Мечта радиолюбителя - цифровой осциллограф UNI-T UTD2102CM. Какой выбрать осциллограф для радиолюбителя

Как выбрать осциллограф для дома и работы

Что такое осциллограф и что он собой представляет? Это улучшенный мультиметр, на экране которого можно наблюдать показатели токов, что измеряются, а также их визуализацию. Такой прибор способен за одну секунду сделать огромное количество измерений, отмечая даже самые короткие отклонения. Благодаря ему можно форсировать работу по обнаружению неисправностей. На рынке предоставлен огромный ассортимент моделей от разных производителей, поэтому для начинающего электрика выбор прибора – это непростая задача. Такое устройство будет незаменимым при ремонте электротехники, так как с его помощью можно увидеть электрические колебания, которые выводятся на экран в виде графика. Аппарат используют для ремонта компьютеров, для диагностики авто, а также в своей работе их применяют радиотехники и наладчики оборудования. Далее мы расскажем, как выбрать осциллограф для дома и работы, а также, на какие параметры нужно обращать внимание.

Обзор параметров

Полоса пропускания и частота дискретизации

Выбор устройства должен зависеть и от его характеристик. Так, измеряя прибором переменные сигналы, не стоит забывать о том, что они обладают определенной максимальной частотой и если показатели будут выше, то точность измерений будет портиться. Это и устанавливает полосу пропускания. Такая полоса должна быть в 5 раз выше показателей частоты исследуемого сигнала.

Как выбрать правильный осциллограф? Если полоса пропускания недостаточная, то точность измерений будет искажаться. Если выбрать прибор для простых работ с усилителями звуковой частоты и с цифровыми схемами, то достаточно будет и 25 МГц. Для профессиональных исследований и для схем радиочастот необходимо выбрать приспособление со значением 100-200 МГц. От полосы пропускания зависит выбор устройства: цена будет выше, чем больше значение верхней полосы.

Что касается дискретизации, то от нее зависит, с какой скоростью осциллограф будет обрабатывать входной сигнал. А от ее частоты будет зависеть качество картинки, которое будет отображаться на экране. Чем выше частота, тем шире полоса пропускания и соответственно лучшее разрешение однократных сигналов. Ведь при большем количестве обрабатываемых входных точек изображение будет точнее. При измерении переходных и однократных процессов это считается очень важным.

Обновление экрана никак не связывается с частотой дискретизации. Прежде чем выбрать осциллограф необходимо помнить, что его стоимость зависит от этой частоты: чем она выше, тем лучше картинка, соответственно и выше стоимость прибора. Производители устройства могут указывать этот показатель только отдельного канала или частоту дискретизации объединенных каналов. Значение дискретизации будет ниже, если задействовано большое количество каналов.

Тип питания

Выбор прибора должен зависит и от условий его применения. Например, если нужно работать с ним на выезде или в разных помещениях, то он должен работать от аккумулятора. Существуют модели, которые способны проработать от батареи до восьми часов. Осциллограф, который способен работать от электрической сети, используют в мастерских, учебных классах или в лабораториях.

Численность каналов

От того, сколько существует в устройстве каналов зависит численность воспроизводимых на экране независимых сигналов. Такая возможность, как наблюдение за несколькими графиками одновременно, позволяет легко проанализировать и сопоставить их. Для работы и анализа несложной техники хватает двух или четырех каналов.

Разновидности приборов

Прежде чем окончательно выбрать осциллограф, необходимо знать, на какие виды он делится. По принципу отражения сигналов осциллограф делится на цифровой и аналоговый.

Цифровой

С его помощью проводится статическая и математическая обработка данных, которые получаются в результате снятия показаний. Также, если выбрать цифровой осциллограф, есть возможность обнаруживать импульсные помехи и сохранять в памяти прибора до 10 000 осциллограмм. Полученные результаты отображаются на ЖК-дисплее.

Выбор настроек осуществляется автоматически, так как прибор обладает функциями калибровки и диагностики. Погрешности у изделия минимальные, благодаря чему данные получаются высокого качества. Такой осциллограф незаменим при необходимости получить точную диагностику оборудования или автомобиля.

Аналоговый

Это самая простая конструкция. В ее состав входит электронно-лучевая трубка, которая реагирует на электростатические отклонения. Показания снимаются в настоящем времени, благодаря чему при обработке процессором сигнала, искажения невозможны.

Выбрать аналоговый осциллограф – означает получить надежность и безотказность в работе, так как изображение на дисплее от проходящих показателей не отстает. Также они отличаются невысокой ценой и хорошей ремонтопригодностью. Но прежде чем подобрать такой вариант, следует помнить и о его недостатках: при поучении сигналов высокой частоты, экран может моргать, незначительные возможности по обработке сигнала и относительно диапазона измерений. Такое устройство широко применяется в сервисных мастерских радио- и телеаппаратуры. Из-за этого он еще получил название сервисный осциллограф.

Также рекомендуем просмотреть видео, в которых предоставлены советы экспертов по выбору осциллографа, а также независимый рейтинг из 10 лучших моделей:

Это и все, что мы хотели рассказать вам о том, как выбрать осциллограф для дома и работы. Надеемся, предоставленные нами советы были для вас полезными!

Рекомендуем также прочитать:

samelectrik.ru

Как выбрать осциллограф | РОБОТОША

Продолжаю, начатую в предыдущей статье серию публикаций, посвященных осциллографам. Сегодня я расскажу о том какие основные типы осциллографов бывают, расскажу об их преимуществах и недостатках, рассмотрю основные характеристики осциллографов и постараюсь дать советы по поводу того, как подобрать инструмент, соответствующий решаемым задачам.

Выбрать новый осциллограф может оказаться довольно сложной задачей, так как в настоящий момент на рынке представлено довольно много моделей. Вот некоторые основные моменты, которые помогут вам принять правильное решение и понять, что вам действительно необходимо.

Перед тем как собраться купить новый осциллограф, постарайтесь ответить для себя на следующие вопросы:

1. Где вы собираетесь использовать прибор?
2. Сигналы в скольких точках схемы вам потребуется измерять одновременно?
3. Какова амплитуда сигналов, которые вы, как правило, измеряете?
4. Какие частоты присутствуют в измеряемых вами сигналах?
5. Вам необходимо измерять периодические или одиночные сигналы?
6. Исследуете ли вы сигналы в частотной области и нужна ли вам функция быстрого преобразования Фурье?

 

Аналоговый или цифровой осциллограф?

Вы можете все еще быть поклонником аналоговых приборов, но в современном цифровом мире их особенности не могут сравниться с возможностями современных цифровых запоминающих осциллографов. Кроме того, в аналоговых моделях может применяться устаревшая технология с весьма ограниченными возможностями. Также могут возникнуть проблемы с наличием запчастей.

Аналоговый осциллограф

Преимуществом аналогового осциллографа является отсутствие шумов, имеющих по свей сути цифровую природу, а именно отсутствует шум АЦП, который проявляется в виде ступенчатой осциллограммы на цифровых приборах. Если для вас очень важна точность в передаче формы исследуемого сигнала, тогда ваш выбор — аналоговый прибор.

Цифровой осциллограф

Преимущества цифрового осциллографа очевидны:

• Портативность и небольшой вес (хотя, по поводу веса вспомнил высказывание одного из своих университетских преподавателей: «Прибор весящий менее 50 килограммов, провод от которого вы случайно зацепите, точно упадет вам на ногу». Так что вес не для всех является преимуществом )
• Большая полоса пропускания
• Возможность измерения одиночного сигнала
• Дружественный интерфейс
• Возможно проведение измерений на экране
• Цветной дисплей
• Возможность хранения и печати данных
• Возможность цифровой обработки сигналов (в виде быстрого преобразования Фурье, сложения, вычитания, интегрирования и пр.)
• Возможность применения к сигналам цифровой фильтрации

Цифровые осциллографы также дают возможность для высокоскоростного сбора данных и могут быть интегрированы в системы автоматического тестирования (актуально для производств).

Также, зачастую цифровые приборы могут включать в одном корпусе дополнительные устройства:

• Цифровой (логический) анализатор (эти устройства позволяют плюс ко всему анализировать пакеты цифровых данных, например передаваемых через различные интерфейсы I2C, USB, CAN, SPI и прочие)
• Генератор функций (сигналов произвольной формы)
• Генератор цифровых последовательносетй

Если осциллограф выполнен в виде переносного устройства, то часто он совмещается с мультиметром, их еще называют скопметрами (иногда очень даже с неплохими характеристиками). Неоспоримыми преимуществами таких устройств являются независимость от питающей сети, компактность, мобильность и универсальность.

Осциллограф-мультиметр (скопметр)

 

USB-осциллографы

Осциллографы на базе ПК, или как их еще называют, USB-осциллографы, становятся все более популярными, поскольку они дешевле традиционных. Используя компьютер, они предлагают преимущества большого цветного дисплея, быстрого процессора, возможности сохранения данных на диск и работы на клавиатуре. Другим большим преимуществом является возможность быстрого экспорта данных в электронные таблицы.

Среди USB-приставок часто попадаются настоящие комбайны, совмещающие несколько устройств в одном корпусе: осциллограф, цифровой анализатор, генератор сигналов произвольной формы и генератор цифровых последовательносетй.

Ценой удобству и универсальности является худшие характеристики, нежели у их автономных собратьев.

Осциллограф-приставка

 

Важные характеристики осциллографов

Разберем на какие характиристики приборов следует обращать внимание при выборе осциллографа.

1. Полоса пропускания (bandwidth)

Выбирайте осциллограф, имеющий достаточную полосу пропускания, которая бы захватывала верхние частоты, содержащиеся в измеряемых вами сигналах.

Полоса пропускания  является, пожалуй, наиболее важной характеристикой осциллографа. Именно она определяет диапазон сигналов, которые вы планируете исследовать на экране своего осциллографа, и именно этот параметр, в значительной степени влияет на стоимость измерительного прибора.

АЧХ осциллографа

Для осциллографов с полосой пропускания 1ГГц и ниже, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) устройства представляет из себя, так называемую, гауссовскую АЧХ, которая является АЧХ однополюcного фильтра нижних частот. Этот фильтр пропускает все частоты ниже некоторой  (которая и является частотой пропускания осциллографа) и подавляет все частоты, присутствующие в сигнале, превышающие эту частоту среза.

Частота, на которой входной сигнал ослабляется на 3 дБ считается полосой пропускания осциллографа. Ослабление сигнала на 3 дБ означает примерно 30% амплитудной ошибки! Другими словами, если на входе осциллографа у вас 100 МГц синусоидальный сигнал, а полоса пропускания осциллографа также 100 МГц, то измеряемое напряжение размаха амплитуды величиной в 1В с помощью этого осциллографа составит около 700 мВ (-3 дБ = 20 lg(0.707 / 1.0). По мере того, как частота вашей синусоиды будет повышаться (при сохранении постоянной амплитуды), измеряемая амплитуда понижается. Таким образом, нельзя провести точные измерения сигналов, которые имеют верхние частоты вблизи частоты пропускания вашего осциллографа.

Так как же определить необходимую пропускную полосу прибора? Для измерений чисто аналоговых сигналов необходим осциллограф, который имеет заявленную полосу пропускания, по крайней мере, в три раза выше, чем самые высокие частоты синусоидальных волн, которые вам, возможно необходимо будет измерить. В 1/3 от величины полосы пропускания осциллографа, уровень ослабления сигнала минимален. Для того, чтобы измерить более точно, используйте следующее правило: ширина полосы пропускания, деленная на 3 — это примерно 5% ошибка, а деленная на 5 — 3% ошибка. Другими словами, если вы будете измерять частоты 100МГц, выбирайте осциллограф, по крайней мере, 300МГц, а лучше всего 500МГц. Но, к сожалению, это повлечет за собой увеличение цены...

А как насчет требуемой полосы пропускания для цифровых приложений, где в основном и используются современные осциллографы? Как правило, нужно выбирать осциллограф, который имеет пропускную способность, по крайней мере в пять раз больше, чем частота процессора/контроллера/шины в вашей системе. Например, если максимальная частота в собственных проектах составляет 100 МГц, то вы должны выбрать осциллограф с полосой пропускания 500 МГц и выше. Если осциллограф отвечает этому критерию, он сможет захватить до пятой гармоники с минимальным затуханием сигнала. Пятая гармоника сигнала имеет решающее значение в определении общей формы ваших цифровых сигналов. Рассмотрю пример: 10 мегагерцовый меандр состоит из суммы 10-ти мегагерцового синусоидального сигнала + 30-ти мегагерцового синусоидального сигнала + 50-ти мегагерцового синусоидального сигнала и т.д. В идеале нужно выбирать прибор, который имеет полосу пропускания не ниже частоты 9-ой гармоники. Так, что если основные сигналы с которыми вы работаете — это меандры, то лучше взять прибор с полосой пропускания не менее 10 кратной частоты ваших меандров. Для меандров 100МГц, выбирайте прибор 1ГГц, но, к сожалению это значительно увеличит его стоимость...

Если вы не будете иметь под рукой осциллограф с надлежащим значением полосы частот, то при исследовании сигналов прямоугольной формы, вы увидите на экране закруглённые углы вместо чётких и ясных краёв, характеризующих высокую скорость нарастания фронта импульса. Совершенно очевидно, что такое отображение сигналов, в целом негативно влияет на точность выполняемых измерений.

Искажения формы сигнала при недостаточной полосе пропускания (на входе — прямоугольный сигнал)

Меандры имеют достаточно крутые временные подъемы и спады. Есть простое правило, чтобы узнать необходимую полосу пропускания для вашего прибора, если эти подъемы и спады важны для вас. Для осциллографа с полосой пропускания ниже 2.5ГГц,  крутой подъем (спад) может измеряться как 0.35, деленное на ширину полосы частот. Так, осциллограф 100МГц может измерять подъем до 3.5нс. Для осциллографа от 2.5ГГц до 8ГГц, используйте 0.4, деленное на ширину полосы частот и для осциллографов выше 8ГГц, используйте 0.42, деленное на ширину полосы частот. Если ваш подъем является начальной точкой для вычислений, то используйте обратную схему: если вам нужно измерить подъем 100пс, вам необходим осциллограф с полосой пропускания 0.4/100пс = 4ГГц.

 2. Частота дискретизации (sample rate)

Выбирайте осциллограф, имеющий достаточную частоту дискретизации по каждому из каналов, для того чтобы обеспечить заявленную полосу пропускания устройства в реальном времени.

Также этот параметр иногда называют частотой выборки или частотой сэмплирования.

Тесно связанной с полосой пропускания осциллографа в режиме реального времени является его максимально допустимая частота дискретизации. «В реальном времени» означает, что осциллограф может захватывать и отображать единожды полученные (не повторяющиеся) сигналы, соизмеримые с полосой пропускания прибора.

Чтобы перейти к определению частоты дискретизации, необходимо вспомнить теорему Котельникова (на западе больше известна как теорема Найквиста-Шеннона или теорема отсчетов), которая гласит, что в случае,

если аналоговый сигнал имеет ограниченную ширину спектра, то он может быть без потерь однозначно восстановлен по своим отсчетам, взятым с частотой , где  — максимальная частота, которой ограничен спектр сигнала и его можно представить в виде ряда

   

где и интервал дискретизации удовлетворяет условию

Если же максимальная частота в сигнале превышает половину частоты дискретизации, то восстановить сигнал без искажений невозможно.

Ошибочным будет считать, что  — это и есть частота пропускания осциллографа При таком предположении, минимальная требуемая частота дискретизации для осциллографа для заданной полосы пропускания является лишь удвоенной полосой пропускания осциллографа в режиме реального времени.

Искажение частотные составляющие, когда полоса пропускания осциллографа равна половине его частоты дискретизации для случая гауссовой АЧХ

как показано на рисунке, это не то же самое, что , если, конечно, фильтр осциллографа не работает как кирпичная стена (не обрезает частоты выше резко до нулевой амплитуды).

Как я уже упоминал, осциллографы с полосой пропускания 1 ГГц и ниже, как правило, имеют гауссову частотную характеристику. Это означает, что, хотя осциллограф ослабляет амплитуду сигнала с частотами выше точки -3 дБ, он не полностью устраняет эти более высокие частотные составляющие. Искаженные частотные составляющие показаны красной штриховкой на рисунке. Поэтому  всегда выше, чем полоса пропускания осциллографа .

Рекомендуется выбирать максимальную частоту дискретизации осциллографа, по крайней мере, в четыре-пять раз выше, чем полоса пропускания оциллографа в режиме реального времени, как показано на рисунке ниже. С таким параметром, восстанавливающий фильтр осциллографа может точно воспроизводить форму высокоскоростных сигналов  с разрешением в диапазоне десятков пикосекунд.

Искаженные частотные составляющие когда полоса пропускания осциллографа определена как ¼ частоты дискретизации прибора

Многие широкополосные осциллографы имеют более резкий срез АЧХ, как на рисунке ниже. Это «максимально плоская» АЧХ. Поскольку осциллограф с максимально плоской АЧХ ослабляет частотные компоненты за пределами гораздо сильнее, и начинает приближаться к идеальной характеристике теоретического фильтра «кирпичная стена», не так много точек выборки требуется для хорошего представления входного сигнала при использовании цифровой фильтрации для восстановления формы сигнала. Для осциллографов с этим типом АЧХ теоретически можно указать полосу пропускания равную .

Искаженные частотные составляющие, когда полоса пропускания осциллографа задана в 1 / 2.5 от частоты его дискретизации для приборов с «максимально плоской» частотной характеристикой.

3.Глубина памяти (memory depth)

Выбирайте осциллограф, который имеет достаточную глубину памяти для получения самых сложных ваших сигналов с высоким разрешением

Тесно связаной с максимальной частотой дискретизации осциллографа является его максимально возможная глубина памяти. Даже при том, что рекламный буклет с техническими характеристиками осциллографа может заявлять высокую максимальную частоту дискретизации, это не означает, что осциллограф всегда сэмплирует с этой высокой скоростью. Осциллограф производит выборку сигнала на максимальной скорости, когда развертка установлена ​​на одном из быстрых временных диапазонов. Но когда развертка установлена ​​на медленный диапазон, для того, чтобы захватить больший временной интервал, растянув его на экране осциллографа, прибор автоматически уменьшает частоту дискретизации, основываясь на доступной глубине памяти.

Например, давайте предположим, что осциллограф имеет максимальную частоту дискретизации 1 Гигасэмпл/с и глубиной памяти в 10 тысяч точек. Если развертка осциллографа установлена в 10 нс/дел, то для того, чтобы захватить 100 нс сигнала на экране осциллографа (10 нс/дел х 10 секций = 100 нс промежуток времени), осциллографу, нужно всего 100 точек памяти на весь экран. На своей максимальной частоте дискретизации 1 Гигасэмпл/с: 100 нс промежуток времени х 1 Гигасэмпл/с = 100 точек. Нет проблем! Но если вы установите развертку осциллографа на 10 мкс/дел для захвата 100 мкс сигнала, осциллограф автоматически уменьшит свою частоту дискретизации до 100 Мегасэмплов/с (10 тысяч точек  / 100 мкс временной промежуток = 100 Мегасэмплов/с ). Для поддержания большой частоты дискретизации осциллографа на медленных диапазонах времени требуется, чтобы прибор имел дополнительную память. В определении требуемого количества памяти поможет довольно простое уравнение, основанное на самом длинном промежутке времени сложного сигнала, который вы должны захватить и максимальной частотой дискретизации, с которой вы хотите чтобы осциллограф произвел сэмплирование.

Память = Временной интервал x Частота дискретизации

Хотя, вы можете интуитивно думать, больше памяти — всегда лучше, однако, осциллографы с большой глубиной памяти, как правило, стоят дороже. Во-вторых, для обработки длинных сигналов, используя память, требуется дополнительное время. Обычно это означает, что скорость обновления осциллограмм будет снижена, иногда весьма значительно. По этой причине, большинство осциллографов на рынке сегодня имеют ручной выбор глубины памяти, и типичная установка глубины памяти по умолчанию, как правило, относительно небольшая (от 10 до 100 тысяч точек). Если вы хотите использовать глубокую память, то вы должны вручную включить ее и идти на компромисс со скоростью обновления осциллограмм. Это означает, что вы должны знать, когда нужно использовать глубокую память, а когда — нет.

Сегментация памяти

Некоторые осциллографы имеют специальный режим работы под названием «сегментация памяти». Сегментированная память может эффективно расширить время для сбора, путем деления доступной памяти на более мелкие сегменты, как показано на рисунке ниже. Осциллограф затем выборочно оцифровывает только важные части формы исследуемого сигнала с высокой частотой дискретизации и затем устанавливает временные метки, чтобы вы знали точное время между каждым возникновением события запуска. Это позволяет осциллографу захватить много последовательных однократных сигналов с очень коротким временем повторения, при этом не пропуская важную информацию. Этот режим работы особенно полезен при захвате вспышек сигнала. Примерами сигналов импульсного типа являются импульсный радар, вспышки лазера, а также пакетированные сигналы последовательной шины данных.

Специальный режим работы осциллографа с сегментацией памяти

4. Количество каналов

Выбирайте осциллограф, который имеет достаточное количество каналов для того, чтобы производить критичные по времени измерения, между коррелированными (связанными) между собой сигналами.

Число необходимых каналов в осциллографе будет зависеть от того, какое количество сигналов вам требуется одновременно наблюдать и сравнивать между собой. Сердцем большинства встраиваемых систем, на сегодняшний день, является микроконтроллер (MCU), как упрощенно показано на рисунке ниже. Многие микроконтроллерные системы, на самом деле, являются устройствами смешанных сигналов с несколькими аналоговыми, цифровыми сигналами и последовательными шинами ввода/вывода для взаимодействия в внешним миром, который, по своей природе, всегда аналоговый.

Типичная схема микроконтроллерной системы

Сегодняшние конструкции смешанных сигналов становятся все более сложными, поэтому может потребоваться больше каналов в осциллографе для их захвата и отображения. Двух и четырехканальные осциллографы являются сегодня востребованными. Увеличение числа каналов с 2 до 4 не приводит к двукратному увеличению цены прибора, но все же цена растет ощутимо. Два канала — оптимально, большее число каналов — зависит от ваших потребностей и финансовых возможностей. Более четырех аналоговых каналов встречается очень редко, но есть и другой интересный вариант — это осциллограф смешанных сигналов.

Осциллографы смешанных сигналов объединяют в себе все измерительные возможности осциллографов с некоторыми возможностями логических анализаторов и анализаторов протоколов последовательных шин.  Наиболее важной является способность этих приборов одновременно захватывать несколько аналоговых и логических сигналов с одновременным отображением формы этих сигналов. Представьте это, как наличие нескольких каналов с высоким разрешением по вертикали (обычно 8 бит) плюс несколько дополнительных каналов с очень низким разрешением по вертикали (1 бит).

На рисунке ниже приведен пример захвата сигнала входа цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) при помощи цифровых каналов осциллографа, одновременно с мониторингом выхода сигнала ЦАП при помощи одного аналогового канала. В этом примере, осциллограф смешанных сигналов настроен таким образом, что он запускается, если логическое состояние входа ЦАП примет самое низкое значение 0000 1010.

Осциллограф смешанных сигналов может захватывать и отображать множество аналоговых и цифровых сигналов одновременно, обеспечивая общую картину коррелированных процессов

5. Скорость обновления осциллограмм

Выбирайте осциллограф, который имеет достаточно высокую скорость обновления сигнала для того, чтобы захватить случайные и редкие события, для более быстрой отладки проектов

Скорость обновления осциллограмм может быть также важна, как и уже рассмотренные нами пропускная способность, частота дискретизации и глубина памяти,  хотя этот параметр часто упускается из виду при сравнении различных осциллографов перед покупкой. Даже при том, что скорость обновления сигнала осциллографа может казаться высокой при просмотре повторно захваченных сигналов на дисплее вашего осциллографа, эта «высокая скорость» является относительной. Например, обновление в несколько сотен сигналов в секунду, конечно достаточно быстро, но c точки зрения статистики, это может оказаться недостаточным, чтобы захватить случайное или редкое событие, которое может произойти только один раз на миллион захваченных сигналов.

При отладке новых проектов, скорость обновления осциллограмм может иметь решающее значение — особенно, когда вы пытаетесь найти и отлаживать редкие или прерывистые проблемы. Рост скорости обновления осциллограмм увеличивает вероятность захвата осциллографом «призрачных» событий.

Неотъемлемой характеристикой всех осциллографов является «мертвое время» (dead-time) или «слепое время» (blind time). Это время между каждым повторяющимся захватом сигнала осциллографом, в течение которого он обрабатывает ранее зарегистрированный сигнал. К сожалению, «мертвое время» осциллографа может иногда быть на несколько порядков больше, чем время захвата. В течение мертвого времени осциллографа, любая сигнальная активность, которая может произойти, будет пропущена, как показано на рисунке ниже. Обратите внимание на пару сигнальных выбросов, которые произошли во время простоя осциллографа, а не во время захвата (acquisition time).

Время захвата и «мертвое время» осциллографа

Из-за «мертвого времени», захват случайных и редких событий с помощью осциллографа становится азартной игрой — так же, как бросание игральных костей. Чем большее число раз вы бросите кости, тем выше вероятность получения определенной комбинации чисел. Точно так же, чем чаще обновляются сигналы осциллографа для заданного времени наблюдения, тем выше вероятность захвата и просмотра неуловимого события, о существовании которого вы даже можете по подозревать.

На рисунке ниже, показан выброс, который происходит примерно 5 раз в секунду. Некоторые осциллографы имеют максимальную скорость обновления сигнала более 1 миллиона осциллограмм в секунду, и такой осциллограф имеет 92% вероятность захвата этого выброса в течение 5 секунд. В этом примере, осциллограф захватил выброс несколько раз.

Регистрация выбросов в осциллографе со скоростью 1 миллион обновлений сигнала в секунду

Для осциллографов с обновлением 2-3 тысячи раз в секунду, вероятность захвата таких выбросов в течение 5 секунд составляет менее 1%.

6.Триггер

Выбирайте осциллограф, имеющий различные типы запуска, которые могут понадобиться, чтобы помочь выделить захват сигнала на самых сложных сигналах.

Если запуск развертки осциллографа никак не связан с исследуемым сигналом, то изображение на экране будет бежать или быть смазанным. В этом случае осциллограф отображает различные участки наблюдаемого сигнала на одном и том же месте. Для получения стабильного изображения все осциллографы содержат систему, называемую триггером. Триггер задерживает запуск развертки осциллографа до тех пор, пока не будут выполнены определенные условия.

Возможность триггерного запуска является одной из важнейших сторон осциллографа. Триггерный запуск позволяет синхронизировать захват осциллографом сигнала и отображать отдельные части сигнала. Вы можете представить триггерный запуск осциллографа как синхронизированное выполнение снимков.

Наиболее распространенным типом запуска осциллографа является срабатывание при пересечении определенного уровня. Например, запуск по фронту канала 1, когда сигнал пересекает определенный уровень напряжения (уровень запуска) в положительном направлении, как показано на рисунке ниже. Все осциллографы имеют такую возможность, и это, вероятно, наиболее часто используемый тип запуска. Но, по мере усложнения цифровых проектов, вам, возможно, потребуется дополнительно определять/фильтровать запуск осциллографа специфическими комбинациями входных сигналов для того, чтобы захватывать сигнал «в нуле», а также просматривать нужную часть сложного входного сигнала.

Запуск осциллографа по фронту цифрового импульса

Некоторые осциллографы имеют возможность запуска по импульсам, с конкретными временными характеристиками. Например, запускаться только тогда, когда импульс шириной менее 20 нс. Этот тип запуска (с уточненной шириной импульса) может быть очень полезен для запуска на непредвиденных сбоях.

Другой тип запуска, который применяется в большинстве современных осциллографов, это запуск по шаблону. Режим запуска по шаблону позволяет настроить триггер осциллографа на запуск по логической/булевой комбинации высоких уровней (единиц) и низких уровней (нулей) в двух или более входных каналах. Это может быть особенно полезным при использовании осциллографа смешанных сигналов, который может иметь до 20 аналоговых и цифровых каналов.

Более продвинутые осциллографы даже обеспечивают запуск, который синхронизируется сигналами, имеющими параметрические нарушения. Другими словами, осциллограф запускается, только если входной сигнал нарушает конкретное параметрическое состояние, такое как снижение амплитуды импульса («запуск коротышкой»), нарушение скорости края (времени нарастания/спада), или, возможно, нарушения времени длительности периода данных (триггер времени установки и удержания).

На рисунке ниже показан запуск осциллографа положительным импульсом с уменьшенной амплитудой, используя режим запуска «коротышкой». Если это импульс-коротышка происходит только один раз за миллион циклов импульсов цифрового потока, то захват этого сигнала, используя стандартный запуск по фронту, это все равно что поиск иголки в стоге сена. Также возможно производить запуск отрицательными «коротышками», а также импульсами-коротышками с определенной длительностью.

Запуск осциллографа импульсом-коротышкой

7. Работа с последовательными интерфейсами

Последовательные интерфейсы, такие как I2C, SPI, RS232/UART, CAN, USB и т.д., широко распространены во многих современных разработках, использующих цифровые и смешанные сигналы. Для проверки правильности передачи сообщения по шине, а также для аналоговых измерений сигнала требуется осциллограф. Многие специалисты для проверки последовательной шины при помощи осциллографа, используют методику, известную как «визуальный подсчет битов». Но этот ручной метод декодирования последовательной шины достаточно трудоемок и приводит к частым ошибкам.

Многие из современных цифровых осциллографов и осциллографов смешанных сигналов имеют дополнительные возможности по декодированию протокола последовательной шины и триггерного запуска. Если вы планируете плотно работать с последовательной шиной, то обратите внимание на осциллографы, которые могут декодировать и запускаться данными с последовательной шины, что может значительно сэкономить ваше время при отладке устройств.

8. Измерения и анализ сигналов

Одним из основных преимуществ современного цифрового запоминающего осциллографа, по сравнению с аналоговыми приборами, является возможность выполнять различные автоматические измерения и производить анализ оцифрованных сигналов. Практически все современные цифровые осциллографы имеют возможность ручных курсорных/маркерных измерений, а также минимальный набора автоматических измерений параметров импульса, таких как время нарастания, время спада, частоту, длительность импульса, и т.д.

В то время, как для измерений параметров импульса обычно выполняются временные или амплитудные измерения амплитуды для небольшой части сигнала, то чтобы обеспечить «ответ», например, времени нарастания или размаха напряжения, математические функции осциллографа выполняют математическую операцию по всей осциллограмме или пары сигналов для получения еще одного сигнала.

На рисунке ниже показан пример математической функции быстрого преобразования Фурье (БПФ), которое было применено к тактовому сигналу (желтая кривая). БПФ перевело сигнал в частотную область (серая кривая), которая изображает по вертикальной оси амплитуду в дБ в зависимости от частоты в Гц по горизонтальной оси. Другие математические операции, которые можно выполнять для оцифрованных сигналов - суммирование, разность, дифференцирование, интегрирование и т.д.

БПФ для сигнала цифрового таймера

Хотя математические функции над сигналом также можно выполнить в автономном режиме на ПК (например в MatLab), имея такую встроенную в осциллограф возможность можно не только упростить выполнение этих операций, но и понаблюдать за поведением сигнала в динамике.

9. Осциллографические пробники (измерительные щупы)

Качество измерений очень сильно зависит от того, что за пробник вы подключили к BNC-входу осциллографа. Когда вы подключаете любую измерительную систему к исследуемой схеме, измерительный прибор (и щуп) становится частью тестируемого устройства. Это означает, что можно «нагрузить» или изменить в некоторой степени поведение ваших сигналов. Хорошие щупы не должны нарушать входной сигнал и в идеале должны передать в осциллограф точный дубликат сигнала, который присутствовал в точке измерения.

Измерительный щуп осциллографа

Когда вы покупаете новый осциллограф, то он, как правило, поставляется со стандартным набором щупов с высоким входным сопротивлением — один пробник для каждого входного канала осциллографа. Эти типы пассивных щупов общего назначения являются наиболее распространенными и позволяют измерять широкий диапазон сигналов относительно земли. Но эти щупы имеют некоторые ограничения. На рисунке ниже показана эквивалентная схема типичного 10:1 пассивного щупа, подключенного к высокоомному входу осциллографа (вход осциллографа 1МОм).

Типичная модель пассивного пробника 1:10

Паразитные емкости присущи всем осциллографическим пробникам и входам. Они включают в себя емкость кабеля пробника Скабеля, а также входную емкость осциллографа Сприбора. «Паразитный» означает, что эти элементы в модели не специально созданы, а являются прискорбным фактом в мире электроники.  Величина паразитной емкости будет изменятся от осциллографа к осциллографу и от пробника к пробнику. Используемый в этой модели встроенный компенсационный конденсатор, предназначен для компенсации емкости в случае низкачастотного импульсного отклика.

Электрическая модель любого пробника (пассивного или активного) и осциллографа может быть упрощена до комбинации одного резистора и одного конденсатора, подключенных параллельно. На рисунке ниже показана типичная схема замещения осциллограф/пробник для 10: 1 пассивного щупа. Для низких частот или для постоянного тока, в нагрузке преобладает сопротивление 10МОм, которое, в большинстве случаев, не должно стать проблемой. Хотя 13.5 пФ не кажется большой емкостью, на высоких частотах нагрузка, полученная при помощи этой емкости, может быть значительной. Например, на частоте 500 МГц реактивное сопротивление конденсатора емкостью 13.5 пФ в этой модели составляет 23.6 Ом, которые уже являются значительной нагрузкой и может привести к искажению сигнала.

Упрощенная электрическая модель пробник-осциллограф

Для высокочастотных измерений необходимо использовать активные щупы. «Активный» означает, что пробник включает в себя усилитель, расположенный за наконечником щупа. Он позволяет существенно уменьшить емкостную нагрузку и увеличить полосу пропускания для пробника.  К недостаткам высокочастотных активных пробников можно отнести их динамический диапазон, а также их стоимость.

Есть и другие специальные измерительные задачи, о которых хотелось бы упомянуть. Если вам нужно произвести измерения на высокоскоростной дифференциальной последовательной шине, то вы должны рассмотреть возможность использования высокочастотного дифференциального активного пробника. Если вам нужно померить сигналы, имеющие очень высокое напряжение, вам понадобится специальный пробник, рассчитанный на высокое напряжение. Если вам нужно измерить ток, вы должны рассмотреть возможность использования датчика тока.

 

Если вы дочитали до этих строк, то, наверное уже поняли, что к выбору осциллографа нужно подходить достаточно серьезно, иначе это может привети к тому, что купленный дорогостоящий измерительный прибор не сможет помочь вам решать ваши задачи. Надеюсь, смог вам помочь в понимании процесса выбора осциллографа.

 

Еще по этой теме

Вы можете пропустить чтение записи и оставить комментарий. Размещение ссылок запрещено.

robotosha.ru

устройство, принцип работы, какой вариант выбрать

Осциллограф — инструмент, который имеется почти у каждого радиолюбителя. Но для начинающих он стоит слишком дорого.

Проблема высокой стоимости решается просто: есть много вариантов изготовления осциллографа.

Компьютер отлично подойдёт для такой переделки, причём его функциональность и внешний вид никак не пострадают.

Устройство и назначение

Принципиальная схема осциллографа сложна для понимания начинающего радиолюбителя, поэтому рассматривать её нужно не целиком, а предварительно разбив на отдельные блоки:

Каждый блок представляет собой отдельную микросхему, или плату.

Сигнал с исследуемого устройства поступает через вход Y на входной делитель, задающий чувствительность измерительного контура. После прохождения предварительного усилителя и линии задержки он попадает на конечный усилитель, который управляет вертикальным отклонением индикаторного луча. Чем выше уровень сигнала — тем больше отклоняется луч. Так устроен канал вертикального отклонения.

Второй канал — горизонтального отклонения, нужен для синхронизации луча с сигналом. Он позволяет удерживать луч в заданном настройками месте.

Без синхронизации луч уплывет за границы экрана.

Синхронизация бывает трёх видов: от внешнего источника, от сети и от исследуемого сигнала. Если сигнал имеет постоянную частоту, то синхронизацию лучше использовать от него. В качестве внешнего источника обычно выступает лабораторный генератор сигналов. Вместо него для этих целей подойдёт смартфон с установленным на него специальным приложением, которое модулирует импульсный сигнал и выводит его в гнездо для наушников.

Осциллографы применяются при ремонте, проектировании и настройке различных электронных устройств. Сюда входят диагностика систем автомобиля, устранение неисправностей в бытовой технике и многое другое.

Осциллограф измеряет:

• Уровень сигнала.
• Его форму.
• Скорость нарастания импульса.
• Амплитуду.

Также он позволяет развёртывать сигнал до тысячных долей секунды и просматривать его в мельчайших подробностях.

Большинство осциллографов имеют встроенный частотомер.

Осциллограф, подключаемый через USB

Есть множество вариантов изготовления самодельных USB осциллографов, но не все из них доступны новичкам. Самым простым вариантом будет его сборка из уже готовых комплектующих. Они продаются в радиомагазинах. Более дешёвым вариантом будет купить эти радиодетали в китайских интернет-магазинах, но нужно помнить о том, что купленные в Китае комплектующие могут прийти в неисправном состоянии, а деньги за них возвращают далеко не всегда. После сборки должна получиться небольшая приставка, подключаемая к ПК.

Этот вариант осциллографа имеет самую высокую точность. Если встает проблема, какой осциллограф выбрать для ремонта ноутбуков и другой сложной техники, лучше остановить свой выбор на нём.

Для изготовления понадобятся:

• Плата с разведёнными дорожками.
• Процессор CY7C68013A.
• Микросхема аналого-цифрового преобразователя AD9288−40BRSZ.
• Конденсаторы, резисторы, дроссели и транзисторы. Номиналы этих элементов указаны на принципиальной схеме.
• Паяльный фен для запайки SMD компонентов.
• Провод в лаковой изоляции сечением 0,1 мм².
• Тороидальный сердечник для намотки трансформатора.
• Кусок стеклотекстолита.
• Паяльник с заземлённым жалом.
• Припой.
• Флюс.
• Паяльная паста.
• Микросхема памяти EEPROM flash 24LC64.
• Корпус.
• USB разъём.
• Гнездо для подключения щупов.
• Реле ТХ-4,5 или другое, с управляющим напряжением не более 3,3 В.
• 2 операционных усилителя AD8065.
• DC-DC преобразователь.

Собирать нужно по этой схеме:

Обычно для изготовления печатных плат радиолюбители пользуются методом травления. Но сделать таким образом двухстороннюю печатную плату со сложной разводкой самостоятельно не получится, поэтому её нужно заранее заказать на заводе, выпускающем подобные платы.

Для этого нужно отослать на завод чертёж платы, по которому её изготовят. На одном и том же заводе делают разные по качеству платы. Оно зависит от выбранных при оформлении заказа опций.

Для того чтобы получить в итоге хорошую плату, нужно указать в заказе следующие условия:

• Толщина стеклотекстолита — не менее 1,5 мм.
• Толщина медной фольги — не менее 1 OZ.
• Сквозная металлизация отверстий.
• Лужение контактных площадок свинецсодержащим припоем.

После получения готовой платы и покупки всех радиодеталей можно приступать к сборке осциллографа.

Первым собирается DC-DC преобразователь, выдающий напряжения +5 и -5 вольт.

Его нужно собрать на отдельной плате и подключить к основной с помощью экранированного кабеля.

Припаивать микросхемы к основной плате нужно аккуратно, не перегревая их. Температура паяльника не должна быть выше трехсот градусов, иначе паяемые детали выйдут из строя.

После установки всех компонентов собирают устройство в подходящий по размеру корпус и подключают к компьютеру USB кабелем. Замыкают перемычку JP1.

Нужно установить и запустить на ПК программу Cypress Suite, перейти во вкладку EZ Console и кликните по LG EEPROM. В появившемся окне выбрать файл прошивки и нажать Enter. Дождаться появления надписи Done, говорящей об успешном завершении процесса. Если вместо неё появилась надпись Error, значит, на каком-то этапе произошла ошибка. Нужно перезапустить прошивальщик и попробовать снова.

После прошивки изготовленный своими руками цифровой осциллограф будет полностью готов к работе.

Вариант с автономным питанием

В домашних условиях радиолюбители обычно пользуются стационарными устройствами. Но иногда возникает ситуация, когда нужно отремонтировать что-то находящееся вдали от дома. В таком случае понадобится портативный осциллограф с автономным питанием.

Перед началом сборки приготовьте следующие комплектующие:

• Ненужные Bluetooth наушники или аудиомодуль.
• Планшет или смартфон на Android.
• Литий-ионный аккумулятор типоразмера 18650.
• Холдер для него.
• Контроллер заряда.
• Гнездо Jack 2,1 Х 5,5 мм.
• Разъем для подключения измерительных щупов.
• Сами щупы.
• Выключатель.
• Пластиковая коробочка из-под губки для обуви.
• Экранированный провод сечением 0,1 мм².
• Тактовая кнопка.
• Термоклей.

Нужно разобрать беспроводную гарнитуру и достать из неё плату управления. Отпаять от неё микрофон, кнопку включения и аккумулятор. Отложить плату в сторонку.

Вместо блютус-наушников можно использовать Bluetooth аудиомодуль.

Ножом соскрести с коробочки остатки губки и хорошо почистить её с использованием моющих средств. Подождать, пока она высохнет, и вырезать отверстия под кнопку, выключатель и разъёмы.

Припаять провода к гнёздам, холдеру, кнопке и выключателю. Установить их на свои места и закрепить термоклеем.

Провода нужно соединять так, как показано на схеме:

Расшифровка обозначений:

1. Холдер.
2. Выключатель.
3. Контакты «BAT +» и «BAT —».
4. Контроллер заряда.
5. Контакты «IN +» и «IN —».
6. Разъём Jack 2,1 Х 5,5 мм.
7. Контакты «OUT+» и «OUT —».
8. Контакты батареи.
9. Плата управления.
10. Контакты кнопки включения.
11. Тактовая кнопка.
12. Гнездо для щупов.
13. Контакты микрофона.

Далее припаять провода к контроллеру заряда и плате управления, затем поместить их внутрь корпуса и зафиксировать термоклеем. Закрыть коробочку крышкой и защёлкнуть её.

Затем скачать из плеймаркета приложение виртуального осциллографа и установить его на смартфон. Включить блютус модуль и синхронизировать его со смартфоном. Подключить щупы к осциллографу и открыть на телефоне его программную часть.

При касании щупами источника сигнала на экране Android-устройства появится кривая, показывающая уровень сигнала. Если она не появилась, значит, где-то была допущена ошибка.

Следует проверить правильность подключения и исправность внутренних компонентов. Если все в порядке, нужно попробовать запустить осциллограф снова.

Установка в корпус монитора

Этот вариант самодельного осциллографа легко устанавливается в корпус настольного ЖК монитора. Такое решение позволяет сэкономить немного места на вашем рабочем столе.

Для сборки понадобятся:

• Компьютерный ЖК монитор.
• DC-DC инвертор.
• Материнская плата от телефона или планшета с HDMI-выходом.
• USB разъём.
• Кусок HDMI кабеля.
• Провод сечением 0,1 мм².
• Тактовая кнопка.
• Резистор на 1 кОм.
• Двусторонний скотч.

Встроить своими руками в монитор осциллограф сможет каждый радиолюбитель. Для начала нужно снять с монитора заднюю крышку и найти место для установки материнской платы. После того как определились с местом, рядом с ним нужно вырезать в корпусе отверстия для кнопки и USB разъёма.

Далее выпаять HDMI разъёмы, установленные на плате и в мониторе. Припаять один конец кабеля к контактам на плате монитора. Делать это нужно согласно распиновке:

Второй конец кабеля нужно припаять к плате от планшета. Перед припаиванием каждой жилки прозванивать её мультиметром. Это поможет не перепутать порядок их подключения.

Далее нужно найти на плате монитора точки с постоянным напряжением в 5, 9, 12, 19 или 24 вольта. И припаять к ним провода.

Следующим шагом нужно выпаять с платы планшета кнопку включения и micro USB разъём. К тактовой кнопке и USB гнезду припаять провода и закрепить их в вырезанных отверстиях.

Затем соединить все провода так, как это показано на рисунке, и припаять их:

Поставить перемычку между контактами GND и ID в микро ЮСБ разъёме. Это нужно для перевода USB порта в режим OTG.

Далее необходимо впаять между минусовым и средним контактом батареи резистор. Без этой процедуры материнка не запустится без аккумулятора, а он в мониторе ни к чему.

Нужно приклеить инвертор и материнку от планшета на двусторонний скотч, после чего защёлкнуть крышку монитора.

Подключить к USB порту мышку и нажать кнопку включения. Пока устройство загружается, включить Bluetooth передатчик. Затем нужно синхронизировать его с приёмником. Можно открыть приложение осциллографа и убедиться в работоспособности собранного устройства.

Вместо монитора отлично подойдёт и старый ЖК телевизор, в котором нет Смарт ТВ. Начинка от планшета по своим возможностям превосходит многие Smart TV системы. Не стоит ограничивать её применение одним лишь осциллографом.

Изготовление из аудиокарты

Осциллограф, собранный из внешнего аудиоадаптера, обойдётся всего в 1,5-2 доллара и займёт минимум времени на своё изготовление. По размеру он получится не больше обычной флешки, а по функционалу не уступит своему большому собрату.

Необходимые детали:

• USB аудиоадаптер.
• Резистор на 120 кОм.
• Штекер mini Jack 3,5 мм.
• Измерительные щупы.

Нужно разобрать аудиоадаптер, для этого стоит поддеть и расщёлкнуть половинки корпуса.

Выпаять конденсатор C6 и припаять на его место резистор. Затем установить плату обратно в корпус и собрать его.

Следует отрезать от щупов стандартный штекер и припаять на его место мини-джек. Подключить щупы ко звуковому входу аудиоадаптера.

Затем нужно скачать соответствующий архив и распаковать его. Вставить карту в USB разъём.

Осталось самое простое: зайти в Диспетчер устройств и во вкладке «Аудио, игровые и видеоустройства» найти подключённый USB аудиоадаптер. Щёлкнуть по нему правой кнопкой мыши и выбрать пункт «Обновить драйвер».

Что делать дальше, показано на картинках:

Нужно указать путь к папке device из распакованного архива и нажать Enter:

После нажатия на «Далее» произойдёт установка драйверов из указанной папки. Если пропустить этот этап и оставить стандартные драйвера, осциллограф не заработает.

Затем переместить файлы miniscope.exe, miniscope.ini и miniscope.log из архива в отдельную папку. Запустить «miniscope.exe».

Перед использованием программу нужно настроить. Необходимые настройки показаны на скриншотах:

Если коснуться щупами источника сигнала, в окне осциллографа должна появиться кривая:

Таким образом, чтобы превратить аудиоадаптер в осциллограф, нужно приложить минимум усилий. Но стоит помнить, что погрешность такого осциллографа составляет 1-3%, чего явно недостаточно для работы со сложной электроникой. Он отлично подойдёт для начинающего радиолюбителя, а мастерам и инженерам стоит присмотреться к другим, более точным осциллографам.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

elektro.guru

Мечта радиолюбителя - цифровой осциллограф UNI-T UTD2102CM

Учёл замечания и обновил обзор. Привет, как вы уже догадались речь пойдёт о приборе без которого мрачна и неказиста жизнь радиоинженера. Для нетерпеливых скажу сразу вердикт, он ПРЕКРАСЕН!

Прибор был отправлен службой 139 express и в их системе трек номер не показывал своевременно инфу о местонахождении посылки. Но это хорошо, потому что… Было очень приятно когда мне позвонили из представительства службы доставки и сказали что мне привезут посылку домой, а по треку она была в Китае ) Люблю приятные неожиданности. В целом, доставка с момента оплаты, до момента получения в руки, заняла 18 дней. Продавец оказался невероятно отзывчивым и вёл беседу довольно активно.

Для чего нужена эта белая штуковина? С ответом на поможет Википедия! Осцилло́граф (лат. oscillo — качаюсь + греч. γραφω — пишу) — прибор, предназначенный для исследования (наблюдения, записи; измерения) амплитудных и временны́х параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход. Так что тем, кто не занимается электроникой или электрикой, он и даром не нужен, место только занимать будет.

Прибор был упакован в две коробки, одна родная, вторая посылочная. Продавец указал в инвойсе заниженную стоимость и подписал что товар БУ, так как такой товар не облагается таможенным сбором.

Доставая прибор из двух коробок мы видим защиту (в виде пенополиэтиленовых держателей) от вандалов и плёночку на дисплее защищающую экран от царапин.

Реальные масса и габариты прибора

Комплектация прибора вполне стандартная: 2 щупа, отвёртка (для регулировки щупов) и упаковка мануалов, дисков и прочего. Забегая вперёд скажу, что с диска я ничего не смог запустить, но всё что на нём есть, присутствует в сети в открытом виде. Щупы имеют съёмный колпачок (крючок) под которым скрывается очень удобная иголочка для точного установления в место для анализа сигнала на плате.

А теперь самое интересное...

Особенности осциллографа

Полоса пропускания: 100 МГц. Количество каналов: 2. Частота дискретизации: 1 Гвыб/с в реальном времени. Память: 16 М. 25 режимов автоматических измерений. 7-дюймовый цветной TFT ЖК дисплей с разрешением 800×480. Вертикальная чувствительность: 2 мВ/дел – 10 В/дел. Различные режимы синхронизации: Edge, Pulse, Video, Slope. Математические функции: сложение, вычитание, умножение, деление, быстрое преобразование Фурье. Стандартный интерфейс: USB Host / USB Device для поддержки USB-флэш-памяти и USB-принтера. Опциональный интерфейс: LAN. Компактный дизайн, малые габариты, малый вес.

Включается осциллограф за 5 секунд — это довольно быстро. В прошивку встроен русский язык. Приятно для глаз и отображение сигнала, по моему субъективному мнению лучше чем у Rigol. Для корректного отображения сигнала присутствует кнопка AUTO, которая при нажатии позволяет автоматически настроить коэффициент отклонения и коэффициент развёртки в соответствии с амплитудой и частотой измеряемого сигнала, а также обеспечивает стабильное отображение осциллограммы. Невероятно приятным для меня оказалось наличие толкового HELP прямо в осциллографе. После нажатия соответствующей кнопки, все последующие нажатия на другие кнопки будут сопровождаться объяснениями. Русификация отличная, всё понятно. Нет признаков перевода китайскими друзьями Метод научного тыка позволяет быстро освоить возможности осциллографа. Очень понравилась функция просмотра всех характеристик сигнала. В осциллографе есть функции математики. Наблюдаем за кварцем

Переходная характеристика

Видео обзор на английском языке со всеми подробностями

Плюсы: -Быстрое включение. -Глубина памяти 16 М. -Множество функций -Большой дисплей

Минусы: -С диска ничего не устанавливается (помогает поиск в сети)

Вывод: Дочитавший до конца может понять что осциллограф имеет неплохие характеристики. И будет полезен как начинающему радиолюбителю так и профессионалу. К покупке рекомендую.

P.S С продавцом можно поторговаться, делает неплохие уступки.

P.P.S. На счёт безграмотности. Обзор закончил ночью и не перечитал его, а сразу отправил на суд по неопытности. Это всё таки мой первый обзор ) Генератора у меня пока нет, поэтому точных замеров не могу предоставить.

mysku.ru

Цифровой осциллограф:10 шагов при выборе

Техника измерений

Главная  Статьи, аналитика  Техника измерений

Оглавление

В связи с появлением на рынке цифровых осциллографов различных производителей, выбор даже такого известного каждому инженеру прибора становится непростой задачей. При этом простое сравнение характиристик и возможностей осциллографов различных производителей может не дать ответа на вопрос, какой прибор лучше подойдет для решения ваших конкретных задач.

Процедура, описанная ниже, предназначена помочь вам как потенциальному покупателю сделать "правильный" выбор, избежав многих характерных ошибок. Следование данному алгоритму поможет вам оценить каждый прибор объективно.

При выборе осциллографа первый вопрос, который вас, возможно, интересует - это стоимость прибора. Стоимость цифровых осциллографов зависит от многих параметров, таких как, например, полоса пропускания, частота дискретизации, число каналов, объем памяти и т.д. Если при выборе прибора, вы будете ориентироваться только на его цену, то вы возможно не будете удовлетворены его остальными параметрами. Наоборот, подумайте о ценности прибора, исходя из его

Шаг 1. Какой выбрать: аналоговый или цифровой?

Цифровые и аналоговые осциллографы имеют свои достоинства и недостатки. Постоянное совершенствование цифровых технологий позволило создать цифровые приборы более мощными и производительными по сравнению со своими аналоговыми собратьями. Кроме этого, разница в стоимости постоянно сокращается и цифровые осциллографы становятся все более и более доступными по цене.

Ниже перечислены достоинства и недостатки цифровых и аналоговых осциллографов.

Достоинства аналоговых осциллографов

• знакомый интерфейс
• мгновенное обновление экрана при отображении быстро- изменяющихся сигналов во времени
• прямые, понятные средства управления для часто используемых настроек (коэффициент чувствительности, коэффициент развертки, смещение сигнала, уровень запуска и т.д.)
• Шнизкая стоимость

Недостатки аналоговых осциллографов

• низкая точность
• мерцаниие и/или тусклость экрана в зависимости от частоты сигнала и коэффициента развертки
• нет возможности отображения сигнала до запускающего момента
• ограниченная полоса пропускания
• высокая эксплуатационная стоимость
• ограниченные средства измерения параметров сигналов.

Достоинства цифровых осциллографов

• возможность "замораживания" изображения на произвольное время
• высокая точность измерений
• широкая полоса пропускания
• яркий, хорошо сфокусированный экран на любой скорости развертки
• возможность отображения сигнала до запускающего момента (в "отрицательном" времени)
• возможность обнаружения импульсных помех
• автоматические средства измерения параметров сигналов
• возможность подключения к компьютеру, принтеру или плоттеру
• возможности математической и статистической обработки сигнала
• средства самодиагностики и самокалибровки

10 шагов при выборе "правильного" цифрового осциллографа

Рис. 1 10 шагов при выборе "правильного" цифрового осциллографа

Недостатки цифровых осциллографов

• более высокая стоимость
• более сложные в управлении

Если, взвесив все достоинства и недостатки аналоговых и цифровых приборов, вы решите, что только цифровые осциллографы имеют все необходимое для выполнения поставленной задачи, следуйте далее.

Шаг 2. Определите необходимую полосу пропускания

Приборы, которые измеряют переменные сигналы, имеют некоторую максимальную частоту, выше которой точность измерения начинает ухудшаться. Эта частота определяет полосу пропускания прибора и обычно определяется, как частота, на которой амплитуда сигнала уменьшается на ЗдБ. Необходимая вам полоса пропускания определяется тем, какие сигналы вы собираетесь измерять и с какой точностью вы хотите получать результаты.

Для каждого цифрового осциллографа характерны две принципиально разные полосы пропускания: полоса для повторяющихся сигналов (или аналоговая), и полоса для однократных сигналов. Многие цифровые осциллографы имеют полосу пропускания для повторяющихся сигналов гораздо более высокую, чем, казалось бы, может обеспечить их частота дискретизации. Однако, если сигнал повторяется, то осциллографу не обязательно оцифровывать весь сигнал за один запуск. Осциллограф может воспроизвести такой сигнал за несколько запусков, каждый раззахватывая и отображая на экране только часть сигнала. (Этот процесс протекает обычно настолько быстро, что его очень трудно заметить). Таким образом, полоса пропускания повторяющихся сигналов не зависит от частоты дискретизации. Эта характеристика аналоговых усилителей цифрового осциллографа. Полоса пропускания для однократных сигналов применима только для непериодических (или однократных) сигналов, которые захватываются и оцифровываются осциллографом за один такт. В этом случае полоса для однократных сигналов зависит от частоты дискретизации данного осциллографа. Соотношение между частотой дискретизации и полосой пропускания для однократных сигналов может изменяться. Если осциллограф имеет встроенные средства интерполяции, тогда это соотношение равно 4:1. В противном случае, чаще всего используется соотношение 10:1.

См. шаг 4 для дополнительной информации по частоте дискретизации.

Многие сигналы содержат частотные составляющие, которые по частоте во много раз превышают основную частотную составляющую исследуемого сигнала. Например, прямоугольный сигнал содержит частотные составляющие, которые, по крайней мере, в десять раз больше по частоте по сравнению с основной частотной компонентой. Осциллографы с большей полосой пропускания предоставят более детальную информацию об этих высокочастотных составляющих.

Копии экранов, изображенные в этом столбце, показывают один и тот же 50МГц прямоугольный сигнал, отображенный на четырех цифровых осциллографах с различной полосой пропускания.

Осциллограф с полосой пропускания 500МГц дает наиболее полную информацию о сигнале и имеет наилучшее воспроизведение фронтов сигнала. Осциллограф с полосой 150МГц воспроизводит сигнал со срезанными высокочастотными составляющими. Фронты сигналов кажутся более длинными, чем они есть на самом деле. Осциллограф с полосой 100МГц еще сильнее замедляет фронты. Кроме этого, заметьте уменьшение амплитуды. Когда сигнал отображается осциллографом с полосой меньшей, чем основная частотная составляющая прямоугольной волны, результирующий сигнал становится еще более искаженным.

Как правило, полоса пропускания осциллографа должна быть по крайней мере в три раза больше по частоте по сравнению с основной частотной исследуемого сигнала.

Даже еще большая полоса требуется для осциллографа для получения более высокой точности результатов. Чтобы провести точные измерения амплитуды, полоса пропускания осциллографа должна быть в десять раз больше, чем частота измеряемого сигнала.

Обычно справедливо следующее соотношение между длительностью фронта и частотной полосой сигнала:

Тг = 0.35 / ЗдБ-полоса (в Гц)

Для измерений временных параметров справедливо следующее правило: чем больше соотношение длительности фронта сигнала и фронта осциллографа, тем меньше ошибка измерения. См. таблицу ниже.

Соотношение Тг сигнала к Тг осциллографа Вычисленная ошибка

1:1	41.4%
3:1	5.4%
5;1	2.0%
10:1	0.5%

Короче говоря, чем больше полоса пропускания вашего осциллографа (тем короче фронт), тем более точными будут результаты измерений.

Некоторые полезные замечания:

• На точность результатов измерений также влияют параметры пробников
• спецификациях на некоторые осциллографы указываются наилучшие значения полосы пропускания для определенных диапазонов чувствительности
• Полоса пропускания цифровых осциллографов имеют полосу до 50ГГц.

Шаг 3. Определите необходимое количество каналов

Количество необходимых каналов зависит от исследуемого изделия. Двухканальные осциллографы наиболее популярные модели. Однако, многие инженеры также считают четырехканальные осциллографы полезными для решения широкого круга задач.

Некоторые замечания:

• Требуется ли Вам захватывать сигналы по нескольким каналам одновременно? Если да, выбирайте осциллограф с одновременным запуском или раздельными АЦП для каждого канала. Если исследуемые сигналы повторяются, одновременный сбор данных по каналам не требуется.
• Некоторые осциллографы, обозначенные в спецификации "2+2", имеют 2 основных канала и 2 дополнительных канала с ограниченной чувствительностью. В таком осциллографе имеется только 2 АЦП. Дополнительные каналы могут использоваться, например, для анализа цифровых сигналов.
• На двухканальных осциллографах отдельный канал внешнего запуска бывает полезен, потому что в этом случае не требуется использовать основной канал для внешней синхронизации.
• Если вы выполняете измерения временных параметров на цифровых каналах и обнаруживаете, что 4 канала недоставточно, то подумайте о приобретении логического анализатора. Хотя логические анализаторы проигрывают в разрешении по напряжению, они имеют большое число каналов и дополнительные возможности по запуску прибора и обработки информации.

Шаг 4. Определите необходимую частоту дискретизации

Для задач, связанных с измерением однократных или переходных процессов, частота дискретизации имеет первостепенное значение. Параметр "частота дискретизации" обозначает скорость, с которой осциллограф может оцифровывать входной сигнал. Более высокая частота дискретизации переводится в более широкую полосу пропускания для однократных сигналов и дает лучшее разрешение.

Большинство осциллографов соотношение дискретизации производителей используют между частотой и полосой для однократных сигналов на уровне 4:1 (если есть средства интерполяции) или 10:1 (без средств встроенной интерполяции) для предотвращения искажений сигнала или появления ложных сигналов.

Некоторые осциллографы имеют возможность настраивать частоту дискретизации и количество информации, отображаемой на экране осциллографа, независимо. Это позволяет поддерживать требуемое разрешение сигнала на экране.

Некоторые замечания:

• Указанная в спецификации частота дискретизации может относиться к характеристикам только одного канала. Некоторые осциллографы уменьшают частоту дискретизации, когда задействуются несколько каналов одновременно. Это увеличивает вероятность появления искаженных сигналов, если учитывать зависимость между частотой дискретизации и полосой пропускания для однократных сигналов.
• Поскольку память осциллографа ограничена по объему, большинство осциллографов работают на максимальной частоте дискретизации только на самых быстрых скоростях развертки. На медленных скоростях развертки частота дискретизации автоматически уменьшается.
• Когда исследуются однократные сигналы, объем памяти осциллографа имеет равнозначную значимость по сравнению с частотой дискретизации. Если требуется исследовать длительную последовательность импульсов, то потребуется осциллограф с большим объемом памяти, чтобы зафиксировать весь сигнал с необходимым разрешением.
• Частота дискретизации не связана с частотой обновления экрана

Шаг 5. Определите необходимый объем памяти

Требуемый объем памяти зависит от общей длительности сигнала, которого необходимо исследовать, и желаемого разрешения. Если необходимо исследовать продолжительные по времени сигналы с высоким разрешением, то потребуется память большего объема. Это позволит поддержать более высокую частоту дискретизации на медленных коэффициентах развертки, уменьшая, тем самым, вероятность искажения сигнала и получая больше информации об исследуемом сигнале.

Подсчитать требуемый объем памяти можно исходя из следующего соотношения:

Объем памяти = промежуток времени (с) / разрешение (с)

Недостаток осциллографа с большим объемом памяти заключается в том, что большой объем памяти может сильно замедлить реакцию такого осциллографа на действия оператора или изменение входного сигнала. Это, в свою очередь, сделает такой осциллограф очень неудобным в эксплуатации и непрактичным для решения многих задач.

Шаг 6. Определите требуемые возможности по запуску прибора

Для большинства пользователей осциллографов общего назначения запуск по фронту (перепаду) бывает достаточным. Однако для решения более сложных задач могут потребоваться дополнительные возможности по запуску. Для применений, связанных с цифровыми устройствами, может потребоваться возможность запуска по комбинации логических состояний по всем каналам осциллографа. Кроме этого, запуск по логическому состоянию позволяет синхронизировать комбинацию логических состояний с фронтом тактового сигнала. Запуск по импульсной помехе позволит запустить прибор по нарастающему или спадающему фронту импульсной помехи с длительностью меньшей, равной или большей определенной величины. Такая возможность позволяет решить две важные проблемы, возникающих при разработке, отладке или наладке аналого-цифровых или цифровых устройств - во первых, вы сможете увидеть, когда происходят импульсные помехи, а во-вторых, понять почему возникают импульсные помехи и что является их источником, анализируя сигналы до момента запуска осциллографа. Если требуются более расширенный диапазон возможностей по запуску, вам необходимо будет уже использовать логический анализатор.

Возможность запуска по телевизионному или видео-сигналу позволяет настроить прибор на определенный кадр или строку такого сигнала. На некоторых осциллографах этот вид запуска не является стандартной возможностью, а заказывается отдельно.

Шаг 7. Определите требуемые возможности по обнаружению импульсных помех

Ниже указаны три важнейших фактора, влияющих на способность осциллографа обнаруживать импульсные помехи.

Частота отображения сигналов на экране:

Цифровые осциллографы сначала должны оцифровать входной сигнал, затем его обработать и, наконец, воспроизвести на экране. Частота отображения сигналов на экране определяется как частота выполнения этих трех операций. Осциллограф с высокой частотой обновления экрана имеет больше шансов обнаружить редкие по природе импульсные помехи. Осциллографы с многопроцессорной архитектурой могут иметь частоту обновления экрана, превышающую в несколько раз частоту обновления экрана традиционных однопроцессорных осциллографов. Это делает такие осциллографы еще более пригодными для обнаружения импульсных сигналов. Многопроцессорная архитектура позволяет достичь пропускную способность экрана и скорость ответной реакции осциллографа сравнимые с возможностями аналоговых осциллографов.

Возможности определения амплитуды: Большинство цифровых осциллографов могут уменьшать частоту дискретизации на медленных коэффициентах развертки путем простого игнорирования промежуточных выборок. Это приводит к тому, что короткие импульсы или помехи, которые видны на быстрых скоростях развертки, могут исчезать, когда уменьшается скорость развертки. Специальный режим, называемый "режим обнаружения пиковой амплитуды" или "режим обнаружения помех", позволяет поддерживать частоту дискретизации на максимальном уровне на всех скоростях развертки. В этом случае в память записываются минимальные и максимальные значения выборок сигнала. Минимальный импульс, который может быть обнаружен, является функцией частоты дискретизации осциллографа.

Возможности запуска по импульсной помехе: Осциллографы с возможностями запуска по импульсной помехе позволяют пользователю изолировать труднообнаруживаемые импульсные помехи и производить запуск осциллографа по этим помехам. Это дополнительная возможность поможет найти причину ненормальной работы исследуемой схемы.

См. Шаг 6 для дополнительной информации по возможностям запуска.

Шаг 8. Определите требуемые возможности анализа сигналов

Функции автоматических измерений и встроенные средства анализа сигналов могут значительно съэкономить ваше время и сделать работу более легкой.

Цифровые осциллографы часто предоставляют целый набор функциональных возможностей, которые невозможны на аналоговых осциллографах.

Математические функции включают добавление, вычитание, умножение, деление, интеграцию и дифференцирование. Статистика измерений (минимальное, максимальное и среднее) может вам дать представление о точности измерений, а также имеет важное значение, когда исследуются временные параметры зашумленных сигналов. Некоторые цифровые осциллографы предоставляют возможность анализа сигналов в частотной области с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ). Осциллографы со всеми этими возможностями могут также стоить гораздо больше, поэтому потенциальный покупатель должен определить, стоит ли тратить дополнительные средства на эти возможности. Пусть решаемый круг задач подскажет правильное решение при выборе осциллографа.

Шаг 9. Определите требуемые возможности по документации результатов измерений

Большинство цифровых осциллографов могут взаимодействовать с персональным компьютером, принтером или плоттером через GP-IB интерфейс, RS-232 или Centronics. Вам необходимо определить, какой интерфейс доступен и какие принтеры совместимы. Необходимо помнить, что распечатки с лазерного или струйного принтера гораздо лучше по качеству по сравнению с традиционными матричными принтерами.

Вам также необходимо обратить внимание на цифровые осциллографы с дисководом гибких дисков или программным обеспечением, которое позволит быстро перенести изображение сигналов и данные сигналов в компьютер для дальнейшей обработки, не требуя специального программирования. Эти возможности позволят съэкономить время, когда, например, требуется вставить изображение с экрана осциллографа в отчет или скопировать данные сигналов в электронную таблицу.

Шаг 10. Попробуйте приборы, которые подходят для решения задач

Пройдя через 9 предыдущих шагов, возможно, ваше поле выбора значительно сузилось до ограниченного количества моделей, каждая из которых удовлетворяет вашим требованиям. Теперь вам необходимо испытать эти модели и провести сравнение этих моделей между собой.

На что следует обращать внимание во время испытаний приборов?

Простота использования: Во время испытаний оцените простоту использования каждой модели. Есть ли на передней панели специальные ручки для наиболее частых настроек, например, чувствительности, скорости развертки, положения сигнала или уровня запуска? Сколько кнопок требуется нажать, чтобы перейти от одной функции к другой? Возможно ли интуитивно управлять прибором в то время, когда основное внимание уделяется исследуемой схеме?

Скорость реакции экрана Выбирая осциллограф, пользователь должен обратить внимание на скорость реакции осциллографа. Это важный фактор в тех случаях, когда осциллограф используется для поиска неисправностей схемы. Насколько быстро сменяется изображение на экране осциллографа, когда меняются такие установки, как чувствительность, коэффициент развертки или положение сигнала? Попробуйте включить некоторые функциональные возможности и оценить скорость реакции прибора. Сильно ли замедлена при этом рабта осциллографа?

Обдумав все эти вопросы и оценив все модели, вы уже можете решить, какая модель наиболее полно удовлетворяет вашим потребностям. Однако, если остается некоторая неуверенность, необходимо обсудить вопрос выбора с другими инженерами или обратиться в представительство компании производителя определенной модели, где на ваши вопросы ответят профессионалы.

Дата публикации: 06.12.2006

Оглавление

Рекомендуем к данному материалу ...

Мнения читателей

• Колян / 06.04.2017 - 02:14Никогда не покупайте цифровые осциллографы!Это полное дерьмо!...Годятся они толькодля синусоиды и то...Нормальных цифровых осциллографов на рынке не в открытом досупе да и цена на них свыше 100000 долларов.
• серж / 24.01.2016 - 12:56Вся цифра это полная фигня и развод на деньги!АНАЛОГОВЫЕ РУЛЯТ!!!
• Сергей / 02.05.2015 - 13:08Присоединяюсь к Илье. Лично я не видел чтобы цифровой осцил не шумел и адекватно отражал шумы схемы. Несколько раз пытался купить, но в продвинутом магазине мне не показали ни одного экземпляра, ацп которого не шумел бы. А при ремонте и отладке главное требование к осцилу - достоверность отображаемой информации. Пока все плюшки цифры лично для меня не перекрывают их недостатков.
• Владимир / 22.01.2014 - 13:10Очень полезная и нужная статья для начинающих радиолюбителей, мечтающих о своей измирительной аппаратуре. Спасибо!
• Илья / 05.12.2012 - 06:36Вы сравниваете дорогой цифровой осциллограф со всеми аналоговыми... АЦП всех дешевых цифр. осц. шумят, плюс наводки и например адекватные шумы по питанию если нет 400-800т.р. на цифр. осц. вы не увидете, можно смотреть только на аналоговом.
• Игорек / 17.11.2012 - 12:21Тащишь чувак!
• profisop / 25.09.2012 - 14:48Спасибо, очень хорошая статья.Обязательно воспользуюсь ей.
• Игорь / 14.05.2012 - 14:16Толково! Спасибо!
• delll / 14.10.2011 - 19:31МолодЕц!Ствтья оч. хор.
• Валерий / 30.08.2011 - 20:49Рад, что нашел и прочитал нормальную статью, написанную правильным классическим техническим языком. Потому что на других сайтах сплошь некомпетентный сленг. Я как раз собираю информацию о современных цифровых осциллографах, чтобы какой- то выбрать для покупки . С8-17 которым пользовался 20 лет в принципе меня устраивал. Но его вес для моего возраста великоват . А носить с собой на разные заводы приходится.Нигде в описаниях и в советах не нашел ответ на вопрос: могу ли я цифровым осциллографом измерить переменные напряжения частотой до 10кгц и амплитудой вольт 800-1000. (силовой процесс на тиристорах в тиристорных преобразователях частоты) В аналоговых это делал с помощью делителя (регулируемого от 110 и более)Подойдет ли наш обычный делитель 100ком для цифрового. Или будут искажения сигнала. Или вообще цифровой как-нибудь по-другому прореагирует. Как он вообще реагирует , если амплитуда выше,чем размах экрана?Могу ли я на моделях самых бюджетных(sds1022c ads1022c и подобных)увидеть при однократном запуске развертки одновременно на двух лучах два разных однократных сигнала(Во время пуска ТПЧ надо отслеживать однократные сигналы) Подскажите,кто с этой проблемой знаком.
• Юрий / 08.07.2011 - 05:31Спасибо за помощь
• игорь / 20.04.2011 - 02:42Спасибо, полезная статья.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:

www.radioradar.net

Цифровой осциллограф для начинающих. Ч1

Что такое осциллограф и для каких целей он нужен, ты можешь узнать из предудщих статей: Как пользоваться осциллографом и для чего он вообще нужен. Часть I и Как пользоваться осциллографом и для чего он вообще нужен. Часть II

Если же тебе их читать лень, то скажу, что главная задача этого прибора в том, чтобы отобразить на экране изменение электрического сигнала с течением времени. Для этого на экране осциллографа размечена координатная система. Обычная декартова система, на которой имеются ось X и ось Y. По оси X отмечается время, а по оси Y — напряжение.

Всякие управляющие ручки и кнопочки, которые расположены вокруг экрана прибора предназначены для того, чтобы можно было настраивать отображение сигнала: масштаб по Х, масштаб по Y, триггеры и курсоры. Таким образом можно как бы отдалить или приблизить сигнал, чтобы рассмотреть его по лучше.

Хочу также заметить, что современный осциллограф отличается от своих предшественников тем, что представляет собой компьютер, который собирает, преобразует, анализирует и манипулирует измеренными значениями сигнала, поданного на вход. Это современный вычислительный комплекс.

Осциллограф очень полезен при:

• Измерении частоты и амплитуды сигнала, что может сильно помочь при отладке создаваемой тобой схемы.
• Определении уровня шума в цепи
• Визуальном контроле формы сигнала
• Определение сдвига фаз между двумя сигналами
• ...и другие способы применения. Например, анализ работы датчиков автомобиля.

Осциллографы применяются при создании, наладке, ремонте различных электронных приборов:от сотовых телефонов, до эл. цепей автомобильных двигателей. От гражданских до военных. Они нужны везде.

В дополнение к описанным выше возможностям, многие современные приборы имеют дополнительные функции, с помощью которых можно быстро узнать частоту сигнала, его амплитуду и многие другие характеристики. Некоторые приборы уже предоставляют возможность провести с сигналами в реальном времени различные математические преобразования или, например, быстрое преобразование фурье. В целом, осциллограф позволяет наблюдать на экране временные и физические характеристики сигнала. Вот как выглядит такое меню функций у Siglent SDS 1202X-E (38 параметров!):

На мой взгляд, это очень удобно и полезно. Поэтому следует все таки обращать свое внимание на современный инструментарий. Благодаря хорошим измерительным приборам можно сильно сократить время поиска неисправности. Особенно это касается осциллографа, который является единственными "глазами", которые позволяют заглянуть внутрь происходящего в электронной цепи и оценить временные и физические характеристики сигналов в этой цепи.

→ Временные характеристики:

Частота и период, скважность и коэфф. заполнения (Duty cycle), время спада и нарастания сигнала.

→ Физические характеристики:

Амплитуда,  максимум и минимум сигнала, средне квадратичное, среднее значение напряжения и т.д.

Принцип работы цифрового осциллографа

Цифровые осциллографы, в отличие от аналоговых, не повторяют получаемый сигнал сразу на экран, а предварительно его преобразовывают в "цифровую" форму. Для этого входной сигнал замеряется определённое число раз в секунду, затем прибор после некоторых преобразований этих данных реконструирует сигнал и отображает его на экране. Оцифровка выполняется помощью блока аналогово-цифрового преобразования. 

 

 

Ключевые характеристики цифрового осциллографа

Еще 5-6 лет назад большинство радиолюбителей (а некоторые и по сей день) пользовались приборами, которые остались ещё от СССР. В свое время это были замечательные приборы со своими плюсами и минусами. Но СССР уже нет более четверти века, а технологии продолжали развиваться, совершенствоваться и дешеветь. Теперь у нас есть возможность пользоваться современными цифровыми приборами с превосходными характеристиками.

Для того, чтобы научиться пользоваться современным цифровым осциллографом требуется освоить небольшой, но специфичный набор понятий и принципов, на основе которых строится его работа. Это по силам каждому. Приступим.

→ Полоса пропускания

Осциллографы (Oscilloscope, O-Scope) не могут измерять абсолютно любые сигналы. Все приборы имеют ограничения, которые определяют сигналы какой минимальной и максимальной частоты или амплитуды с помощью этого прибора могут быть измерены. А полоса пропускания — это как раз та характеристика прибора, которая говорит тебе какой диапазон частот может быть измерен этим прибором. Говоря про полосу пропускания осциллографов обычно имеют ввиду верхнюю границу, так как нижняя граница -- это сигнал постоянного тока и его умеют рисовать абсолютно все приборы.

К слову, на самом деле при реальных измерениях диапазон ещё уже, чем заявляет полоса пропускания. В современных цифровых приборах сигнал проходит оцифровку и обработку, прежде чем попадёт на экран прибора. Существует определенная теоретическая база из-за которой производители советуют выбирать прибор таким образом, чтобы его полоса пропускания была в 3 раза больше, чем измеряемый синусоидальный сигнал в 4 или в 5 раз больше, если сигнал цифровой (т.е. всякие разные формы и виды прямоугольных сигналов).

Нижняя и верхняя границы полосы пропускания -- это частоты среза сигнала. Сигнал начиная с частоты среза начинает ослабляеться в два (или на 3Дб = log102) и больше раз с ростом частоты.

→ Количество каналов

Многие современные осциллографы могут анализировать сразу несколько сигналов, отображая их на экране одновременно. Обычно прибор содержит от двух до четырех каналов. Тут важно знать как устроен конкретный осциллограф. Дело в том, что часто каналы разделяют между собой какие-нибудь общие ресурсы, что в итоге сказывается на общей производительности прибора при использовании сразу нескольких каналов.

→ Частота дискретизации (Sampling rate)

Эта характеристика касается только цифровых осциллографов. Она определяет сколько раз в ед. времени осциллограф считывает измеряемый сигнал. Для приборов, имеющих более одного канала, частота дискретизации может уменьшиться, если одновременно используется несколько каналов. Это зависит от конструкции конкретного прибора, но в большинстве случаев это работает так. В цифровых осциллографах частота дискретизации неразрывно связана с полосой пропускания. Например, у моего Siglent SDS 1202X-E этот параметр равен 1х109. Чем выше этот параметр, тем лучше, так как осциллограф получает больше информации о сигнале.

Вообще, этот пункт довольно важен. Для того, чтобы понять почему это так следует хотя бы слегка разобраться в процессе аналогово-цифрового преобразования. А значит пришло время достать из пыльного угла теории теорему Котельникова (теорема отсчетов), которую, на мой взгляд, довольно несправедливо иногда называют теоремой Шенона-Котельникова. Котельников доказал её в 1933г, когда Шенону было всего 17, а Найквист так и не доказал этой теоремы. Ладно, сосредоточимся на главном.

Важное значение этой теоремы заключается в том, что если проводить замеры сигнала (например, синусоиды) с частотой хотя бы 2 раза выше частоты этой синусоиды, тогда по этим измерениям можно будет восстановить исходный сигнал с минимальной потерей информации. Т.е. если замерять сигнал через интервал Δt, то мы сможем его гарантированно восстановить.

Таким образом частота дискретизации цифрового осциллографа является одним из факторов, определяющих максимальную частоту сигналов, которые мы сможем без потерь увидеть на экране. 

А что если интервал больше необходимого? Тогда получится что-то подобное:

Т.е. после восстановления окажется, что восстановлденный сигнал меньшую частоту, чем измеряемый сигнал. Мы также можем потерять некоторые детали сигнала. Например, краткие всплески. Таким образом получается, что для измерения сигнала 100Мгц требуется прибор с частотой дискретизации хотя бы 200Мгц. Но хватит ли такой частоты выборки на самом деле?

Пока что я рассматривал ситуацию идеального сигнала, который не содержит в себе частотных компонент, превышающих по частоте основную. частоту сигнала. Как например какой-нибудь прямоугольный сигнал, который содержит всебе множество компонент (гармоник) с частотами значительно выше основной частоты сигнала (но меньшей амплитуды). В таком случае т. Котельникова говорит нам, что на практике частота дискретизации должна быть в 4-5 раз выше, чем верхняя граница полосы пропускания осциллографа. А значит для прибора с полосой до 200 Мгц частота дискретизации должна быть больше 800Мгц.

У меня Siglent SDS1202X-E с полосой пропускания 200Мгц и частотой выборки 1000Мгц (1Ггц или 1GSa/s) в режиме 1го канала. Так что, если надо посмотреть сигнал близкий к 200Мгц, то прибор в принципе справится. При условии, что будет использован только один канал. Если же задействовать для измерений сразу два канала, тогда полоса пропускания "сократится" до 100Мгц. Т.е. примерно до этой частоты сохранится соотношение между частотой выборки и частотой сигнала, которое позволит достаточно точно воспроизвести оцифрованный сигнал.

→ Эквивалентная частота дискретизации

Иногда не хватает реальной частоты дискретизации. Например, когда измеряется сигнал с частотой близкой к пределу полосы пропускания, а реальная частота дискретизации уже не соответствует условиям т. Котельникова. Тогда вступает в бой эквивалентная дискретизация. По факту, это чисто технический трюк, когда итоговая картинка конструируется на основе нескольких последовательных измерений. Но при этом каждое последующее измерение сигнала слегка смещено от предыдущего, чтобы получить больше точек для восстановления исходного сигнала.

Таким образом, если ты измеряешь сигнал 200МГц на осциллографе с полосой до 200МГц и частотой дискретизации 1 миллиард выборок в сек (1GSa/s), то тогда на один период сигнала ты получишь всего 5 измерений. В принципе, из т. Котельникова следует, что этого должно хватить, но для лучшей детализации лучше включить эквивалентную дискретизацию и тогда ты получишь вместо 1GSa/s уже 2 GSa/s (хоть и чисто алгоритмическим путем)

Более подробно о эквивалетной дискретизации и джиттере синхронизации вот в этой неплохой статье

→ Глубина памяти

Цифровые осциллограф по праву называются запоминающими (DSO = Digital Storage Oscilloscope), так как запоминают измеренный сигнал.  Точнее они сохраняют во временной памяти измеренные значения сигнала в отдельные моменты времени. На что влияет данный параметр? Чем больше глубина памяти, тем выше частота дискретизации по мере снижения скорости развертки – время/дел. Дело в том, что ниже скорость развертки, тем больше измеренных значений осциллографу приходится сохранять у себя в памяти для последующей обработки и отображении на экране. Так что в целом, чем больше глубина памяти, тем лучше. 

Однако, и здесь есть особый случай. При измерении на медленных значениях развертки может страдать скорость обновления осциллограм на экране, а также прибор может "подтормаживать", медленно реагируя на управление. Поэтому следует внимательно смотреть руководства и отзывы на желаемую модель прибора перед тем, как его купить. Довольна подробная статья по этой теме от Agilent Technologies

→ Cкорость обновления сигналов на экране

Чем выше у прибора скорость обновления сигналов на экране, тем меньше у него величина мертвого времени, т.е. времени, которое требуется на обработку захваченных данных перед тем, как они будут выведены на экран. Понятно, что чем оно меньше, тем быстрее будут обновляться осциллограммы на экране цифрового осциллографа. Тем выше вероятность, что осциллограф захватит и вовремя покажет на экране какую-нибудь аномалию в сигнале. Конечно, в нашей радиолюбительской жизни это может и не играет особой роли, но тем не менее параметр довольно важный. 

→ Максимальное входное напряжение

Любая деталь или цепь имеет предельно-допустимое напряжение. Осциллограф не исключение. Если подать на его вход (не приняв доп. мер) напряжение, которое превышает максимально допустимое, то есть высокий шанс того, что прибор юудет поврежден. 

Для моего прибора максимальное напряжение в режиме щупа 1:1 равняется 40 вольт, а в режиме 1:10 около 400. Но, я бы не стал лезть щупом в цепь с напряженим 400В без доп. защиты и себя и прибора. Электричество шуток не любит и премию Дарвина может выписать в милисекунду =)

В этой вводной статье я хотел показать, что ничего страшного в цифровых осциллографах нет, но для того чтобы эффективно их использовать в своей домашней лаборатории следует понимать как они устроены, идеи, на основе которых они созданы, а также понимать какие характеристики прибора являются существенными. На что следует смотреть при покупке осциллографа. В следующей части я продолжу рассказ о цифровых осциллографах. 

 

mp16.ru

---

• 
  Электрические фишки
• 
  Полярность конденсатора как определить на плате
• 
  Лампы led optima
• 
  Схема подключения конденсатора
• 
  Аристон водонагреватели ремонт своими руками
• 
  Почему пылесос сильно гудит
• 
  Как подключить две лампочки
• 
  Солнечные батареи инструкция
• 
  Теплый пол компания
• 
  Обзор светодиодные лампы для дома
• 
  Чем замазать подрозетники в стене