charakteristika, ktorá ukazuje, ako sú dva procesy (oscilačné) umiestnené voči sebe počas určitého časového obdobia. Navyše meranie neprebieha v sekundách, ale v častiach periódy. Inými slovami, mernou jednotkou sú jednotky uhla. Ak sú signály navzájom rovnako umiestnené, ich fázový posun bude tiež rovnaký. Navyše to nezávisí od frekvencie a periódy - skutočná mierka grafov na horizontálnej (časovej) osi môže byť ľubovoľná.

Maximálna presnosť merania bude, ak roztiahnete graf na celú dĺžku obrazovky. V analógových osciloskopoch bude mať signálový graf pre každý kanál rovnaký jas a farbu. Na odlíšenie týchto grafov od seba je potrebné, aby každý mal svoju vlastnú amplitúdu. A je dôležité, aby napätie dodávané do prvého kanála bolo čo najväčšie. Vďaka tomu bude oveľa lepšie udržiavať synchronizáciu obrazu na obrazovke. Tu je návod, ako používať osciloskop S1-112A. Ostatné zariadenia sa v prevádzke mierne líšia.

Osobitne milujem osciloskopy. Niekomu sa páčia Bentley, inému osciloskopy. Každý má svoje zvláštnosti. Mám rád aj Bentley, ale na rozdiel od všetkých jeho ostatných majiteľov mám rád aj osciloskopy! =)

Hlavnou úlohou osciloskopu je zaznamenať zmeny v skúmanom signáli a zobraziť ho na obrazovke. Toto je najnevyhnutnejšie zariadenie v laboratóriu rádioamatérov. Môžete odhadnúť frekvenciu a pozrieť sa na amplitúdu a čo je často dôležitejšie, študovať tvar signálu. Rozhodol som sa dostať do elektroniky - určite si ju kúpte.

Krátky príbeh

História osciloskopu siaha viac ako 100 rokov do minulosti. V rôznych časoch tak slávni ľudia ako Adre Blondel, Robert Andreevich Colley, William Crookes, Karl Brown, I. Zenneck, A. Wenelt, Leonid Isaakovich Mandelstam a mnohí ďalší pracovali na zlepšení zariadenia.

Mimochodom, vedeli ste, že prvé zdanie osciloskopu vzniklo v Ruskej ríši? V roku 1885 to urobil ruský fyzik Robert Colley. Prístroj sa nazýval oscilometer. Vtedajšie osciloskopy boli veľmi odlišné od tých, ktoré sa používajú dnes!

Všeobecný princíp fungovania

Musím povedať, že teraz existuje obrovské množstvo rôznych osciloskopov. Pre nás je však dôležitý všeobecný princíp fungovania, ktorý spočíva v tom, že zariadenie zaznamenáva zmenu napätia signálu a zobrazuje ju na obrazovke. Áno, presne na to slúži osciloskop, to je všetko. Ale to je pre fyzikov a inžinierov také dôležité, že je ťažké to vyjadriť slovami. Význam tohto zariadenia je porovnateľný s objavom zákona univerzálnej gravitácie.

Na obrázku vyššie je typický ovládací panel osciloskopu. Kopa všemožných ovládacích prvkov, tlačidiel, konektorov a obrazovky. Hrôza, ako na to všetko prísť? Áno Ľahko. Choď.

Nikto sa neurazí, ak poviem, že osciloskop má dva hlavné ovládacie prvky. Nad nimi je zvyčajne napísané „Sweep“ alebo „Duration“, „V/div“. Poďme na to!

Najprv o „V/div“. Na vstup zariadenia môžete priviesť signál rôznych amplitúd. Chcel som dodať sínusoidu s amplitúdou 1V, ale chcel som 0,2V alebo 10V. Ako môžete vidieť na obrázku vyššie, obrazovka zariadenia je zvyčajne rozdelená na bunky. Áno, toto je ten istý známy karteziánsky súradnicový systém. Takže „V/div“ vám umožňuje zmeniť mierku pozdĺž osi Y. Inými slovami, môžete zmeniť veľkosť článku vo voltoch. Ak vyberiete 0,1 V a použijete sínusoidu s amplitúdou 0,2 V, potom celá sínusoida zaberie 4 bunky na obrazovke.

A pri štúdiu signálu v skutočnom obvode môže byť amplitúda signálu taká, že sa celý signál nezmestí na obrazovku zariadenia. Potom otočte nastavovacím gombíkom „V/div“ a nastavte požadovanú stupnicu osi Y tak, aby ste videli celý signál.

Teraz o "Trvaní". Po väčšinu histórie elektronických osciloskopov boli analógové. Ako obrazovka sa použili CRT (katódové trubice). Tie isté, ktoré už len ťažko nájdete v televízoroch. Kto má záujem, pozrite si video nižšie. Dokonale vysvetľuje princíp kreslenia skúmaného signálu na obrazovku CRT osciloskopu. Alebo čítajte ďalej, ak ste príliš leniví pozerať sa, poviem vám to najdôležitejšie.

Takže gombík „trvanie“ („sweep“) je potrebný na nastavenie rýchlosti pohybu lúča na obrazovke zariadenia zľava doprava. (Mysleli ste si, že je tam nakreslená celá čiara? Nie, to platí v moderných digitálnych zariadeniach, ale tie prídu neskôr) Načo to je? Áno, na tom je vlastne založená práca osciloskopu. Lúč beží zľava doprava a signál privádzaný na vstup ho jednoducho vychýli nahor alebo nadol. Výsledkom je, že na obrazovke zariadenia uvidíte krásny obraz sínusoidy alebo nejaký šum.

Dobre, prečo je to potrebné, je teraz jasné. Otázkou zostáva: prečo meniť rýchlosť pohybu alebo, inými slovami, frekvenciu lúča prechádzajúceho cez obrazovku (frekvenciu rozmietania)?

Možno ste si sami všimli alebo videli na nejakej show alebo koncerte taký efekt, že keď v tme na zlomok sekundy zablikalo jasné svetlo, potom sa zdalo, že sa všetok pohyb zastavil, svet sa zastavil? Gratulujeme, všimli ste si stroboskopický efekt. Existuje dokonca také zariadenie - stroboskop. Stroboskopické svetlo vám umožňuje pozerať sa na rýchlo sa pohybujúce predmety. To isté platí pre osciloskop; je to v podstate „elektronický“ stroboskop! Len zmenou frekvencie skenovania dosiahneme zmrazenie obrazu na obrazovke zariadenia. A ak je frekvencia rozmietania blízka frekvencii signálu alebo sa s ňou zhoduje, potom na obrazovke uvidíte statický obrázok, ktorý sa zdá byť nakreslený na papieri.

V opačnom prípade sa bude zdať, že sínusoida niekde beží. Nepoviem vám, ako sa to dosiahne. Hlavná vec je pochopiť princíp a detaily konkrétnej implementácie nie sú také dôležité. Všetky ostatné funkcie osciloskopu sú už doplnkom. Ich prítomnosť značne zjednodušuje štúdium signálov. A ak niektoré z nich nie sú vo vašom zariadení, môžete pokojne žiť.

Aké typy osciloskopov existujú?

Doteraz možno rozlíšiť tri hlavné typy osciloskopov: analógový, digitálny a analógovo-digitálny. Od 80. rokov 20. storočia pribúda tých digitálnych. Teraz predstavujú najväčšiu skupinu. Majú množstvo užitočných doplnkových funkcií, malé rozmery, hmotnosť a slušnú cenu.

V čase písania týchto riadkov bude priemerná cena za digitálny prístroj od 15 tisíc za najnešikovnejší model. Viac-menej normálne zariadenie sa dá kúpiť od 25 000. Zatiaľ čo staré sovietske zariadenie s vážnymi vlastnosťami, ktoré mnohonásobne prevyšujú priemerný digitálny model, sa dá zohnať za 3-6 tisíc, no hmotnosť, rozmery a niektoré ďalšie vlastnosti nemusia pristane každému =)

Hlavné charakteristiky

Osciloskopy majú mnoho vlastností. Pre rádioamatéra je zbytočné vedieť o všetkom. Pokiaľ sa rádioamatér nerozhodol stať sa profesionálom =) Ale sú niektoré, ktoré by ste si mali uvedomiť a pochopiť, čo znamenajú.

Osciloskop je zariadenie používané na štúdium časových a amplitúdových parametrov elektrického signálu, ktorý je privedený na jeho vstup, buď priamo na obrazovku, alebo zaznamenaný na fotografickú pásku. Dnes ide o jeden z najbežnejších typov kontrolných a meracích prístrojov, ktorý spolu s multimetrami umožňuje výrobu a vedecký výskum.

Dnes priemysel nestojí na mieste. Vznikajú moderné zariadenia, ktoré dokážu výrazne skrátiť čas výskumu a vývoja. Majú značnú škálu meracích aplikácií, kapacitný dotykový displej, hlbokú pamäť a najvyššiu rýchlosť aktualizácie signálov na obrazovke.

Druhy

Existuje niekoľko typov zariadení, ktoré sa líšia vlastnosťami:

Analógové.

Analógovo-digitálny.

Digitálne úložisko.

Zariadenia so zmiešaným signálom.

Virtuálne zariadenia.

Na základe počtu lúčov môže byť osciloskop:

Jediný lúč.
Dvojlúč a tak ďalej.

Počet lúčov môže byť 16 alebo viac (zariadenie s n lúčmi má n signálových vstupov vrátane schopnosti súčasne zobraziť n grafov vstupných signálov na obrazovke).

Zariadenia sú tiež klasifikované podľa princípu činnosti:

Elektronické: analógové a digitálne.
Elektromechanické: elektrodynamické, usmerňovacie, elektrostatické, termoelektrické, elektromagnetické, magnetoelektrické.

Podľa vývoja ich možno rozdeliť na:

Špeciálne.
Zapamätateľné.
Stroboskopický.
Expresné.
Univerzálny.

Existujú aj prístroje, ktoré sú kompatibilné s inými meracími prístrojmi. Môže to byť nielen samostatné zariadenie, ale aj set-top box, napríklad počítač, rozširujúca karta alebo dokonca pripojenie k externému portu.

Zariadenie

Konštrukcia analógových zariadení je založená na použití analógových horizontálnych skenovacích systémov a katódových trubíc. Jedným z hlavných blokov týchto zariadení sú generátory lineárne sa meniaceho pílového napätia.

Analógový osciloskop má:

Vychýlenie lúča na obrazovke je určené napätím dosiek. Elektrónky sa vyznačujú širokým frekvenčným rozsahom. Horizontálne skenovanie pracuje s napätím horizontálnych dosiek podľa lineárneho vzťahu. Horná hranica frekvencie je určená zosilňovačom a kapacitou dosky. Spodná hranica zodpovedá 10 hertzom.
Na vizualizáciu charakteristík a tvaru v analógovo-digitálnych zariadeniach študovaného signálu sa používajú analógové horizontálne skenovacie systémy, katódové trubice, vrátane generátorov lineárneho napätia. Zariadenia majú navyše zabudované úložné moduly, ktoré slúžia na ukladanie obrázkov.
Digitálne pamäťové zariadenia využívajú vysokorýchlostnú digitalizáciu analógových signálov, zabezpečujú ich ukladanie a zobrazujú ich na displeji z tekutých kryštálov, ktorý sa používa namiesto katódovej trubice. Digitálny osciloskop má analógový prevodník signálu, zosilňovač, delič, riadiacu jednotku, pamäť a výstupnú jednotku pre LCD panel.
Zariadenia so zmiešaným signálom rýchlo digitalizujú analógové signály, vrátane možnosti vstupu digitálnych sekvencií. Všetky potrebné informácie sú uložené v pamäťovom module a v prípade potreby sa zobrazujú na LCD monitore.

Princíp fungovania

Analógové zariadenia používajú na vytváranie obrazov na obrazovke katódovú trubicu. V ňom napätie aplikované na osi X a Y spôsobuje pohyb bodu po obrazovke. Na horizontálnej strane môžete sledovať závislosť od času, zatiaľ čo na vertikálnej strane je zobrazenie úmerné vstupnému signálu. Vo všeobecnosti je signál zosilnený a odoslaný do elektród, ktoré sú pomocou analógovej technológie vychyľované pozdĺž osi Y katódovej trubice.

Digitálny osciloskop funguje trochu inak:

Prichádzajúci analógový signál je upravený do digitálnej podoby.
Potom sa uloží. Rýchlosť ukladania závisí od ovládacieho zariadenia. Horná hranica je určená rýchlosťou meniča, zatiaľ čo spodná hranica je bez obmedzenia.
Konverzia signálu na digitálny kód vám umožňuje zvýšiť stabilitu displeja, zjednodušiť škálovanie a rozťahovanie a ukladať dáta do pamäte.
Použitie displeja namiesto elektrónky umožňuje zobraziť akékoľvek údaje vrátane ovládania zariadenia. Drahé zariadenia majú farebné obrazovky, ktoré umožňujú farebne zvýrazniť rôzne miesta a rozlíšiť kurzory a signály od iných kanálov.
Synchronizáciu je možné pozorovať tesne pred zapnutím zametania. Použité signálové procesory umožňujú spracovanie signálu pomocou analýzy Fourierovej transformácie.
Informácie v digitálna forma umožňuje zaznamenať obrazovku s výsledkami merania do pamäte vrátane vytlačenia na tlačiarni. Väčšina zariadení má úložné zariadenia, takže obrázky možno uložiť do archívu a spracovať neskôr.

Aplikácia

Osciloskop je meracie zariadenie, ktoré možno použiť na:

Určte napätie signálu (amplitúdu) a parametre časovania.
Meraním časových charakteristík signálu bude možné určiť jeho frekvenciu.
Pozorujte fázový posun, ku ktorému dochádza pri prechode cez rôzne časti obvodu.
Zistite premennú (AC) a konštantu (DC), ktoré tvoria signál.
Sledujte skreslenie signálu spôsobené určitou časťou obvodu.
Určte pomer signálu k šumu, zistite, či je šum stacionárny alebo sa časom mení.
Pochopiť procesy, ktoré sa vyskytujú v elektrickom obvode.
Zistite frekvenciu vibrácií a podobne.

Tieto zariadenia sa používajú najmä v elektronike a rádiotechnike. Obzvlášť dôležitý prvok zariadenia sa používa v elektromechanických oblastiach výroby. Toto zariadenie funguje ako fixačné zariadenie, ktoré jasne zobrazuje všetky vibrácie elektrický prúd, vyskytujúce sa v špecifickom elektrickom mechanizme. Pomocou zariadenia môžete nájsť rušenie, ako aj skreslenie pri prechode elektrického impulzu v rôznych uzloch obvodu.

Aplikácia v diagnostike a oprave automobilov

Tieto zariadenia sa používajú aj v iných oblastiach. Preto sa často používajú na zisťovanie porúch v systéme pohonu a inej diagnostiky. Môžu dokonca pomôcť diagnostikovať mechanické problémy motora.

Osciloskop je napríklad schopný:

Identifikujte chybný katalyzátor.
Určite súlad inštalácie hnacej remenice kľukového hriadeľa vzhľadom na snímač polohy kľukového hriadeľa.
Identifikujte silné úniky vzduchu.
Sledujte signály zo systémových senzorov a sledujte ich zmeny.
Prečítajte si chybové kódy uložené systémom.
Zadajte identifikačné údaje systému, ECU.
Skontrolujte činnosť pohonov atď.

Prirodzene, takéto zariadenie musí mať logický analyzátor, špeciálny softvér a vedieť dešifrovať protokoly.

Ako si vybrať osciloskop

Trh ponúka mnohé z najviac rôzne modely. Preto by ste sa pred nákupom mali rozhodnúť:

Mali by ste vedieť, kde sa bude zariadenie používať?
Aká je amplitúda meraných signálov?
V koľkých bodoch obvodu bude potrebné súčasne merať signály?
Potrebujete merať jednotlivé a periodické signály?
Potrebujete signály vo frekvenčnej doméne, rýchle funkcie Fourierovej transformácie a podobne?

Pri výbere by ste mali venovať pozornosť nasledujúcim parametrom:

Počet kanálov. Tieto ovplyvnia počet nezávislých signálov zobrazených na displeji. Ich súčasná prítomnosť vám umožní sledovať niekoľko grafov, porovnávať ich a analyzovať. Na prácu s jednoduchým zariadením stačia 2-4 kanály. Najpokročilejšie sú zariadenia s funkciou logického analyzátora a 16 kanálmi.
Vzorkovacia frekvencia ovplyvní počet vzoriek signálu za sekundu, teda kvalitu rozlíšenia obrazu na obrazovke. Väčší počet signálnych bodov vám umožní vytvoriť presnejší obraz. Tento parameter je dôležitý pri meraní prechodných a jednorazových procesov.
Druh jedla. Pri používaní zariadenia na cestách alebo mimo siete je lepšie kúpiť si model s batériou. V iných prípadoch je lepšie kúpiť meracie prístroje, ktoré fungujú zo siete.
Šírka pásma. Malo by sa vziať do úvahy, že šírka pásma by mala byť 3-5 krát vyššia ako frekvencie skúmaných signálov. Pre jednoduché audio zosilňovače a digitálne obvody stačí parameter 25 MHz. Pre profesionálny výskum a RF obvody budete potrebovať zariadenie so šírkou pásma cca 100-200 MHz.

Dnes je celkom možné kúpiť zariadenia vyrobené pred 30-40 rokmi. Je však lepšie nepoužívať takýto osciloskop, pretože:

Na kalibráciu je potrebné použiť trimre, ktorých je na vrchu aj po stranách dostatok. Bude ťažké dosiahnuť presné ladenie.
Sušené elektrolyty.
Rozmery a pod.